Statischer Mischer zur Herstellung aushärtbarer Mischungen aus fliessfähigen Komponenten, und dessen Verwendung

Abstract

 Der statische Mischer wird für ein aushärtendes Mischgut aus fliessfähigen Komponenten verwendet, die beim Mischen zu einer sich verfestigenden Masse reagieren. Der Mischer umfasst einen durch Spritzguss hergestellten Einbaukörper (1) und ein den Einbaukörper ummantelndes Rohr. Der Einbaukörper weist eine Kammerung durch eine Vielzahl von Mischkammern (2) auf. Die Mischkammern sind längs einer Rohrachse (10) hinter- sowie nebeneinander angeordnet. Durch in Richtung der Rohrachse orientierte, radiale Längswände (3a,3b,3c,3d) und durch quer zur Rohrachse stehende Querwände (4a',4b') sind sie gegen einander abgegrenzt. Durchbrüche (5a,5b,5c,5d) zwischen benachbarten Kammern in den radialen Längswänden stellen für das Mischgut Ein- und Ausgänge her. Zwei in Richtung der Rohrachse sich erstreckende Aussenseiten, insbesondere zwei parallele äussere Längswände (6), bilden erste Aussenseiten (6a) der Mischkammern. Mindestens für einen Teil der Mischkammern schliessen ausgangsseitig jeweils die Querwand (4b') und eine der äusseren Längswände (6) einen mit Wandmaterial gefüllten Winkel ein, dessen Füllung, nämlich die erste Winkelfüllung (7), eine konkave Oberfläche (7a) zum Innenraum der Mischkammer aufspannt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer für ein aushärtendes Mischgut gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Verwendung des Mischers.

[0002] In der EP-A- 0 749 776 und der EP-A- 0 815 929 sind statische Mischer zum Mischen von mindestens zwei fliessfähigen Komponenten beschrieben. Diese Mischer, die kompakt sind, liefern trotz einem einfachen, materialsparenden Aufbau ihrer Mischerstruktur gute Mischresultate, und zwar beim Mischen von hochviskosen Stoffen wie beispielsweise Dichtmassen, Zweikomponenten-Schäumen oder Zweikomponenten-Klebstoffen. Die die Mischerstruktur bildenden Einbauten können preisgünstig durch Spritzgiessen aus Thermoplasten hergestellt werden, so dass sie für einen einmaligen Gebrauch wirtschaftlich verwendbar sind. Ein solcher "Einwegmischer" wird hauptsächlich für aushärtende Produkte verwendet, da bei diesen Produkten die Mischer praktisch nicht gereinigt werden können.

[0003] Auch wenn das Mischen eines aushärtenden Mischguts mit Einwegmischern kontinuierlich oder quasikontinuierlich (beispielsweise getaktet) betrieben wird, ergeben sich doch endliche Standzeiten. Beispielsweise bei einem kontinuierlichen Durchführen des Mischens unter einem weitgehend konstant bleibenden Pressdruck, d.h. Druckabfall längs der Einbauten des Mischers, verringert sich nach der Standzeit die Abgabe von Mischgut merklich. Eine Erhöhung des Pressdrucks erlaubt nur eine relativ kurze Verlängerung der Mischgutabgabe.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, einen bezüglich den genannten Einwegmischern verbesserten Mischer zu schaffen, für den sich eine längere Standzeit ergibt. Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 definierten Mischer gelöst.

[0005] Der statische Mischer wird für ein aushärtendes Mischgut aus fliessfähigen Komponenten verwendet, die beim Mischen zu einer sich verfestigenden Masse reagieren. Der Mischer umfasst einen durch Spritzguss hergestellten Einbaukörper und ein den Einbaukörper ummantelndes Rohr. Der Einbaukörper weist eine Kammerung durch eine Vielzahl von Mischkammern auf. Die Mischkammern sind längs einer Rohrachse hinter- sowie nebeneinander angeordnet. Durch in Richtung der Rohrachse orientierte, radiale Längswände und durch quer zur Rohrachse stehende Querwände sind sie gegen einander abgegrenzt. Durchbrüche zwischen benachbarten Kammern in den radialen Längswänden stellen für das Mischgut Ein- und Ausgänge her. Zwei parallele äussere Längswände bilden bei einer häufig verwendeten Ausführungsform Aussenseiten der Mischkammern. Mindestens für einen Teil der Mischkammern schliessen ausgangsseitig jeweils die Querwand und eine der äusseren Längswände einen mit Wandmaterial gefüllten Winkel ein, dessen Füllung, nämlich die erste Winkelfüllung, eine konkave Oberfläche zum Innenraum der Mischkammer aufspannt.

