WO2015149945A2 - Mischer und entsprechendes betriebsverfahren - Google Patents

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WO2015149945A2
WO2015149945A2 PCT/EP2015/000708 EP2015000708W WO2015149945A2 WO 2015149945 A2 WO2015149945 A2 WO 2015149945A2 EP 2015000708 W EP2015000708 W EP 2015000708W WO 2015149945 A2 WO2015149945 A2 WO 2015149945A2
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    • B01F2215/0422—Numerical values of angles

Definitions

  • the invention relates to a mixer for mixing at least two fluid components, in particular for mixing components of a two-component adhesive or for mixing master stock and hardener of a two-component paint. Furthermore, the invention comprises a corresponding operating method for such a mixer.
  • mixers are used for various purposes.
  • An example of a field of application of a mixer is the mixing of the components of a two-component adhesive, for example, for two-component Falzverkle- ings in the shell.
  • Another example of the use of a mixer is the mixing of base lacquer and hardener of a two-component lacquer.
  • static mixers e.g., lattice mixers
  • Other mixer types are known from DE 103 22 998 B4 or WO 2004/076515 Al.
  • a disadvantage of the known lattice mixer is the long design of the mixer, so that a corresponding amount of space is needed.
  • a high pressure loss occurs in the mixer.
  • the masters ⁇ th grid mixers are designed as disposable products, which ⁇ if is just detrimental.
  • EP 1 669 131 A1, EP 1 800 738 A, US 2005/0259510 A1 and DE 299 24 673 U1 disclose dynamic mixers in which the mixing of the various components is effected by the rotation of a rotor.
  • these dynamic mixers are still not completely satisfactory.
  • the invention is therefore based on the object to provide an improved mixer and a corresponding operating method.
  • the mixer according to the invention has a plurality of inlets for supplying the fluid components to be mixed (for example components of a two-component adhesive, base coat and hardener of a two-component paint).
  • the inlets for the fluid components to be mixed are connected in the mixer to a mixing chamber in which the fluid components are mixed together to form a fluid mixture.
  • the first fluid component is injected from a mixing nozzle into the mixing chamber, wherein the mixing nozzle is part of a rotating body which rotates around an axis of rotation during operation.
  • the rotating mixing nozzle advantageously leads to a good mixing of the fluid components in the mixing chamber.
  • the mixing nozzle injects the first fluid component in a certain injection direction into the mixing chamber, wherein the injection direction is preferably angled relative to the axis of rotation of the rotary body and the mixing nozzle by a certain injection angle.
  • the injection direction has thus usually an axial component and also a radial component, wherein the radial component ensures that the first fluid component is thrown out of the mixing nozzle due to the centrifugal force.
  • the injection angle between the injection direction of the mixing nozzle and the rotation axis of the rotation body is preferably in the range of 10 ° - 80 °, 20 ° -70 ° or 30 ° -60 °.
  • the direction of injection of the mixing nozzle is angled in the circumferential direction with respect to a radial plane by a certain angle of twist, so that the first fluid component is a ⁇ injected with a swirl in the circumferential direction in the mixing chamber.
  • the twist is aligned in the direction of rotation, which leads to an improvement in the mixing in the mixing chamber.
  • the twist is oriented counter to the direction of rotation.
  • the twist angle is preferably in the range of 5 ° -50 °, 10 ° -40 ° or 20 ° -30 °.
  • the radial component of the injection direction causes the first fluid component to be thrown out of the mixing nozzle due to the centrifugal force.
  • the exit velocity of the first fluid component from the mixing nozzle is thus determined on the one hand by the pressure of the first fluid component and on the other hand by the centrifugal force.
  • the rotational speed of the rotary body and the mixing nozzle is so large that the contribution of the centrifugal force to the outlet velocity is substantially greater than the contribution of the fluid pressure of the first fluid component.
  • the exit velocity of the first fluid component from the mixing nozzle is therefore at a rotation of the Mixing nozzle preferably at least twice, three times or four times as large as without a rotation of the mixing nozzle.
  • the mixing of the fluid components can be further improved in the context of the invention by the mixing chamber having a wavy inner wall.
  • the rotary body forms with the mixing nozzle an inner boundary wall of the mixing chamber, so that the outer wall of the rotating body is then preferably carried out wavy in the mixing chamber, in order to improve the mixing.
  • the above-mentioned ripple may be aligned in the circumferential direction and / or in the flow direction. It is particularly advantageous in this case if the outer wall of the rotary body is wavy in the circumferential direction, because the rotation of the rotary body then leads to turbulence in the mixing chamber, whereby the mixing is improved.
  • the ripple may in this case have a constant wave length or be irregular, wherein an irregular ripple is preferred because then resonance phenomena or the like at certain speeds and flow rates are largely avoided.
  • the mixer has a motor which rotates the rotary body with the mixing nozzle.
  • This motor is preferably an electric motor, such as a servomotor.
  • the mixer has a flow sensor in order to measure a flow parameter of the flow with which the second fluid component is supplied to the mixer.
  • the measured flow parameter may be, for example, the flow velocity or the volume flow of the flow of the second fluid component.
  • the mixer according to the invention preferably comprises a control unit which controls the motor and sets the rotational speed of the rotary body and thus also of the mixing nozzle as a function of the flow parameter of the second fluid component.
