Statischer Mischer

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer, umfassend einen sich in einer Hauptrichtung (X) erstreckenden Kanal (1) mit zumindest einem darin angeordneten Mischglied (4), wobei das Mischglied (4) Strukturen (6, 7) zur Aufteilung, Umlenkung und/oder Zusammenführung eines durch den Kanal (1) geförderten Medienstroms umfasst, wobei zumindest eine aufteilende Struktur (6, 7) den Medienstrom in zumindest einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufteilt, wobei der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom von der aufteilenden Struktur (6, 7) bis zu einer Zusammenführung verschiedene mittlere Weglängen aufweisen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] EP 0 749 776 A1 beschreibt einen statischen Mischer mit einer Vielzahl von hintereinander angeordneten, jeweils baugleichen Elementen, an denen jeweils ein eintrittsseitiger Trennsteg und ein austrittsseitiger Trennsteg ausgebildet ist. Mittels der Trennstege ist eine symmetrische Aufteilung und Führung eines Medienstroms in zwei oder mehreren Teilströmen ermöglicht.

[0003] Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen statischen Mischer anzugeben, der eine gute Toleranz gegenüber Störungen in der Zuführung eines Medienstroms aufweist.

[0004] Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten, statischen Mischer erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die unterschiedlichen Weglängen der beiden Teilströme ist eine Rückvermischung unterstützt, durch die ein besserer Ausgleich von Dosierfehlern bzw. in einem Zulaufbereich des Mischers verursachte Störungen von Stoffmengen besonders gut ausgeglichen werden. Herkömmliche statische Mischer haben insbesondere bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel im Bereich der Bauchemie, ein geringes Reaktionsvolumen und daher eine kurze Kontaktzeit. Störungen der Stoffmengen im Zulaufbereich werden daher über die kurze aktive Mischstrecke kaum ausgeglichen. Zum Beispiel bei handgeführten Auspressgeräten werden die Stoffmassen oft diskontinuierlich dosiert und in kurzen Hüben von oft wenigen Millilitern Volumen gefördert, die meist ein geringeres Volumen als ein Eigenvolumen des Mischers haben. Je nach Elastizität des gesamten Ausbringsystems kommt es teilweise zu erheblichen Schwankungen im Mischverhältnis der Komponenten vor dem Mischer. Ein herkömmlicher statischer Mischer gleicht diese Schwankungen nur in geringem Maße aus.

[0005] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde eine bisher nicht als Kriterium betrachtete Streuung der mittleren Verweilzeit einer Stoffmenge im Mischer herangezogen, um eine möglichst hohe Toleranz gegen Störungen, insbesondere durch Pumpeffekte auf einer Eduktseite, zu erzielen. Ein erfindungsgemäßer Mischer ermöglicht durch die verschiedenen Weglängen eine besonders deutliche Rückvermischung und hierdurch eine hohe Bandbreite bzw. Streuung der mittleren Verweilzeit im Mischer. Dem geteilten Medienstrom werden mindestens zwei geometrisch unterschiedlich lange Wege bis zu einer erneuten Vereinigung bzw. Zusammenführung angeboten. Dies kann auch als ein zeitlicher Versatz der Teilströme vor der Zusammenführung betrachtet werden.

[0006] Insbesondere fehlt einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dabei ein aus dem Stand der Technik üblicher, über die gesamte Breite des Kanals verlaufender Trennsteg zur Teilung des Medienstroms über den gesamten Querschnitt. Eine für fast alle statischen Mischer typische Deckungsgleichheit (Rotations- oder Spiegelsymmetrie) der Wege von der Aufteilung bis zur Zusammenführung wird vermieden.

[0007] Ein erfindungsgemäßer statischer Mischer ist nicht ausschließlich unter den vorgenannten Kriterien optimiert, sondern erfüllt je nach Bedarf auch weitere übliche Anforderungen wie etwa

• eine gute Mikrovermischung durch eine ausreichende Zahl von Strukturen zur Aufteilung und/oder Umlenkung,
• einen ausreichend niedrigen hydrodynamischen Gesamtwiderstand,
• ein ausreichend niedriges, durch den Mischer umschlossenes Volumen, insbesondere im Fall von Einwegmischern,
• eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit.

[0008] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich die mittleren Weglängen um zumindest etwa 10%, besonders bevorzugt um zumindest etwa 20%. Hierdurch wird eine besonders gute Rückvermischung erzielt.