[0006] Die "konkave Oberfläche" bedeutet dabei eine Oberfläche, die an keiner Stelle gegen den Innenraum der Mischkammer hinein gewölbt ist. Die Oberfläche kann auch bereichsweise eben sein: Die konkave Oberfläche ist konkav gekrümmt oder bildet zusammen mit den Winkelflanken im Querschnitt einen "konkaven Streckenzug", der angenähert den Verlauf einer konkav gekrümmten Kurve hat. Eine kleine keilförmige Winkelfüllung gibt ein Beispiel für eine konkave Oberfläche im Sinn der zweiten Bedeutung.

[0007] Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Mischers. Eine Verwendung des erfindungsgemässen Mischers ist Gegenstand des Anspruchs 10.

[0008] Aus der US-A- 2004/0008576 ist ein statischer Mischer bekannt, dessen Einbaukörper jenem des erfindungsgemässen Mischers gleicht, wobei aber die entsprechenden Winkelfüllungen keilförmig und nicht konkav im Sinn der oben definierten Bedeutung sind. Die Form dieser Winkelfüllungen ist hinsichtlich einer Verlängerung der Standzeit weniger günstig. Es besteht auch ein Nachteil darin, dass die keilförmigen Winkelfüllungen relativ grosse Anhäufungen an Wandmaterial bedeuten. Solche Materialanhäufungen sind beim Spritzgiessen des Einbaukörpers ungünstig, da sie längere Produktionszyklen und damit höhere Herstellkosten zur Folge haben.

[0009] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ausschnittsweise eine Mischerstruktur (Einbaukörper) eines bekannten Einwegmischers,

Fig. 2

eine Mischkammer eines erfindungsgemässen Mischers und

Fig. 3

einen zylindrischen Einbaukörper des erfindungsgemässen Mischers.

[0010] Die in der Fig. 1 ausschnittsweise gezeigte Mischerstruktur des aus der Druckschrift EP-A- 0 749 776 bekannten Einwegmischers ist ein durch Spritzguss hergestellter Einbaukörper 1, der in ein nicht dargestelltes Rohr eingeschoben ist. Dieses den Einbaukörper 1 ummantelnde Rohr hat einen Innenraum mit quadratischem Querschnitt, in den hinein der Einbaukörper 1 formschlüssig passt. (Der Einbaukörper 1 und das ummantelnde Rohr könnten auch zylindrisch ausgebildet sein: vgl. Fig. 3.) Aus Kartuschen werden mittels Kolben fliessfähige Komponenten eines aushärtenden Mischguts durch das Rohr und den Einbaukörper 1 durchgepresst, wobei die reaktiven Mischgutkomponenten zu einer sich verfestigenden Masse vermischt werden. Der Einbaukörper 1 weist eine Kammerung durch eine Vielzahl von Mischkammern 2 auf. Die Mischkammern 2 sind längs einer Rohrachse 10 hinter- sowie nebeneinander angeordnet. Durch radiale Längswände 3a, 3b, 3c und 3d, die in Richtung der Rohrachse 10 orientiert sind, sowie durch quer zur Rohrachse 10 stehende Querwände 4a und 4b sind die Mischkammern 2 gegen einander abgegrenzt. Durchbrüche 5a, 5b, 5c und 5d zwischen benachbarten Kammern 2 stellen in den radialen Längswänden 3a, 3b, 3c und 3d Ein- und Ausgänge für das Mischgut her. Erste Aussenseiten 6a der Mischkammern 2 werden durch zwei parallele äussere Längswände 6 gebildet. Zwischen diesen Längswänden 6 haben die Mischkammern 2 jeweils eine zweite Aussenseite 6b, die offen ist und vom nicht dargestellten Rohr begrenzt wird. Die äusseren Längswände 6 können auch fehlen. Bei der genannten häufig verwendeten Ausführungsform bilden die Längswände 6 die ersten Aussenseiten 6a.