  • the control unit increases the rotational speed of the rotary body and the
  • the flow parameter does not necessarily have to be measured by a flow sensor. Rather, there is also the possibility that the flow parameter (eg volume flow) of the second Fluidkom- component is set by an external control and the control unit of the mixer according to the invention is provided so that the control unit can then adjust the rotational speed of the rotating body and the mixing nozzle accordingly.
  • a first fluid channel which opens into the mixing nozzle to supply the first fluid component.
  • the rotary body with the mixing nozzle so it is preferably designed as a hollow body (eg hollow shaft).
  • the second fluid component is conducted through a second fluid channel into the mixing chamber, wherein the second fluid channel does not rotate.
  • the second fluid channel for the supply of the second fluid component preferably runs exceptionally well. half of the rotary body, for example in an annular gap which surrounds the rotary body in an annular manner.
  • the first fluid component which is injected via the rotating mixing nozzle preferably has a lower viscosity than the second fluid component.
  • the tougher fluid component is therefore preferably introduced into the outside of the mixing chamber, while the less viscous fluid component is injected from the rotating mixing nozzle into the mixing chamber.
  • the mixing chamber is preferably formed as an annular gap which surrounds the rotary body annular, wherein the annular gap preferably merges into the outlet through which the fluid mixture is discharged.
  • the annular gap runs in this case preferably in the direction of the outlet conically, wherein preferably, both the annular gap as a whole and the gap width of the annular gap towards the outlet is tapered and thus tapers in the direction of the off ⁇ passage.
  • the inner cross section of the mixing chamber eg annular gap
  • tapers behind the injection point of the mixing nozzle preferably in the flow direction, which has proved to be advantageous in terms of flow.
  • the annular gap of the mixing chamber is preferably arranged coaxially with the axis of rotation of the rotary body and also coaxially with the outlet.
  • the rotary body protrudes with sides ner preferably tapered tip preferably into the mixing chamber and thus forms a Begrenzungsflä ⁇ surface of the mixing chamber. It is important that the fluid components in the mixing chamber preferably form a turbulent flow in order to achieve a good mixing.
  • the formation of this turbulent flow in the mixing chamber can be promoted in that the rotary body in the mixing chamber has no smooth outer surface, but at least one swirling element on its outer surface in order to
  • Mixing chamber targeted to create turbulence and thereby improve the mixing.
  • swirling element for example, the already briefly mentioned waviness in the circumferential direction is suitable.
  • the rotary body has on its outer wall in the region of the mixing chamber as swirling elements longitudinal ribs which lead to corresponding turbulences.
  • the rotary body can have only a single mixing nozzle.
  • the rotary body has a plurality of mixing nozzles to the mixing of the fluid components in the
  • the annular gap of the mixing chamber is preferably very small in order to achieve the best possible mixing.
  • the clear gap width of the annular gap is therefore preferably less than 10 mm, 5 mm, 2 mm or 1 mm.
  • the mixing nozzle preferably has a very small opening size in order to achieve a good mixing.
  • the opening size of the mixing nozzle is therefore preferably less than 10mm, 5mm, 2mm or 1mm.
  • the invention also includes a corresponding method of operation for such a mixer, wherein the operating method is characterized in that the mixing nozzle rotates for the injection of the first fluid component during operation.
  • the operating method of the invention preferably provides that a flow parameter (e.g., volumetric flow) of the flow at which the second fluid component is supplied to the mixer be measured.
  • a flow parameter e.g., volumetric flow
  • the rotational speed of the mixing nozzle is then set as a function of the detected flow parameter of the first fluid component.
  • the speed of the mixing nozzle is also increased with an increase in the volume flow of the second fluid component.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a mixer according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged detail view of the mixer from FIG. 1 in the region of the mixing chamber
  • Figure 3 is a schematic sectional view taken along the
  • FIG. 4 shows a modification of FIG. 3.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a mixer 1 according to the invention, which can be used for example for mixing two components of a two-component adhesive (2K adhesive).
  • the fluid components to be mixed are supplied to the mixer 1 via two feed lines 2, 3, which are connected to an inlet 4 and 5 of the mixer 1, respectively.
  • the mixer 1 in this case has a housing 6, in which a rotary body 7 is rotatably supported by means of two rolling bearings 8, 9.
  • the inlet 4 for the first fluid component opens into the housing 6 of the mixer 1 in an annular groove 10. Furthermore, a plurality of radially continuous branch channels are provided in the rotary body 7 in the region of the annular groove 10, which the annular groove 10 in the housing 6 with a continuous Fluid channel 11 in the interior of the rotating body 7 connect. The supplied via the inlet 4 first fluid component thus passes over the
  • the inlet 5 for the second fluid component is connected to a mixing chamber 12, in which the two fluid components are mixed with one another.
  • the rotary body 7 projects with its conically tapered tip into the mixing chamber 12 and contains a co-rotating mixing nozzle 13, which injects the first fluid component into the mixing chamber 12 in a specific injection direction 14.
  • the injection direction 14 is inclined relative to an axis of rotation 15 of the rotational body 7 by an injection angle a "45 °.
  • the injection direction 14 thus has both an axial component and a radial component, wherein the Dialkomponente the injection direction 14 ensures that the first fluid component is also thrown off due to the force acting in the mixing nozzle 13 centrifugal force with high injection speed. This high injection speed contributes to a thorough mixing of the fluid components in the mixing chamber 12.
  • the mixing chamber 12 merges in the flow direction into an outlet 16, at which the mixture of the fluid components in the axial direction is discharged coaxially with the axis of rotation 15 of the rotary body 7.
