DE102007041737B4

DE102007041737B4 - Mischvorrichtung zur Mischung von viskosen Komponenten

Info

Publication number: DE102007041737B4
Application number: DE102007041737A
Authority: DE
Inventors: Joachim Martinetz
Original assignee: Buma & Co KG GmbH
Current assignee: Buma & Co KG GmbH
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: DE102007041737A1

Abstract

Mischvorrichtung (10) zur Mischung viskoser Komponenten zur Herstellung eines Mehrstoffsystems aus zumindest zwei Komponenten mit einer Komponentenzuführeinrichtung (11) und einer an die Komponentenzuführeinrichtung anschließenden Mischraumanordnung (12),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Komponentenzuführeinrichtung eine Mehrzahl von Komponentenzuführkanälen (22, 25) aufweist, die in die Mischraumanordnung einmünden, und die Komponentenzuführkanäle gruppenweise zusammengefasst mit zumindest einem ersten Komponentenanschluss (18) und einem zweiten Komponentenanschluss (15) verbunden sind, derart, dass ein jeweils über die Komponentenanschlüsse zugeführter Komponentenvolumenstrom durch die jeweils zugeordneten Komponentenzuführkanäle in eine Mehrzahl von Komponententeilvolumenströme aufgeteilt wird, und die Komponententeilvolumenströme von den zumindest zwei Komponenten in einem Mischraum (24) der Mischraumanordnung zusammengeführt werden,
wobei die Komponentenzuführkanäle (22) der ersten Komponente sich von dem axial angeordneten Komponentenanschluss (18) axial in den Mischraum (24) erstrecken und die Komponentenzuführkanäle (25) der zweiten Komponente sich von dem radial angeordneten Komponentenanschluss (15) in einem zur Längsachse der Komponentenzuführeinrichtung (11) zumindest anteilig geneigten Kanal in den Mischraum...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zur Mischung viskoser Komponenten zur Herstellung eines Mehrstoffsystems aus zumindest zwei Komponenten mit einer Komponentenzuführeinrichtung und einer an die Komponentenzuführeinrichtung anschließenden Mischraumanordnung.
Mischvorrichtungen der eingangs genannten Art sind regelmäßig so aufgebaut, dass zur Mischung von Mehrstoffsystemen die beteiligten Komponenten in jeweils einem der gewünschten Dosierung entsprechen den Volumenstrom einer Mischraumanordnung zugeführt werden, die auch unter dem Begriff „Statikmischer” bekannt ist. In einem derartigen Statikmischer erfolgt dann die Vermischung der ineinander strömenden Komponentenvolumenströme.
Bei dem Einsatz derartiger Statikmischer hat sich herausgestellt, dass sich insbesondere aufgrund von Grenzschichteffekten, also im Wandungsbereich der Mischraumanordnung vom übrigen Strömungsquerschnitt abweichenden Strömungsverhältnissen, eine heterogene Durchmischung ergeben kann. Dies führt insbesondere bei Verwendung von reaktiven Kleberkomponenten zu einem Mehrstoffsystem, das ungleichmäßig aushärtet. Darüber hinaus erweist sich die häufig auszuführende Reinigung derartiger Mischraumanordnungen als überaus aufwendig und oft nur unzureichend durchführbar, da die bekannten Mischraumanordnungen häufig in Strömungsrichtung komplexe Querschnittsstrukturen mit Rücksprüngen und Hinterschneidungen aufweisen, die beim Reinigungsvorgang nur schwer zugänglich sind und aufwendige Spülvorgänge mit Reinigungsflüssigkeit erfordern.
Aus der DE 29 13 940 C2 ist eine Mischvorrichtung zur Mischung viskoser Komponenten zur Herstellung eines Mehrstoffssystems aus zumindest zwei Komponenten bekannt, die eine Komponentenzuführeinrichtung und eine an die Komponentenzuführeinrichtung anschließende Mischraumanordnung aufweist. Bei dem bekannten Mischer werden die Volumenströme A und B parallel zueinander angeordnet und ohne jegliche Durchmischung in den Mischer bzw. die Mischraumanordnung eingeleitet, worauf eine Durchmischung im weiteren erst innerhalb der Mischraumanordnung stattfindet. Bei dieser Durchmischung weisen die einzelnen, in der Mischraumanordnung ausgebildeten Volumenströme eine übereinstimmend geneigte Ausrichtung zur Mischerachse auf.