[0011] Eine erfindungsgemäss ausgeführte Mischkammer 2 ist in Fig. 2 gezeigt. Mit Pfeilen ist dort auch der Transport des Mischguts durch die Mischkammer 2 dargestellt. Eingangsseitig, unmittelbar bei der Querwand 4a (siehe Fig. 1) befindet sich der Eingang 5a, durch den ein Strom 12a des Mischguts eintritt. Durch den zweiten Eingang 5b tritt ein Strom 12b ein. Der Strom 12a verzweigt sich in Teilströme 12ad und 12ac, die durch die Ausgänge 5d bzw. 5c in benachbarte Mischkammern abströmen. Entsprechend wird der Strom 12b in Teilströme 12bd und 12bc verzweigt, die gemeinsam mit den Teilströmen 12ad und 12ac die in Fig. 2 vollständig dargestellte Mischkammer 2 verlassen.

[0012] Beim Durchpressen des Mischguts durch die Einbauten 1 entsteht in der Mischkammer 2 ein Feld von Druckgradienten. Entsprechend den Druckgradienten bildet sich ein Geschwindigkeitsfeld der Mischgutströmung aus. Die Druckgradienten sind am ausgeprägtesten im Bereich der Durchbrüche 5a, 5b, 5c und 5d, wo auch die Strömungsgeschwindigkeiten am grössten sind. Die Strömung lässt sich als Bündel von Stromfäden vorstellen. Innerhalb der Mischkammer 2 weiten sich die Querschnitte der Stromfäden, und folglich treten dort relativ geringe Strömungsgeschwindigkeiten auf. Entsprechend sind auch die Druckgradienten abgeschwächt. Die Abschwächung der Druckgradienten ist ortsabhängig. Besonders in Eckbereichen, die in grösserer Entfernung von den Durchbrüchen 5a, 5b, 5c und 5d liegen, sind die Druckgradienten sehr klein. Sie verschwinden dort praktisch, so dass das Mischgut sehr langsam fliesst und praktisch stagniert. In Mischkammern, in denen die Vermischung schon weit fortgeschritten ist, kommt es zur Reaktion zwischen den Mischgutkomponenten. Dies führt in den Bereichen mit stagnierender Strömung zu einer Vergrösserung der Viskosität des Mischguts. Durch diese Änderung der Viskosität vergrössern sich die stagnierten Bereiche, so dass sich unaufhaltsam eine lokale Immobilisierung ergibt. Diese Immobilisierung beginnt in den genannten Eckbereichen und dehnt sich von dort in den Innenbereich der Mischkammer 2 aus. Dadurch erhöht sich der Strömungswiderstand der Einbauten 1. Gleichzeitig wird auch die Mischgüte beeinträchtigt.

[0013] Mit dem Auftreten der Immobilisierung ist verbunden, dass das Mischen mit dem Einwegmischer nur während einer Standzeit, die von der Reaktionskinetik des aushärtenden Mischguts abhängt, durchführbar ist. Die Standzeit kann verlängert werden, wenn Massnahmen gegen die Stagnation im fliessenden Mischgut ergriffen werden. Solche Massnahmen sind erfindungsgemäss vorgesehene Modifikationen der in Fig. 1 dargestellten Mischkammer 2. Es handelt sich dabei um folgende Modifikationen:

[0014] Ausgangsseitig schliessen die Querwand 4b und die äussere Längswand 6 einen mit Wandmaterial gefüllten Winkel ein, der als strichpunktiert gezeichnetes "Dreibein" bei der Querwand 4b angedeutet ist. Die Füllung dieses Winkels, die als "erste Winkelfüllung 7" bezeichnet wird, spannt eine konkave Oberfläche 7a (gemäss der oben angegebenen Bedeutung) zum Innenraum der Mischkammer 2 auf. Wie anschaulich aus der Fig. 2 klar wird, sind mit der ersten Winkelfüllung 7 die Bedingungen für das Auftreten einer Stagnation entschärft, was eine Verlängerung der Standzeit bewirkt.