  • the mixing chamber 12 is also arranged coaxially and rotationally symmetrical to the axis of rotation 15 of the rotary body 7 and to the outlet 16. It should be mentioned that the mixing chamber 12 forms an annular gap which surrounds the conical tip of the rotary body 7 in an annular manner, so that the rotary body 7 forms with its outer wall in the region of the conical tip a boundary surface of the mixing chamber 12.
  • the mixing chamber 12 in the form of the annular gap in this case has a very small clear gap width in order to improve the mixture by mixing in the mixing chamber 12.
  • the mixing nozzle 13 also has a very small nozzle opening in order to achieve thorough mixing in the fluid chamber 12.
  • a volume flow sensor 17 is arranged, which measures a volume flow Q, with which the second fluid component is supplied to the inlet 5 of the mixer 1.
  • the rotary drive of the rotary body 7 takes place here by an electric motor 18 with an adjustable speed n, where at the speed n of the electric motor 18 is set by a control unit 19.
  • the control unit 19 is connected to the volume flow sensor 17 and controls the speed n of the electric motor 18 and thus also the speed of the rotary body 7 and the mixing nozzle 13 as a function of the measured volume flow Q of the second fluid component.
  • the rotational speed n is preferably also raised as the volume flow Q of the second fluid component increases, in order to achieve a uniformly good thorough mixing independently of the volume flow Q of the second fluid component.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail view in the region of the mixing chamber 12.
  • the mixing chamber 12 has corrugated inner walls 19, 20, wherein the inner wall 20 of the mixing chamber 12 is at the same time the outer wall of the rotary body 7 in the region of the conical tip of the rotary body 7.
  • the waviness is oriented exclusively in the flow direction, whereas the inner walls 19, 20 are not wavy in the circumferential direction.
  • the inner walls 19, 20 of the mixing chamber 12 are wavy in the circumferential direction, whereby turbulences are generated in the mixing chamber 12, which contributes to the improvement of the mixing.
  • the injection direction 14 is also inclined in the circumferential direction with respect to a radial plane by a helix angle .beta. ⁇ 25.degree., Namely in the direction of rotation of the rotating body 7. This injection with a circumferential twist also contributes to an improved thorough mixing at.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mischer (1) zum Mischen von mindestens zwei Fluidkomponenten, insbesondere zum Mischen von Komponenten eines Zweikomponentenklebers oder zum Mischen von Stammlack und Härter eines Zweikomponentenlacks, mit einer Mischkammer (12), in der eine erste Fluidkomponente und eine zweite Fluidkomponente miteinander zu einem Fluidgemisch gemischt werden. Gemäß der Erfindung weist der Mischer (1) einen Rotationskörper (7) auf, der im Betrieb um eine Rotationsachse (15) rotiert und eine mitrotierende Mischdüse (13) aufweist, welche die erste Fluidkomponente in die Mischkammer (12) einspritzt. Weiterhin umfasst die Erfindung ein entsprechendes Betriebsverfahren für den Mischer (1).

Description

BESCHREIBUNG Mischer und entsprechendes Betriebsverfahren
Die Erfindung betrifft einen Mischer zum Mischen von mindestens zwei Fluidkomponenten, insbesondere zum Mischen von Komponenten eines Zweikomponentenklebers oder zum Mischen von Stammlack und Härter eines Zweikomponentenlacks. Weiterhin umfasst die Erfindung ein entsprechendes Betriebsverfahren für einen derartigen Mischer.
In modernen Beschichtungsanlagen zur Beschichtung von Kraft- fahrzeugkarosseriebauteilen werden Mischer zu verschiedenen Zwecken eingesetzt. Ein Beispiel für ein Einsatzgebiet eines Mischers ist das Mischen der Komponenten eines Zweikomponentenklebers, beispielsweise für Zweikomponenten-Falzverkle- bungen im Rohbau. Ein anderes Beispiel für den Einsatz eines Mischers ist das Mischen von Stammlack und Härter eines Zweikomponentenlackes. Hierzu werden unter anderem statische Mischer (z.B. Gittermischer) eingesetzt, wie sie beispielsweise aus US 3 286 992 und DE 10 2010 019 771 AI bekannt sind. Andere Mischertypen sind bekannt aus DE 103 22 998 B4 bzw. WO 2004/076515 AI.
Ein Nachteil der bekannten Gittermischer ist die lange Bauform des Mischers, so dass entsprechend viel Platz benötigt wird. Darüber hinaus treten bei Druckänderungen Probleme durch Änderungen der Fließgeschwindigkeit am Düsenaustritt auf. Ferner entsteht in Abhängigkeit von der Mischerlänge ein hoher Druckverlust in dem Mischer. Schließlich sind die meis¬ ten Gittermischer als Einwegprodukte ausgeführt, was eben¬ falls nachteilig ist. Weiterhin sind beispielsweise aus EP 1 669 131 AI, EP 1 800 738 A, US 2005/0259510 AI und DE 299 24 673 Ul dynamische Mischer bekannt, bei denen die Mischung der verschiedenen Komponenten durch die Rotation eines Rotors bewirkt wird. Auch diese dynamischen Mischer sind jedoch noch nicht vollständig befriedigend .
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Mischer und ein entsprechendes Betriebsverfahren zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Mischer und ein entsprechendes Betriebsverfahren gemäß den Nebenansprüchen gelöst.