Aus der DE 197 03 779 C2 ist wie auch aus der DE 10 2004 062 074 A1 eine Mischanordnung mit einer zueinander in parallelen Ebenen erfolgenden Ausrichtung von Teilvolumenströmen bekannt.
Die WO 88/03052 A1 zeigt eine Mischraumanordnung, bei der sich die Volumenströme in ein und derselben Ebene befinden und diametral aufeinander treffen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung vorzuschlagen, die eine bessere Durchmischung der Komponenten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Aufteilung der Komponentenvolumenströme in der Komponentenzuführeinrichtung werden Komponententeilvolumenströme gebildet, die im Mündungsbereich der Mischraumanordnung aufeinander treffen. Hierdurch ergibt sich eine Vielzahl von Adhäsionsflächen zwischen benachbarten Komponententeilvolumenströmen, die zu einem Aufreißen und Ineinandereindringen der Komponententeilvolumenströme im Zeitpunkt des Aufeinandertreffens und somit zu einer durch die Strömungs
geschwindigkeit der Komponententeilvolumenströme verursachten dynamischen oder turbulenten Durchmischung führen. Durch die Auflösung der Komponentenvolumenströme in Komponententeilvolumenströme wird bereits bei Einmündung der Komponententeilvolumenströme in die Mischraumanordnung ein hoher Grad der Durchmischung erreicht, so dass als Ausgangsbasis für eine etwaige weitere Durchmischung in der Mischraumanordnung bereits ein hoher Durchmischungsgrad gegeben ist.
Erfindungsgemäß erstrecken sich die Komponentenzuführkanäle einer ersten Komponente von dem axial angeordneten Komponentenanschluss axial in den Mischraum, und die Komponentenzuführkanäle einer zweiten Komponente erstrecken sich von dem radial angeordneten Komponentenanschluss in einem zur Längsachse der Komponentenzuführeinrichtung zumindest anteilig geneigten Kanal in den Mischraum. Eine derartige Kanalführung ermöglicht in besonderer Weise eine strömungstechnische Optimierung; insbesondere den Strömungswiderstand betreffend.
Wenn gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der radial angeordnete Komponentenanschluss in einem ringförmig ausgebildeten Radial-Anschlussteil angeordnet ist, das in koaxialer Anordnung zu dem axialen Komponentenanschluss ausgerichtet ist und das Radial-Anschlussteil mit dem Axial-Anschlussteil einen mit den ersten Kanalabschnitten verbundenen Ringraum bildet, wird bereits bei der Zuführung der einen Komponente eine radial gleichmäßige Verteilung ermöglicht, wodurch von vornherein beste Vorraussetzungen für eine gleichmäßige Durchmischung der Komponenten gegeben sind.
Wenn die Austrittsquerschnitte benachbarter Komponentenzuführkanäle einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als der doppelte Durchmesser eines Austrittsquerschnitts, ist sichergestellt, dass die vorbeschriebende Anschmiegung im Bereich der Einmündung in die Mischraumanordnung zwischen den Komponententeilvolumenströmen erfolgt.
Wenn darüber hinaus die Austrittsquerschnitte benachbarter Komponentenzuführkanäle einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser eines Austrittsquerschnitts wird die vorbeschriebene Anschmiegung in einem besonders vorteilhaften Ausmaß erreicht.
Eine hinsichtlich einer gleichmäßigen Durchmischung des Mehrstromsystems besonders effektive Ausgestaltung des Mischraums ist möglich, wenn der Mischraum als konischer Ringraum ausgebildet ist mit einer in Strömungsrichtung angeordneten Ringachse.
Ein besonders hoher Durchmischungsgrad bzw. eine definierte Beeinflussung des Durchmischungsgrads wird möglich, wenn die Mischraumanordnung eine Mehrzahl von in Strömungsrichtung einander nachfolgend angeordneten Mischräumen aufweist, also eine modular aufgebaute Mischraumanordnung geschaffen wird, die in ihrer Effektivität durch die Wahl der Anzahl der einander nachfolgend angeordneten Module definierbar ist.
