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