Der erfindungsgemäße Mischer weist zur Zuführung der zu mischenden Fluidkomponenten (z.B. Komponenten eines Zweikomponentenklebers, Stammlack und Härter eines Zweikomponentenlacks) mehrere Einlasse auf. Die Einlässe für die zu mischen- den Fluidkomponenten sind in dem Mischer mit einer Mischkammer verbunden, in der die Fluidkomponenten miteinander zu einem Fluidgemisch gemischt werden. Die erste Fluidkomponente wird hierbei von einer Mischdüse in die Mischkammer eingespritzt, wobei die Mischdüse Bestandteil eines Rotationskör- pers ist, der im Betrieb um eine Rotationsachse rotiert. Die rotierende Mischdüse führt vorteilhaft zu einer guten Durchmischung der Fluidkomponenten in der Mischkammer.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung spritzt die Mischdüse die erste Fluidkomponente in eine bestimmte Einspritzrichtung in die Mischkammer ein, wobei die Einspritzrichtung vorzugsweise gegenüber der Rotationsachse des Rotationskörpers und der Mischdüse um einen bestimmten Einspritzwinkel angewinkelt ist. Die Einspritzrichtung hat also in der Regel eine Axialkomponente und auch eine Radialkomponente, wobei die Radialkomponente dafür sorgt, dass die erste Fluidkomponente aufgrund der Zentrifugalkraft aus der Mischdüse abgeschleudert wird. Der Einspritzwinkel zwischen der Einspritzrichtung der Mischdüse und der Rotationsachse des Rotationskörpers liegt vorzugsweise im Bereich von 10°- 80°, 20°-70° oder 30°-60°.
Darüber -hinaus besteht im Rahmen der Erfindung die Möglich- keit, dass die Einspritzrichtung der Mischdüse in Umfangs- richtung gegenüber einer Radialebene um einen bestimmten Drallwinkel angewinkelt ist, so dass die erste Fluidkomponente mit einem Drall in Umfangsrichtung in die Mischkammer ein¬ gespritzt wird. Vorzugsweise ist der Drall hierbei in Dreh- richtung ausgerichtet, was zu einer Verbesserung der Durchmischung in der Mischkammer führt. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass der Drall entgegen der Drehrichtung ausgerichtet ist. Der Drallwinkel liegt hierbei vorzugsweise im Bereich von 5°-50°, 10°-40° oder 20°-30°.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass die Radialkomponente der Einspritzrichtung dazu führt, dass die erste Fluidkomponente aufgrund der Zentrifugalkraft aus der Mischdüse abgeschleudert wird. Die Austrittsgeschwindigkeit der ersten Fluidkomponente aus der Mischdüse wird also zum einen durch den Druck der ersten Fluidkomponente und zum anderen durch die Zentrifugalkraft bestimmt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Drehzahl des Rotationskörpers und der Mischdüse so groß, dass der Beitrag der Zen- trifugalkraft auf die Austrittsgeschwindigkeit wesentlich größer ist als der Beitrag des Fluiddrucks der ersten Fluidkomponente. Die Austrittsgeschwindigkeit der ersten Fluidkomponente aus der Mischdüse ist also bei einer Rotation der Mischdüse vorzugsweise mindestens zweimal, dreimal oder viermal so groß wie ohne eine Rotation der Mischdüse.
Die Durchmischung der Fluidkomponenten kann im Rahmen der Er- findung weiter verbessert werden, indem die Mischkammer eine wellige Innenwand aufweist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet der Rotationskörper mit der Mischdüse eine innere Begrenzungswand der Mischkammer, so dass die Außenwand des Rotationskörpers dann im Bereich der Mischkammer vorzugsweise wellig ausgeführt ist, um die Vermischung zu verbessern.
Die vorstehend erwähnte Welligkeit kann in Umfangsrichtung und/oder in Strömungsrichtung ausgerichtet sein. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Außenwand des Rotationskörpers in Umfangsrichtung wellig ist, weil die Drehung des Rotationskörpers dann zu Verwirbelungen in der Mischkammer führt, wodurch die Durchmischung verbessert wird. Die Welligkeit kann hierbei eine konstante Welllänge haben oder unregelmäßig sein, wobei eine unregelmäßige Welligkeit bevorzugt ist, weil dann Resonanzphänomene oder ähnliches bei bestimmten Drehzahlen und Strömungsgeschwindigkeiten weitgehend vermieden werden.
In dem bevorzugtem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Mischer einen Motor auf, der den Rotationskörper mit der Mischdüse dreht. Bei diesem Motor handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor, wie beispielsweise einen Servomo- tor.
Darüber hinaus weist der Mischer in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Strömungssensor auf, um ei¬ nen Strömungsparameter der Strömung zu messen, mit der die zweite Fluidkomponente dem Mischer zugeführt wird. Bei dem gemessenen Strömungsparameter kann es sich beispielsweise um die Strömungsgeschwindigkeit oder den Volumenstrom der Strömung der zweiten Fluidkomponente handeln.
Ferner umfasst der erfindungsgemäße Mischer vorzugsweise eine Steuereinheit, die den Motor ansteuert und die Drehzahl des Rotationskörpers und damit auch der Mischdüse in Abhängigkeit von dem Strömungsparameter der zweiten Fluidkomponente ein- stellt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erhöht die Steuereinheit die Drehzahl des Rotationskörpers und der
Mischdüse bei einem zunehmenden Volumenstrom der zweiten Fluidkomponente, um eine gute Durchmischung trotz des höheren Volumenstroms aufrecht zuerhalten .