[0009] Bei einer konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform hat das Mischglied eine Grundplatte, wobei die Grundplatte zumindest eine Öffnung aufweist. Bevorzugt ist dabei stromabwärts der Öffnung ein Umlenkglied angeordnet, das einen sich überwiegend quer zu der Hauptrichtung erstreckenden Wandabschnitt aufweist. Hierdurch kann eine Aufteilung der Teilströme erfolgen, indem ein erster Teil des an dem Umlenkglied aufgestauten Medienstroms durch die Öffnung in der Grundplatte hindurch ausweicht und ein anderer Teil um das Umlenkglied herum entweicht.

[0010] Dies wird in besonders bevorzugter Detailgestaltung noch dadurch unterstützt, dass das Umlenkglied zudem einen sich überwiegend parallel zu der Hauptrichtung erstreckenden Wandabschnitt aufweist. Bevorzugt überdeckt sich der zur Hauptrichtung überwiegend parallele Wandabschnitt zumindest teilweise mit der Öffnung, so dass der Wandabschnitt neben der Öffnung aufragt und eine besonders effektive Wirkung auf die Aufspaltung und Umlenkung des Medienstroms hat.

[0011] Bei einer einfach herstellbaren und effektiven Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein jeweiliges Umlenkglied sich nur auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte erstreckt. Hierdurch ist eine Abzweigung eines Teilmedienstroms mittels Durchtritt durch die Grundplatte auf einfache Weise ermöglicht.

[0012] Weiterhin kann allgemein vorgesehen sein, dass die Grundplatte eine linke und eine rechte Hälfte quer zu der Hauptrichtung aufweist, wobei die zumindest eine Öffnung sich im Wesentlichen auf nur einer der Hälften befindet. Besonders bevorzugt sind dabei jeweils zwei Öffnungen in der Hauptrichtung auf derselben Hälfte der Grundplatte unmittelbar hintereinander angeordnet. Zur Verbesserung einer Aufteilung in jeweils zwei Medienströme unterschiedlicher Weglängen ist dabei eine erste Umlenkstruktur unmittelbar nach der ersten der zwei Öffnungen angeordnet und erstreckt sich auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte, wobei eine zweite Umlenkstruktur unmittelbar nach der zweiten der zwei Öffnungen angeordnet ist und sich auf der jeweils anderen der beiden gegenüberliegenden Seiten erstreckt.

[0013] Je nach Anforderungen kann der Kanal einen im Wesentlichen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweisen oder auch einen im Wesentlichen runden, insbesondere kreisförmigen Querschnitt.

[0014] Allgemein vorteilhaft ist das Mischglied als materialeinheitlich einstückiges Bauteil, insbesondere Gussteil, ausgebildet. Das Material des Mischglieds und/oder Kanals kann Kunststoff oder Metall, z.B. Aluminium sein. Unter materialeinheitlich einstückig kann dabei verstanden werden, dass der statische Mischer insgesamt nur ein einstückiges Mischglied aufweist. Es können in alternativer Ausgestaltung aber auch mehrere der Mischglieder hintereinander angeordnet sein, um die Mischung weiter zu verbessern.

[0015] Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Mischglied mittels einer einfach öffnenden Gussform, insbesondere Kunststoff-Spritzgussform, herstellbar.

[0016] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.

[0017] Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1

zeigt eine Schnittansicht in einer Längsebene durch einen erfindungsgemäßen statischen Mischer.

Fig. 2

zeigt eine räumliche Ansicht eines Mischglieds des Mischers aus Fig. 1.

Fig. 3

zeigt einen Querschnitt durch den Mischer aus Fig. 1.

Fig. 4

zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

[0018] Der in Fig. 1 gezeigte statische Mischer ist vorliegend als handgeführter Einweg-Mischer aus dem Bereich der Bauchemie ausgebildet. Es kann sich aber auch um eine wieder verwendbare Bauart mit anderem Einsatzbereich handeln.

[0019] Ein im Querschnitt (siehe Fig. 3) rechteckiger Kanal 1 erstreckt sich in einer Hauptrichtung X und umfängt ein Mischervolumen, das sich zwischen einem Zuführbereich 2 und einem Austrittsbereich 3 für einen durch den Kanal 1 geförderten Medienstrom befindet.