Eine besonders vorteilhafte, modular aufgebaute Mischraumanordnung wird möglich, wenn die Mischraumanordnung in axialer Stapelanordnung alternierend angeordnete Volumenstromaufweitungs- und Volumenstromzusammenführungsmodule aufweist, derart, dass durch die Volumenstromaufweitungsmodule aus einem Mehrstoffvolumenstrom Teilvolumenströme vereinzelt und durch die Volumenstromzusammenführungsmodule die vereinzelten Teilvolumenströme zu einem Mehrstoffvolumenstrom zusammengeführt werden.
Hierdurch ergibt sich quasi eine Art pulsierender Mehrstoffvolumenstrom, der eine besonders effektive Durchmischung ermöglicht.
Vorteilhafte Ausführungen der Volumenstromaufweitungs- und Volumenstromzusammenführungsmodule sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung eine Ausführungsform der Mischvorrichtung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Mischvorrichtung in Längsschnittdarstellung;
2 ein ringförmig ausgebildetes Radialanschlussteil der in 1 dargestellten Mischvorrichtung in Querschnittdarstellung gemäß Schnittlinienverlauf II-II in 1;
3 ein Volumenstromaufweitungsmodul der in 1 dargestellten Mischvorrichtung in einer Draufsicht gemäß Schnittlinienverlauf III-III in 1;
4 ein Volumenstromzusammenführungsmodul der in 1 dargestellten Mischvorrichtung in Draufsicht gemäß Schnittlinienverlauf IV-IV in 1.
1 zeigt eine Mischvorrichtung 10 umfassend eine Komponentenzuführeinrichtung 11 und eine Mischraumanordnung 12. Die Komponentenzuführeinrichtung 11 und die Mischraumanordnung 12 sind bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Mischvorrichtung 10 in einem gemeinsamen Vorrichtungsgehäuse 13 ausgebildet. Genauso gut ist es jedoch auch möglich, die Komponentenzuführeinrichtung 11 unabhängig von der Mischraumanordnung 12 auszubilden und letztere über eine lösbare Verbindung mit der Komponentenzuführeinrichtung zur Erzielung des in 1 dargestellten gemeinsamen Vorrichtungsgehäuses zu verbinden.
Das Vorrichtungsgehäuse 13 weist im vorliegenden Fall einen im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildeten Grundkörper 14 auf, der zur Ausbildung eines Komponentenanschlusses 15 einen Gehäusebund 16 aufweist, der mit einer Anschlussbohrung 17 zum Anschluss einer hier nicht näher dargestellten Komponentenzuflussleitung versehen ist. Die Komponentenzuführeinrichtung 11 umfasst neben dem Komponentenanschluss 15 einen Komponentenanschluss 18, der an einem Gehäuseeinsatz 19 ausgebildet ist. Der Gehäuseeinsatz 19 weist an seinem als Komponentenanschluss 18 ausgebildeten Ende eine Anschlussbohrung 20 auf, die über eine Mehrzahl von in einer Bodenwandung 21 der Anschlussbohrung 20 ausgebildeten axial verlaufenden Komponentenzuführungskanälen 22 mit einem Zuführkopf 23 des Gehäuseeinsatzes 19 verbunden sind. Im vorliegenden Fall sind, wie 2 zeigt, fünf Komponentenzuführkanäle 22 vorgesehen, die sich axial durch den Zuführkopf 23 hindurch bis in einen ersten Mischraum 24 der Mischraumanordnung 12 erstrecken.
Zusätzlich zu den Komponentenzuführkanälen 22, die mit der Anschlussbohrung 20 des Komponentenanschlusses 18 verbunden sind, sind im Zuführkopf 23 Komponentenzuführkanäle 25 vorgesehen, die jeweils einen sich axial erstreckenden Axialabschnitt 26 und einen sich radial erstreckenden Radialabschnitt 27 aufweisen und eine Verbindung zwischen einem Ringraum 28, der zwischen dem Gehäusebund 16 und dem Zuführkopf 23 ausgebildet ist, und dem Mischraum 24 bilden. Zur Abdichtung des Ringraums 28 gegenüber dem Grundkörper 14 des Vorrichtungsgehäuses 13 und dem Zuführkopf 23 sind am Zuführkopf 23 Dichtungssitze 29 und 30 vorgesehen, die zur Aufnahme von hier nicht näher dargestellten O-Ringen dienen.
