Mischkopf für flüssige und pastöse Komponenten

Um aus mehreren flüssigen bzw. pastösen Komponenten ein homogenes Gemisch zu erzielen werden in der Technik statische bzw. dynamische Mischer eingesetzt. Wird bei der

Mischung eine chemische Reaktion ausgelöst, bei der das Gemisch aushärtet, werden die benetzten Stellen des Mischers mit Ablagerungen überzogen.

Die Ablagerungen sind umso stärker, je kleiner die Strömungsgeschwindigkeit in diesem

Bereich ist. Dies führt dazu, dass sich die Konturen des Mischers ständig verändern, bis schließlich das Mischergebnis nicht mehr den Anforderungen entspricht.

Die Konturen des Mischers verwandeln sich in eine strömungsgünstige Form, die gegenüber dem Ursprungszustand eine verminderte Mischqualität ergeben.

Die nun notwendig werdende Reinigung des Mischers führt zu einer Unterbrechung des Produktionsablaufes. Abhängig vom Reinigungsprinzip kann dies 1/10 Sekunde bis zu einer Stunde dauern. Kann eine lange Reinigungszeit nicht akzeptiert werden, muss die Produktionsunterbrechung durch Einsatz eines zweiten Mischers überbrückt werden.

Bei dem aus der DE 29 24 554 A1 bekannten Mischkopf, vgl. Figur 3 und S. 11 bis 12 der

Beschreibung, erfolgt die Vermischung der Komponenten durch eine in der Mischkammer rotierende Schnecke.

Bei der aus der DE 40 20 109 A1 bekannten Anlage zur Herstellung eines

Reaktionsgemisches, vgl. Figur 1a und 2a mit der zugehörigen Beschreibung, werden die zu mischenden Komponenten einem Mischkopf 14 zugeführt, über dessen Innenleben keine näheren Ausführungen gemacht werden.

Die Patentschrift DD 211 311 beschreibt einen Mischkopf, bei dem ein in der Mischkammer hin und her bewegbarer Kolben mit Absperr-, Förder- und Reinigungsfunktion die

Durchmischung der unter hohem Druck zugeführten Komponenten übernimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mischer bzw. Mischkopf vorzustellen, bei dem die oben dargestellten Nachteile vermieden werden, also möglichst keine Reinigungszeiten während des Produktionsablaufes durch das Verhindern von Ablagerungen bei der Gestaltung des Mischkopfes.

Diese Aufgabe wird bei einem Mischkopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausbildungen sind in den untergeordneten Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.

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Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die Stellen mit zu geringer Strömungsgeschwindigkeit im Mischkopf durch die Ausgestaltung der Mischkammer und des Rotors zu vermeiden. Die Erfindung wird anhand der Figuren 1a bis 1d und 2 erläutert.

Bei einer Strömung in einem Rohr bzw. Spalt entsteht ein Geschwindigkeitsprofil bei dem benachbarte Partikel zueinander verschoben werden, vgl. Figur 1a.

Bei einer Strömung durch gegeneinander bewegte Flächen entsteht ein

Geschwindigkeitsprofil nach Figur 1b.

Bei einem exzentrisch angeordnetem Rotor in einer zylinderförmigen Mischkammer ergeben sich Geschwindigkeitsveränderungen durch die über den Umfang des Rotors sich verändernde Spaltbreite wie in Figur 1 c dargestellt.

Bewegt man nun nach Anspruch 1 den exzentrisch angeordneten Rotor zusätzlich auf einer

Umlaufbahn um die Mittelachse der Mischkammer ergibt sich durch die

Verdrängungswirkung eine Veränderung des Geschwindigkeitsprofils nach Figur 1d.

Die beste Vermischung von in der Mischkammer vorhandenen Komponenten tritt ein, wenn die Geschwindigkeitsprofile möglichst unterschiedlich sind.

Eine vorteilhafte Ausführung eines Mischkopfes ist in Figur 2 gezeigt.

Die zu mischenden Komponenten werden über die Einlassöffnungen A ₁ A' und B ₁ B' zugeführt, bei mehr als 2 Komponenten, wie z.B. der Zuführung eines Treibmittels wie z.B.

Pentan, zusätzlich über die Einlassöffnungen C ₁ C Das fertige Gemisch verlässt den

Mischkopf über den Auslass D.

Der exzentrisch angeordnete Rotor wird neben seiner Eigenrotation ωR mit einer

Exzentergeschwindigkeit ωE angetrieben, wodurch eine besonders gute Durchmischung der

Komponenten und eine Verhinderung von Ablagerungen in der Mischkammer erreicht wird.

Werden die flüssigen bzw. pastösen zu mischenden Komponenten mit Druck auf die Einlassöffnungen gegeben und als Folge in axialer Richtung durch die Mischkammer gefördert, entsteht ein komplexes dreidimensionales Geschwindigkeitsprofil, wodurch sich ein gute Vermischung der Komponenten ergibt.

Zwar werden auch bei dieser Anordnung bei der Vermischung von aushärtbaren Komponenten die benetzten Flächen mit Ablagerungen überzogen. Deren Wachstum wird jedoch durch den exzentrisch angeordneten Rotor an der engsten Stelle begrenzt. Am Rotor und an der Mischkammerwand abgelagertes Material wird durch die Relativbewegung der Oberflächen voneinander abgetragen und durch die senkrecht dazu verlaufende Strömung aus dem Mischkopf ausgespült.

Nach dem Aufbau einer gleichmäßigen Beschichtung aus dem ausgehärteten Material wird ein eingeschwungener Produktionszustand erreicht.

Nach dem Beenden der Produktion ist ein Spülung des Mischkopfes mit Spülflüssigkeit notwendig.

Werden wie nach Anspruch 2 je Mischkomponente zwei Einlassöffnungen in der Mischkammer vorgesehen, die sich paarweise gegenüberliegend in der Wand der Mischkammer befinden, so erhält man in der Zuleitung der zu mischenden Komponente stabilere Druckverteilungen, da eine Einlassöffnung immer geöffnet ist.

Die Verlagerung der Einlassöffnungen für verschieden konsistente Komponenten in Richtung der Mischkammerachse nach den Ansprüchen 3 und 4 bewirkt, dass der unerwünschte Aushärtvorgang in der Mischkammer auf ein Minimum reduziert wird. Wird die dickflüssigere Komponente den Einlassöffnungen A und A' zugeführt, so schliesst diese das obere Ende so ab, dass es dort zu keinen durch Aushärten der Komponenten entstehenden Ablagerungen kommen kann.

Dies erreicht man auch durch die Dimensionierung der Durchmesser von Mischkammer und Rotor sowie die Wahl des Verhältnisses von Rotor- zu Exzentergeschwindigkeit nach den Ansprüchen 5 und 6.

Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn Mischkammer und Rotor ganz oder teilweise konisch ausgebildet sind, wie in den Ansprüchen 7 und 8 und in Figur 3 beschrieben.

Nach Anspruch 9 kann einem der drei öffnungspaare A, B oder C falls erforderlich ein Treibmittel wie z.B. Pentan zugeführt werden.