Hierbei ist zu erwähnen, dass der Strömungsparameter nicht notwendigerweise von einem Strömungssensor gemessen werden muss. Es besteht vielmehr auch die Möglichkeit, dass der Strömungsparameter (z.B. Volumenstrom) der zweiten Fluidkom- ponente von einer externen Steuerung eingestellt wird und der Steuereinheit des erfindungsgemäßen Mischers bereit gestellt wird, damit die Steuereinheit dann die Drehzahl des Rotationskörpers und der Mischdüse entsprechend anpassen kann. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verläuft in dem Rotationskörper ein erster Fluidkanal, der in die Mischdüse mündet, um die erste Fluidkomponente zuzuführen. Der Rotationskörper mit der Mischdüse , ist also vorzugsweise als Hohlkörper (z.B. Hohlwelle) ausgeführt.
Die zweite Fluidkomponente wird dagegen durch einen zweiten Fluidkanal in die Mischkammer geleitet, wobei der zweite Fluidkanal nicht rotiert. Der zweite Fluidkanal für die Zuführung der zweiten Fluidkomponente verläuft vorzugsweise außer- halb des Rotationskörpers, beispielsweise in einem Ringspalt, der den Rotationskörper ringförmig umgibt.
Ferner ist zu erwähnen, dass die erste Fluidkomponente , die über die rotierende Mischdüse eingespritzt wird, vorzugsweise eine kleinere Viskosität aufweist als die zweite Fluidkomponente. Die zähere Fluidkomponente wird also vorzugsweise außen in die Mischkammer eingeleitet, während die weniger zähe (dünnflüssigere) Fluidkomponente von der rotierenden Mischdü- se in die Mischkammer eingespritzt wird.
Zu dem konstruktiven Aufbau des erfindungsgemäßen Mischers ist zu erwähnen, dass die Mischkammer vorzugsweise als Ringspalt ausgebildet ist, der den Rotationskörper ringförmig umgibt, wobei der Ringspalt vorzugsweise in den Auslass übergeht, durch den das Fluidgemisch abgegeben wird. Der Ringspalt läuft hierbei vorzugsweise in Richtung des Auslasses konisch zu, wobei vorzugsweise sowohl der Ringspalt als Ganzes als auch die Spaltbreite des Ringspaltes in Richtung des Auslasses konisch zuläuft und sich somit in Richtung des Aus¬ lasses verjüngt. Der Innenquerschnitt der Mischkammer (z.B. Ringspalt) verjüngt sich also hinter der Einspritzstelle der Mischdüse vorzugsweise in Strömungsrichtung, was sich als strömungstechnisch vorteilhaft erwiesen hat.
Zu der geometrischen Anordnung des Ringspalts der Mischkammer ist zu erwähnen, dass der Ringspalt vorzugsweise koaxial zu der Rotationsachse des Rotationskörpers und auch koaxial zu dem Auslass angeordnet ist. Der Rotationskörper ragt mit sei- ner vorzugsweise konisch zulaufenden Spitze vorzugsweise in die Mischkammer hinein und bildet somit eine Begrenzungsflä¬ che der Mischkammer. Wichtig ist hierbei, dass die Fluidkomponenten in der Mischkammer vorzugsweise eine turbulente Strömung bilden, um eine gute Durchmischung zu erreichen. Die Ausbildung dieser turbulenten Strömung in der Mischkammer kann dadurch befördert werden, dass der Rotationskörper im Bereich der Mischkammer keine glatte Außenfläche hat, sondern an seiner Außenfläche mindestens ein Verwirbelungselement aufweist, um in der
Mischkammer gezielt Verwirbelungen zu erzeugen und dadurch die Durchmischung zu verbessern. Als Verwirbelungselement eignet sich beispielsweise die bereits vorstehend kurz erwähnte Welligkeit in Umfangsrichtung . Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Rotationskörper an seiner Außenwand im Bereich der Mischkammer als Verwirbelungselemente Längsrippen aufweist, die zu entsprechenden Verwirbelungen führen.
Ferner ist zu erwähnen, dass der Rotationskörper nur eine einzige Mischdüse aufweisen kann. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Rotationskörper mehrere Mischdüsen aufweist, um die Durchmischung der Fluidkomponenten in der
Mischkammer zu verbessern.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Ringspalt der Mischkammer vorzugsweise sehr klein ist, um eine möglichst gute Durchmischung zu erreichen. Die lichte Spaltbreite des Ringspaltes ist also vorzugsweise kleiner als 10mm, 5mm, 2mm oder 1mm.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Mischdüse vorzugsweise eine sehr kleine Öffnungsgröße aufweist, um eine gute Durchmischung zu erreichen. Die Öffnungsgröße der Mischdüse ist deshalb vorzugsweise kleiner als 10mm, 5mm, 2mm oder 1mm.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Mischer. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für die Verwendung eines solchen Mischers zum Mischen von Fluidkomponenten in einer Beschichtungsanlage, insbesondere zum Mischen von Komponenten eines Zweikomponentenklebers oder zum Mischen von Stammlack und Härter eines Zweikomponentenlacks.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Betriebsverfahren für einen solchen Mischer, wobei sich das Betriebsverfahren dadurch auszeichnet, dass die Mischdüse zum Einspritzen der ersten Fluidkomponente im Betrieb rotiert.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren sieht vorzugsweise vor, dass ein Strömungsparameter (z.B. Volumenstrom) der Strömung gemessen wird, mit der die zweite Fluidkomponente dem Mischer zugeführt wird. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird dann die Drehzahl der Mischdüse in Abhängigkeit von dem erfassten Strömungsparameter der ersten Fluidkomponente eingestellt. In der Regel wird die Drehzahl der Mischdüse bei einer Zunahme des Volumenstroms der zweiten Fluidkomponente ebenfalls angehoben.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mischers,
Figur 2 eine vergrößerte Detailansicht des Mischers aus Figur 1 im Bereich der Mischkammer,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht entlang der
Schnittlinie A-A in Figur 2, sowie
Figur 4 eine Abwandlung von Figur 3. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mischers 1, der beispielsweise zum Mischen von zwei Komponenten eines Zweikomponentenklebers (2K-Kleber) eingesetzt werden kann.