Wie ferner aus 1 zu ersehen ist, münden die Komponentenzuführkanäle 22 und 25 in den Mischraum 24, der einerseits durch eine axiale Endfläche 31 des Zuführkopfs 23 und andererseits durch ein axial an der Endfläche 31 anliegendes Volumenstromzusammenführungsmodul 32 begrenzt ist. Auf der axialen Endfläche 31 des Zuführkopfs 23 ist zentrisch ein Konus 33 ausgebildet, der unter Ausbildung des als konischer Ringraum ausgebildeten Mischraums 24 in eine im Volumenstromzusammenführungsmodul 32 ausgebildete konische Bohrung 35 eingreift.
Wie eine Zusammenschau der 1 und 4 zeigt, ist das Volumenstromzusammenführungsmodul 32 zu einer Mittelebene 36 symmetrisch ausgebildet, mit einer zentralen Durchgangsbohrung 37 und zwei einander gegenüberliegenden und über die Durchgangsbohrung 37 miteinander verbundenen konischen Bohrungen 35 versehen. Zwischen zwei Volumenstromzusammenführungsmodulen 32 befindet sich jeweils ein Volumenstromaufweitungsmodul 38, das wie sich aus einer Zusammenschau der 1 und 3 ergibt, eine Lochscheibe 39 aufweist, die zwei symmetrisch zu einer Mittelebene 40 auf den Scheibenoberflächen jeweils angeordnete Koni 33 aufweist. Die Lochscheibe 39 ist mit Durchgangsbohrungen 41 und 42 versehen, die im vorliegenden Fall übereinstimmende Austrittsquerschnitte 43 bzw. 44 aufweisen und eine mit Austrittsquerschnitten 45 und 46 der im Zuführkopf 23 ausgebildeten Komponentenzuführkanälen 22 bzw. 25 übereinstimmende Verteilung aufweisen.
Wie aus 1 ersichtlich, ist im vorliegenden Fall die Mischraumanordnung 12 durch eine alternierende Anordnung der Volumenstromzusammenführungsmodule 32 und der Volumenstromaufweitungsmodule 38 gebildet. Aufgrund dieser alternierenden Anordnung entstehen Mischräume 24 und 47, wobei der Mischraum 24 in Strömungsrichtung zu einer Reduktion des Strömungsquerschnitts und der Mischraum 47 in Strömungsrichtung zu einer Vergrößerung oder Aufweitung des Strömungsquerschnitts führt.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind, wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, die Komponentenzuführkanäle 22 alternierend mit den Komponentenzuführkanälen 25 am Umfang des Zuführkopfs 23 regelmäßig verteilt angeordnet. Je nachdem um welche und wie viele unterschiedliche Komponenten es sich handelt, kann es sich auch als vorteilhaft herausstellen, die jeweiligen Komponentenzuführkanäle unregelmäßig und in unterschiedlicher Anzahl anzuordnen. Durch eine geeignete Wahl der Austrittsquerschnitte 45 und 46 bzw. der Durchmesser der Anschlussbohrungen 17, 20 der Komponentenanschlüsse 15, 18 kann bei unterschiedlichen Volumenströmen die Fließgeschwindigkeit der verschiedenen Komponenten aneinander angepasst werden.
Der in 1 dargestellte modulare Aufbau der Mischraumanordnung 12 aus alternierend angeordneten Volumenstromaufweitungsmodulen 38 und Volumenstromzusammenführungsmodulen 32 ermöglicht eine leichte Montage und Demontage der Mischraumanordnung 12. Zur Montage der in 1 dargestellten Mischvorrichtung 10 wird zunächst die Komponentenzuführeinrichtung 11 durch Einschrauben des Gehäuseeinsatzes 19 in den Grundkörper 14 ausgebildet. Dabei wird der Verbund des Gehäuseeinsatzes 19 mit dem Grundkörper 14 über einen Gewindeeingriff 49 zwischen dem Gehäuseeinsatz 19 und dem Grundkörper 14 hergestellt. Anschließend erfolgt der Aufbau der Mischraumanordnung 12 über ein alternierendes Einbringen der Volumenstromzusammenführungsmodule 32 und der Volumenstromaufweitungsmodule 38 in eine Gehäuseaufnahmebohrung 50 des Grundkörpers 14. Die als Stapelanordnung ausgebildete alternierende Anordnung wird durch Einschrauben eines Einschraubmundstücks 51 in den Grundkörper 14 axial festgelegt. Eine im Einschraubmundstück 51 ausgebildete Ausgabebohrung 52 kann entsprechend den gewünschten Ausgabebedingungen ausgebildet sein, beispielsweise als Schraubanschluss für eine hier nicht näher dargestellte Ausgabeleitung.