[0020] In dem Mischervolumen ist ein Mischglied 4 angeordnet, dass von dem Innenwand des Kanals 1 abschließend umfang wird. das Mischerglied 4 hat eine sich in der Längsrichtung X und einer Querrichtung Y erstreckende Grundplatte 5, in der eine Mehrzahl von Öffnungen 6 angeordnet ist. Durch die Öffnungen 6 kann das Medium von einer Seite der Grundplatte auf die gegenüberliegende Seite der Grundplatte hindurch treten.

[0021] Die Grundplatte hat eine linke Hälfte 5a und eine rechte Hälfte 5b quer zu einer in der Hauptrichtung X verlaufenden Mittelachse der Grundplatte 5. Jede der Öffnungen 6 ist dabei nur auf jeweils einer der Hälften 5a, 5b angeordnet. In Querrichtung Y befindet sich neben einer der Öffnungen 6 jeweils keine Öffnung.

[0022] Die Öffnungen haben vorliegend einen quadratische, in allen Richtungen gleichmäßige Ausdehnung. Jeweils zwei der Öffnungen 6 sind in der Hauptrichtung unmittelbar hintereinander angeordnet.

[0023] Von jeder der Öffnungen 6 erstreckt sich eine Umlenkstruktur 7 ausgehend von der Grundplatte 5 senkrecht zu dieser und nur auf einer der beiden Seiten der Grundplatte.

[0024] Die Umlenkstrukturen 7 von zwei unmittelbar auf derselben Grundplattenhälfte 5a, 5b aufeinander folgenden Öffnungen 6 erstrecken sich auf jeweils entgegen gesetzten Seite der Grundplatte.

[0025] Jede der einer Öffnung 6 zugeordneten Umlenkstrukturen 7 umfasst einen in Querrichtung erstreckten Wandabschnitt 7a unmittelbar stromabwärts der Öffnung 6. Zudem hat die Umlenkstruktur einen in der auf der Mittelachse der grundplatte parallel zu der Hauptrichtung verlaufenden Wandabschnitt 7b, der sich in Projektion in der Querrichtung Y zumindest teilweise mit der Öffnung 6 überdeckt.

[0026] Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:

Ein Strom eines pastösen oder zähflüssigen Mediums wird durch entsprechenden Druck von dem Zuführbereich 2 durch den Kanal 1 zu dem Ausströmbereich 3 gefördert. Insbesondere kann das Medium dabei zunächst zwei oder mehrere Stränge verschiedener Substanzen aufweisen, die in dem Kanal miteinander zu mischen sind.

[0027] Auf einer Hälften 5a, 5b wird der Medienstrom durch ein Umlenkglied 7 gestaut. Ein erster Teilstrom weicht dabei durch die dem Umlenkglied 7 zugeordnete Öffnung auf die andere Seite der Grundplatte 5 aus. Der übrige Teilstrom umläuft den zur Hauptrichtung parallelen Wandabschnitt 7b und weicht auf die andere Hälfte derselben Seite der Grundplatte 5 aus, wobei er nach der Umlenkstruktur 7 wieder auf die ursprüngliche Hälfte zurückgeführt wird.

[0028] Fig. 2 zeigt beispielhaft zwei Wege W1, W2 eines Medienstroms, der zunächst vor seiner Aufteilung durch eine erste von zwei unmittelbar hintereinander liegenden Öffnung 6 strömt, wobei er einer hinter der Öffnung 6 liegenden Umlenkstruktur ausweicht. Auf der anderen, in Fig. 2 oberen Seite der Grundplatte erfolgt dann wie vorstehend beschrieben die Aufteilung in zwei Teilströme. Die Öffnung 6 und ihre Umlenkstruktur 7 bilden daher zusammen eine den Medienstrom aufteilende Struktur aus.

[0029] Der erste Teilstrom W1 umläuft die sich auf der oberen Seite erstreckende Umlenkstruktur 7. Der zweite Teilstrom W2 tritt durch die unmittelbar folgende Öffnung 6 wieder durch die Grundplatte auf deren Unterseite hindurch.

[0030] Im weiteren, nicht eingezeichneten Verlauf werden die Teilströme an einer Öffnung 6 zumindest teilweise wieder zusammengeführt. Offensichtlich haben die Teilströme dabei unterschiedlich lange Wege W1, W2 hinter sich gebracht.