Die zu mischenden Fluidkomponenten werden dem Mischer 1 über zwei Zuleitungen 2, 3 zugeführt, die an jeweils einen Einlass 4 bzw. 5 des Mischers 1 angeschlossen sind. Der Mischer 1 weist hierbei ein Gehäuse 6 auf, in dem ein Rotationskörper 7 mittels zweier Wälzlager 8, 9 drehbar gelagert ist.
Der Einlass 4 für die erste Fluidkomponente mündet in dem Ge- häuse 6 des Mischers 1 in eine Ringnut 10. Weiterhin sind in dem Rotationskörper 7 im Bereich der Ringnut 10 mehrere radial durchgehende Stichkanäle vorgesehen, welche die Ringnut 10 in dem Gehäuse 6 mit einem durchgehenden Fluidkanal 11 im Inneren des Rotationskörpers 7 verbinden. Die über den Einlass 4 zugeführte erste Fluidkomponente gelangt also über die
Ringnut 10 und die radialen Stichkanäle in den Fluidkanal 11 innerhalb des Rotationskörpers 7.
Der Einlass 5 für die zweite Fluidkomponente ist dagegen mit einer Mischkammer 12 verbunden, in der die beiden Fluidkomponenten miteinander gemischt werden. Der Rotationskörper 7 ragt hierzu mit seiner konisch zulaufenden Spitze in die Mischkammer 12 hinein und enthält eine mitrotierende Mischdüse 13, welche die erste Fluidkomponente in einer bestimmten Einspritzrichtung 14 in die Mischkammer 12 einspritzt. Die Einspritzrichtung 14 ist hierbei gegenüber einer Rotationsachse 15 des Rotationskörpers 7 um einen Einspritzwinkel a«45° geneigt. Die Einspritzrichtung 14 hat also sowohl eine Axialkomponente als auch eine Radialkomponente, wobei die Ra- dialkomponente der Einspritzrichtung 14 dafür sorgt, dass die erste Fluidkomponente auch aufgrund der in der Mischdüse 13 wirkenden Zentrifugalkraft mit hoher Einspritzgeschwindigkeit abgeschleudert wird. Diese hohe Einspritzgeschwindigkeit trägt zu einer guten Durchmischung der Fluidkomponenten in der Mischkammer 12 bei.
Die Mischkammer 12 geht in der Strömungsrichtung in einen Auslass 16 über, an dem das Gemisch der Fluidkomponenten in axialer Richtung koaxial zu der Rotationsachse 15 des Rotationskörpers 7 abgegeben wird.
Die Mischkammer 12 ist ebenfalls koaxial und rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse 15 des Rotationskörpers 7 und zu dem Auslass 16 angeordnet. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Mischkammer 12 einen Ringspalt bildet, der die konische Spitze des Rotationskörpers 7 ringförmig umgibt, so dass der Rotationskörper 7 mit seiner Außenwand im Bereich der konischen Spitze eine Begrenzungsfläche der Mischkammer 12 bildet. Die Mischkammer 12 in Form des Ringspalts weist hierbei eine sehr kleine lichte Spaltbreite auf, um die durch Mischung in der Mischkammer 12 zu verbessern.
Darüber hinaus weist auch die Mischdüse 13 eine sehr kleine Düsenöffnung auf, um eine gute Durchmischung in der Fluidkam- mer 12 zu erreichen.
Weiterhin ist zu erwähnen,' dass in der Zuleitung 3 ein Volumenstromsensor 17 angeordnet ist, der einen Volumenstrom Q misst, mit dem die zweite Fluidkomponente dem Einlass 5 des Mischers 1 zugeführt wird.
Der Drehantrieb des Rotationskörpers 7 erfolgt hierbei durch einen Elektromotor 18 mit einer einstellbaren Drehzahl n, wo- bei die Drehzahl n des Elektromotors 18 von einer Steuereinheit 19 eingestellt wird. Die Steuereinheit 19 ist hierzu mit dem Volumenstromsensor 17 verbunden und steuert die Drehzahl n des Elektromotors 18 und damit auch die Drehzahl des Rota- tionskörpers 7 und der Mischdüse 13 in Abhängigkeit von dem gemessenen Volumenstrom Q der zweiten Fluidkomponente. Hierbei wird die Drehzahl n bei einer Zunahme des Volumenstroms Q der zweiten Fluidkomponente vorzugsweise ebenfalls angehoben, um unabhängig von dem Volumenstrom Q der zweiten Fluidkompo- nente eine möglichst gleichmäßig gute Durchmischung zu erreichen .
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht im Bereich der Mischkammer 12.