[0015] Eine weitere Massnahme in Form einer "zweiten Winkelfüllung 8" trägt zusätzlich zu einer Verlängerung der Standzeit bei: In der Mischkammer 2 schliessen eingangseitig die Querwand 4a und die zweite Aussenseite 6b einen mit Wandmaterial gefüllten Winkel ein, dessen Füllung, nämlich die zweite Winkelfüllung 8, ebenfalls eine konkave Oberfläche 8a zum Innenraum der Mischkammer 2 aufspannt. Die Wirkungsweise dieser zweiten Winkelfüllung 8 ist gleich wie jene der ersten Winkelfüllung 7.

[0016] Die Immobilisierung tritt umso stärker in Erscheinung, je weiter eine Mischkammern 2 stromabwärts liegt - solange keine oder überall die gleiche Massnahme gegen dieses Problem ergriffen ist. Daher ist es von Vorteil, wenn die ersten und/oder zweiten Winkelfüllungen 7, 8 zumindest teilweise verschieden gross ausgebildet sind, und dabei jede Winkelfüllung 7 oder 8 gleich gross oder kleiner als die stromabwärts folgenden Winkelfüllungen 7 bzw. 8 ist.

[0017] Die Winkelfüllungen 7, 8 sollen keine zu grossen Materialanhäufungen bilden, wie bereits oben begründet worden ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn folgendes für die erste Winkelfüllung 7 gilt (und Entsprechendes für die zweite Winkelfüllung 8): Die konkaven Oberflächen 7a (bzw. 8a) gehen jeweils an einer Grenzlinie 7b zu einem ebenen Flächenteil 4b' (bzw. 4a') der Querwand 4b (bzw. 4a) über; diese Grenzlinie 7b soll in einem mittleren Streifen der Querwand 4b liegen, wobei dieser Streifen das mittlere Drittel der Querwand 4b auf deren Innenseite belegt.

[0018] Die konkaven Oberflächen 7a oder 8a sind jeweils zumindest angenähert Teil eines Kreiszylinders. Die Achse dieses Zylinders liegt dabei in einer senkrecht zur Rohrachse 10 stehenden Ebene. Die den beiden Winkelfüllungen 7 und 8 zugeordneten Zylinderachsen sind senkrecht zueinander ausgerichtet.

[0019] Mit Vorteil gehen die konkaven Oberflächen 7a und 8a jeweils mit glattem Verlauf in ebene Flächenteile 4a' bzw. 4b' der Querwände 4a bzw. 4b über. Das Gleiche gilt für Übergänge in Ebenen, auf denen die Aussenseiten 6a bzw. 6b der Mischkammer 2 liegen.

[0020] Die zweite Aussenseite 6b der Mischkammer 2 ist durch die zweite Winkelfüllung im Bereich einer Zone abgedeckt, deren Fläche nicht grösser als die Durchbruchsfläche des Eingangs 5a ist, der an die Querwand 4a angrenzt. Diese Bedingung ergibt sich durch die Geometrie des Werkzeugs, das als Giessform in der Spritzgusseinrichtung eingesetzt wird.

[0021] In Fig. 3 ist ein zylindrischer Einbaukörper des erfindungsgemässen Mischers gezeigt, der auch erste und zweite Winkelfüllungen 7 bzw. 8 aufweist. Die äusseren Längswände 6, welche die ersten Aussenseiten 6a der Mischkammern bilden, haben einen kreissegmentförmigen Querschnitt. Die zweite Aussenseite 6b ist gekrümmt. Entsprechend ist daher auch die eine Flanke der zweiten Winkelfüllung 8 gekrümmt.

[0022] Bei der Verwendung des erfindungsgemässen Mischers wird mit Vorteil das Mischgut aus Komponenten, die beim Mischen zu einer sich verfestigenden Masse reagieren, bei einem weitgehend konstant bleibenden oder getaktet variierenden Pressdruck, d.h. Druckabfall längs der Einbauten 1 des Mischers, kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich gemischt. Das Mischen wird unterbrochen sowie der Mischer ausgewechselt, sobald eine Abgabe von Mischgut merklich kleiner wird oder eine Vergrösserung des Pressdrucks erforderlich wird.