Zur Reinigung der Mischvorrichtung 10 kann der Gehäuseeinsatz 19 bzw. der Zuführkopf 23 durch Herausschrauben aus dem Grundkörper 14 entfernt und beispielsweise in ein Reinigungsbad eingebracht werden. Dasselbe gilt für die Volumenstromzusammenführungsmodule 32 und die Volumenstromaufweitungsmodule 38 der Mischraumanordnung 12. Nach Entfernen der vorgenannten Module ist der Grundkörper 14 der Mischvorrichtung 10 im Wesentlichen frei von Hinterschneidungen und kann somit ebenfalls einfach und effektiv gereinigt werden.

Claims

Mischvorrichtung (10) zur Mischung viskoser Komponenten zur Herstellung eines Mehrstoffsystems aus zumindest zwei Komponenten mit einer Komponentenzuführeinrichtung (11) und einer an die Komponentenzuführeinrichtung anschließenden Mischraumanordnung (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Komponentenzuführeinrichtung eine Mehrzahl von Komponentenzuführkanälen (22, 25) aufweist, die in die Mischraumanordnung einmünden, und die Komponentenzuführkanäle gruppenweise zusammengefasst mit zumindest einem ersten Komponentenanschluss (18) und einem zweiten Komponentenanschluss (15) verbunden sind, derart, dass ein jeweils über die Komponentenanschlüsse zugeführter Komponentenvolumenstrom durch die jeweils zugeordneten Komponentenzuführkanäle in eine Mehrzahl von Komponententeilvolumenströme aufgeteilt wird, und die Komponententeilvolumenströme von den zumindest zwei Komponenten in einem Mischraum (24) der Mischraumanordnung zusammengeführt werden, wobei die Komponentenzuführkanäle (22) der ersten Komponente sich von dem axial angeordneten Komponentenanschluss (18) axial in den Mischraum (24) erstrecken und die Komponentenzuführkanäle (25) der zweiten Komponente sich von dem radial angeordneten Komponentenanschluss (15) in einem zur Längsachse der Komponentenzuführeinrichtung (11) zumindest anteilig geneigten Kanal in den Mischraum erstrecken.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radial angeordnete Komponentenanschluss (15) in einem ringförmig ausgebildeten Radial-Anschlussteil (16) angeordnet ist, das in koaxialer Anordnung zum axialen Komponentenanschluss (18) ausgerichtet ist, und das Radial-Anschlussteil mit einem Axial-Anschlussteil (19) einen mit den ersten Kanalabschnitten (27) verbundenen Ringraum (28) bildet.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Komponentenzuführkanäle (22, 25) Austrittsquerschnitte (45, 46) aufweisen, die einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als der doppelte Durchmesser eines Austrittsquerschnitts.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Komponentenzuführkanäle (22, 25) Austrittsquerschnitte (45, 46) aufweisen, die einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser eines Austrittsquerschnitts.
Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum (24, 47) als konischer Ringraum ausgebildet ist mit einer in Strömungsrichtung angeordneten Ringachse.
Mischvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischraumanordnung (12) eine Mehrzahl von in Strömungsrichtung einander nachfolgend angeordneten Mischräumen (24, 47) aufweist.
Mischvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischraumanordnung (12) in axialer Stapelanordnung alternierend angeordnete Volumenstromaufweitungsmodule (38) und Volumenstromzusammenführungsmodule (32) aufweist, derart, dass durch die Volumenstromaufweitungsmodule aus einem Mehrstoffvolumenstrom Teilvolumenströme vereinzelt und durch die Volumenstromzusammenführungsmodule die vereinzelten Teilvolumenströme zu einem Mehrstoffvolumenstrom zusammengeführt werden.
Mischvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromaufweitungsmodule (38) einen konischen Zentralbereich (33) und eine mit Durchgangsbohrungen (41, 42) versehene Peripherie und die Volumenstromzusammenführungsmodule (32) einen zentralen konischen Rücksprung (35) mit einer Durchgangsbohrung (37) aufweisen.
Mischvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromaufweitungsmodule (38) und die Volumenstromzusammenführungsmodule (32) spiegelsymmetrisch zu ihrer axialen Mittelebene (40, 36) ausgeführt sind.