Aus dieser Detailansicht ist ersichtlich, dass die Mischkammer 12 wellige Innenwände 19, 20 aufweist, wobei die Innenwand 20 der Mischkammer 12 gleichzeitig die Außenwand des Rotationskörpers 7 im Bereich der konischen Spitze des Rotati- onskörpers 7 ist.
Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass die Welligkeit der Innenwände 19, 20 der Mischkammer 12 in Strömungsrichtung ausgerichtet ist.
Bei der Variante gemäß Figur 3 ist die Welligkeit ausschließlich in Strömungsrichtung ausgerichtet, wohingegen die Innenwände 19, 20 in Umfangsrichtung nicht wellig sind. Bei der Variante gemäß Figur 4 sind die Innenwände 19, 20 der Mischkammer 12 dagegen auch in Umfangsrichtung wellig, wodurch Turbulenzen in der Mischkammer 12 erzeugt werden, was zur Verbesserung der Durchmischung beiträgt. Aus den Figuren 3 und 4 ist weiterhin ersichtlich, dass die Einspritzrichtung 14 auch in Umfangsrichtung gegenüber einer Radialebene um einen Drallwinkel ß«25° geneigt ist und zwar in Drehrichtung des Rotationskörpers 7. Diese Einspritzung mit einem Drall in Umfangsrichtung trägt ebenfalls zu einer verbesserten Durchmischung bei.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprü- chen.
Bezugs zeichenliste
1 Mischer
2 Zuleitung
3 Zuleitung
4 Einlass
5 Einlass
6 Gehäuse
7 Rotationskörper
8 Wälzlager
9 Wälzlager
10 Ringnut
11 Fluidkanal
12 Mischkammer
13 Mischdüse
14 Einspritzrichtung
15 Rotationsachse
16 Auslass
17 Volumenstromsensor
18 Elektromotor
19 Steuereinheit
19 Innenwand der Mischkammer
20 Innenwand der Mischkammer Q Volumenstrom
n Drehzahl des Rotationskörpers α Einspritzwinkel
ß Drallwinkel

Claims

ANSPRÜCHE
1. Mischer (1) zum Mischen von mindestens zwei Fluidkompo nenten, insbesondere zum Mischen von Komponenten eines Zweikomponentenklebers oder zum Mischen von Stammlack und Härter eines Zweikomponentenlacks, mit
a) einer Mischkammer (12), in der eine erste Fluidkomponente und eine zweite Fluidkomponente miteinander zu einem Fluidgemisch gemischt werden,
gekennzeichnet durch
b) einen Rotationskörper (7), der im Betrieb um eine Rota tionsachse (15) rotiert und eine mitrotierende Mischdü se (13) aufweist, welche die erste Fluidkomponente in die Mischkammer (12) einspritzt.
2. Mischer (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Mischdüse (13) die erste Fluidkomponente in einer bestimmten Einspritzrichtung (14) in die Mischkammer (12) einspritzt, und
b) dass die Einspritzrichtung (14) gegenüber der Rotationsachse (15) des Rotationskörpers (7) um einen bestimmten Einspritzwinkel ( ) angewinkelt ist, und/oder c) dass der Einspritzwinkel (a) zwischen der Einspritzrichtung (14) und der Rotationsachse (15) des Rotationskörpers (7) größer ist als 10°, 20° oder 30°, und/oder
d) dass der Einspritzwinkel ( ) zwischen der Einspritzrichtung (14) und der Rotationsachse (15) des Rotationskörpers (7) kleiner ist als 80°, 70° oder 60°.
3. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,
a) dass die Mischdüse (13) die erste Fluidkomponente in einer bestimmten Einspritzrichtung (14) in die Misch- kammer (12) einspritzt, und
b) dass die Einspritzrichtung (14) in Umfangsrichtung um einen Drallwinkel (ß) angewinkelt ist, so dass die erste Fluidkomponenten mit einem Drall in Umfangsrichtung in die Mischkammer (12) eingespritzt wird, und/oder c) dass der Drall in Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung gerichtet ist, und/oder
d) dass der Drallwinkel (ß) größer als 5°, 10° oder 20° ist, und/oder
e) dass der Drallwinkel (ß) kleiner als 50°, 40° oder 30° ist.
4. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,
a) dass die erste Fluidkomponente mit einer bestimmten
Austrittsgeschwindigkeit aus der Mischdüse (13) austritt und in die Mischkammer (12) eingespritzt wird, und
b) dass die Austrittsgeschwindigkeit der ersten Fluidkomponente zum einen durch den Druck der ersten Fluidkom- ponente und zum anderen durch die auf die zweite Fluidkomponente in der rotierenden Mischdüse (13) wirkende Zentrifugalkraft bewirkt wird, und
c) dass der Beitrag der Zentrifugalkraft auf die Austrittsgeschwindigkeit wesentlich größer ist als der Beitrag des Fluiddrucks, und/oder
d) dass die Austrittsgeschwindigkeit der ersten Fluidkomponente bei einer Rotation der Mischdüse (13) mindestens 2-mal, 3-mal oder 4-mal so groß ist wie ohne eine Rotation der Mischdüse (13) .
5. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Mischkammer (12) eine wellige Innenwand (19,
20) aufweist, um eine bessere Vermischung zu erreichen und/oder
b) dass der Rotationskörper (7) im Bereich der Mischkammer
(12) eine wellige Außenwand (20) aufweist, um eine bessere Vermischung zu erreichen, und/oder
c) dass die Außenwand (20) des Rotationskörpers (7)
und/oder die Innenwand (19, 20) der Mischkammer (12) in Umfangrichtung wellig ist, und/oder
d) dass die Außenwand (20) des Rotationskörpers (7)
und/oder die Innenwand (19, 20) der Mischkammer (12) in Strömungsrichtung wellig ist.