Ansprüche

1. Statischer Mischer für ein aushärtendes Mischgut aus fliessfähigen Komponenten, die beim Mischen zu einer sich verfestigenden Masse reagieren, welcher Mischer einen durch Spritzguss hergestellten Einbaukörper (1) und ein den Einbaukörper ummantelndes Rohr umfasst, wobei der Einbaukörper eine Kammerung durch eine Vielzahl von Mischkammern (2) aufweist, die Mischkammern - längs einer Rohrachse (10) hinter- sowie nebeneinander angeordnet - durch in Richtung der Rohrachse orientierte, radiale Längswände (3a, 3b, 3c, 3d) sowie durch quer zur Rohrachse stehende Querwände (4a, 4b) gegen einander abgegrenzt sind, Durchbrüche (5a, 5b, 5c, 5d) zwischen benachbarten Kammern in den radialen Längswänden für das Mischgut Ein- und Ausgänge herstellen und zwei in Richtung der Rohrachse sich erstreckende Aussenseiten, insbesondere zwei parallele äussere Längswände (6), erste Aussenseiten (6a) der Mischkammern bilden,
   dadurch gekennzeichnet, dass mindestens für einen Teil der Mischkammern ausgangsseitig jeweils eine Querwand (4b) und eine der ersten Aussenseiten (6a) einen mit Wandmaterial teilweise gefüllten Winkel einschliessen, dessen Füllung, nämlich die erste Winkelfüllung (7), eine konkave Oberfläche (7a) zum Innenraum der Mischkammer aufspannt, die konkav gekrümmt ist oder zusammen mit den Winkelflanken im Querschnitt einen konkaven Streckenzug bildet.

2. Statischer Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammern (2) zwischen den ersten Aussenseiten (6a) jeweils eine zweite Aussenseite (6b) haben, die zumindest teilweise offen und dort vom Rohr begrenzt ist, dass mindestens für einen Teil der Mischkammern eingangseitig jeweils eine Querwand (4a) und die zweite Aussenseite einen mit Wandmaterial teilweise gefüllten Winkel einschliessen, dessen Füllung, nämlich die zweite Winkelfüllung (8), eine konkave Oberfläche (8a) zum Innenraum der Mischkammer aufspannt, die konkav gekrümmt ist oder zusammen mit den Winkelflanken im Querschnitt einen konkaven Streckenzug bildet.

3. Statischer Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konkaven Oberflächen (7a, 8a) jeweils an einer Grenzlinie (7b) zu einem ebenen Flächenteil (4b') der Querwand (4b) übergehen und diese Grenzlinie in einem mittleren Streifen der Querwand liegt, wobei dieser Streifen das mittlere Drittel der Querwand auf deren Innenseiten belegt.

4. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Oberfläche (7a, 8a) zumindest angenähert Teil eines Kreiszylinders ist, dessen Achse in einer senkrecht zur Rohrachse (10) stehenden Ebene liegt.

5. Statischer Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konkaven Oberflächen (7a, 8a) jeweils mit glattem Verlauf in ebene Flächenteile (4b') der Querwände (4b) und/oder in Ebenen übergehen, auf denen die Aussenseiten (6a, 6b) der Mischkammern (2) liegen.

6. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Aussenseite (6b) der Mischkammer (2) durch die zweite Winkelfüllung (8) im Bereich einer Zone abgedeckt ist, deren Fläche gleich gross wie die Durchbruchsfläche des Eingangs (5a) ist, der an die Querwand (4a) angrenzt.

7. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Winkelfüllungen (7, 8) zumindest teilweise verschieden gross sind.

8. Statischer Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Winkelfüllung gleich gross oder kleiner als die entsprechende stromabwärts folgenden Winkelfüllungen ist.

9. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte des Rohrs und entsprechend jener des Einbaukörpers (1) rechteckig oder kreisförmig sind.

10. Verwendung des statischen Mischers gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Mischen eines aushärtenden Mischguts aus fliessfähigen Komponenten, die beim Mischen zu einer sich verfestigenden Masse reagieren, wobei unter einem weitgehend konstant bleibenden oder getaktet variierenden Pressdruck, d.h. Druckabfall längs der Einbauten (1) des Mischers, kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich gemischt wird und das Mischen unterbrochen sowie der Mischer ausgewechselt wird, sobald eine Abgabe von Mischgut merklich kleiner wird oder eine Vergrösserung des Pressdrucks erforderlich wird.

Zeichnung