6. Mischer (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, a) dass Welligkeit eine konstante Wellenlänge aufweist, oder
b) dass Welligkeit unregelmäßig ist.
7.. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
a) einen Motor (18), insbesondere einen Elektromotor, zum
Drehantrieb des Rotationskörpers (7) mit der Mischdüse
( 13 ) , und/oder
b) einen Strömungssensor (17) zur Messung eines Strömungsparameters (Q) einer Strömung, mit der die zweite Flu- idkomponenten dem Mischer (1) zugeführt wird, insbesondere einer Strömungsgeschwindigkeit oder eines Volumenstrom, und/oder
c) eine Steuereinheit (19), die den Motor (18) ansteuert und die Drehzahl (n) des Rotationskörpers (7) in Abhängigkeit von dem Strömungsparameter (Q) der zweiten Flu- idkomponente einstellt.
8. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper (7) in sei¬ nem Inneren einen ersten Fluidkanal (11) aufweist, der in die Mischdüse (13) mündet, um die erste Fluidkomponente zuzufüh¬ ren .
9. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die zweite Fluidkomponente durch einen zweiten
Fluidkanal in die Mischkammer (12) geleitet wird, und/oder
b) dass der zweite Fluidkanal ein Ringspalt ist, der den
Rotationskörper (7) ringförmig umgibt.
10. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidkomponente eine kleinere Viskosität aufweist als die zweite Fluidkomponente.
11. Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Mischkammer (12) ein Ringspalt ist, der den
Rotationskörper (7) ringförmig umgibt, und/oder
b) dass der der Ringspalt in einen Auslass (16) übergeht, und/oder
c) dass der Ringspalt in Richtung des Auslasses (16) konisch zuläuft, und/oder
d) dass der Ringspalt koaxial zu der Rotationsachse (15) des Rotationskörpers (7) angeordnet ist, und/oder e) dass der Ringspalt koaxial zu dem Auslass (16) angeordnet ist, und/oder
f) dass die Mischdüse (13) die erste Fluidkomponente in den konischen Ringspalt einspritzt, und/oder g) dass der Rotationskörper (7) in die Mischkammer (12) hinein ragt, und/oder
h) dass die Fluidkomponenten in der Mischkammer (12) im
Bereich der Mischdüse (13) eine turbulente Strömung bilden, und/oder
i) dass der Rotationskörper (7) im Bereich der Mischkammer
(12) keine glatte Außenfläche hat, sondern an seiner Außenfläche mindestens ein Verwirbelungselement aufweist, um in der Mischkammer (12) Verwirbelungen zu er¬ zeugen und dadurch die Durchmischung zu verbessern, und/oder
j) dass die Mischkammer (12) innen von dem Rotationskörper
(7) begrenzt wird, und/oder
k) dass sich der Innenquerschnitt der Mischkammer (12)
stromabwärts hinter der Einmündungssteile der Mischdüse
(13) in Strömungsrichtung verjüngt, und/oder
1) dass der Rotationskörper (7) nur eine einzige Mischdüse
(13) oder mehrere Mischdüsen (13) aufweist, oder m) dass der Ringspalt eine lichte Spaltbreite aufweist, die kleiner ist als die Größe des Auslasses (16), und/oder
n) dass der Ringspalt eine lichte Spaltbreite aufweist, die kleiner ist als 10mm, 5mm, 2mm oder 1mm, und/oder o) dass die Mischdüse (13) eine Öffnungsgröße aufweist, die kleiner ist als die Öffnungsgröße des Auslasses (16) , und/oder
p) dass die Mischdüse (13) eine Öffnungsgröße aufweist, die kleiner ist als 10mm, 5mm, 2mm oder 1mm.
12. Verwendung eines Mischers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Mischen von Fluidkomponenten in einer Beschichtungsanlage , insbesondere zum Mischen von Komponenten eines Zweikomponentenklebers oder zum Mischen von Stammlack und Härter eines Zweikomponentenlacks.
13. Betriebsverfahren für einen Mischer (1) zum Mischen von mindestens zwei Fluidkomponenten, insbesondere zum Mischen von Komponenten eines Zweikomponentenklebers oder zum Mischen von Stammlack und Härter eines Zweikomponentenlacks, insbesondere für einen Mischer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den folgenden Schritten:
a) Zuführen einer ersten Fluidkomponente zu dem Mischer
(1),
b) Zuführen einer zweiten Fluidkomponenten zu dem Mischer
(1) ,
c) Mischen der ersten Fluidkomponente und der zweiten Fluidkomponente in einer Mischkammer (12) in dem Mischer (1), wobei die erste Fluidkomponente von einer Mischdüse (13) in die Mischkammer (12) einspritzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
d) dass die Mischdüse (13) rotiert.
14. Betriebsverfahren nach Anspruch 12,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Erfassen eines Strömungsparameters (Q) der Strömung, mit der die zweite Fluidkomponenten dem Mischer (1) zugeführt wird, insbesondere einer Strömungsgeschwindig- keit oder eines Volumenstroms (Q) der zweiten Fluidkomponente, und
b) Einstellung der Drehzahl (n) der Mischdüse (13) in Abhängigkeit von dem erfassten Strömungsparameters (Q) der ersten Fluidkomponente.
* * * * *
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