[0031] Die Öffnungen und Umlenkstrukturen sind so dimensioniert, dass die Aufteilung in zwei Teilströme zumindest annähernd gleichmäßig erfolgt. Ein gewisses Ungleichgewicht bei der Teilung kann aufgrund der verschiedenen Weglängen gewünscht sein.

[0032] Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Kanal 1, der eine quadratische Form hat. Es ist erkennbar, dass der statische Mischer dieses Ausführungsbeispiels im Querschnitt in vier Sektoren aufgeteilt ist, die sich durch die Trennung in eine obere und untere Seite sowie eine linke und eine rechte Hälfte der Grundplatte 5 ergeben.

[0033] Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des Beispiels aus Fig. 1 bis Fig. 3, bei der der Kanal einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Kanal 1 kann auch eine andere Querschnittsform haben. In jedem Fall schließen die Umlenkstrukturen bündig an die Kanalwand an, um ein Ausweichen des Mediums entlang der Kanalwand zu vermeiden.

[0034] Die Grundplatte 5 muss nicht, wie in den Beispielen gezeigt, eine genaue Ebene ausbilden, sondern kann auch leicht gebogen, gewendelt oder ähnlich verlaufen.

[0035] Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die genauen Formgebungen der Elemente gemäß der vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere müssen die Wände 7a, 7b der Umlenkstrukturen nicht gerade verlaufen und/oder rechtwinklig aufeinander stehen. Auch eine fließende, gebogene Formgebung oder andere Winkel sind möglich.

Ansprüche

1. Statischer Mischer, umfassend
einen sich in einer Hauptrichtung (X) erstreckenden Kanal (1) mit zumindest einem darin angeordneten Mischglied (4),
wobei das Mischglied (4) Strukturen (6, 7) zur Aufteilung, Umlenkung und/oder Zusammenführung eines durch den Kanal (1) geförderten Medienstroms umfasst,
wobei zumindest eine aufteilende Struktur (6, 7) den Medienstrom in zumindest einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufteilt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom von der aufteilenden Struktur (6, 7) bis zu einer Zusammenführung verschiedene mittlere Weglängen aufweisen.

2. Statischer Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Weglängen sich um zumindest etwa 10%, insbesondere um zumindest etwa 20% unterscheiden.

3. Statischer Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischglied (4) eine Grundplatte (5) umfasst, wobei die Grundplatte zumindest eine Öffnung (6) aufweist, wobei die Grundplatte insbesondere im Wesentlichen eben ausgebildet und/oder im Wesentlichen parallel zu der Hauptrichtung (X) ausgerichtet ist.

4. Statischer Mischer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Öffnung (6) ein Umlenkglied (7) angeordnet ist, das einen sich überwiegend quer zu der Hauptrichtung (X) erstreckenden Wandabschnitt (7a) aufweist.

5. Statischer Mischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkglied (7) zudem einen sich überwiegend parallel zu der Hauptrichtung erstreckenden Wandabschnitt (7b) aufweist.

6. Statischer Mischer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Hauptrichtung überwiegend parallele Wandabschnitt (7b) sich zumindest teilweise mit der Öffnung (6) überdeckt.

7. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges Umlenkglied sich nur auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte (5) erstreckt.

8. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (5) eine linke und eine rechte Hälfte (5a, 5b) quer zu der Hauptrichtung (X) aufweist, wobei die zumindest eine Öffnung (6) sich im Wesentlichen auf nur einer der Hälften (5a, 5b) befindet.

9. Statischer Mischer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Öffnungen (6) in der Hauptrichtung (X) auf derselben Hälfte (5a, 5b) der Grundplatte (5) hintereinander, insbesondere unmittelbar hintereinander, angeordnet sind.

10. Statischer Mischer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Umlenkstruktur (7) unmittelbar nach der ersten der zwei Öffnungen (6) angeordnet ist und sich auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte erstreckt, wobei eine zweite Umlenkstruktur (7) unmittelbar nach der zweiten der zwei Öffnungen (6) angeordnet ist und sich auf der jeweils anderen der beiden gegenüberliegenden Seiten erstreckt.

11. Statischer Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (1) einen im Wesentlichen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweist.

12. Statischer Mixer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (1) einen im Wesentlichen runden, insbesondere kreisförmigen Querschnitt aufweist.

13. Statischer Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischglied (4) als materialeinheitlich einstückiges Bauteil, insbesondere Gussteil, ausgebildet ist.

14. Statischer Mischer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischglied (4) mittels einer einfach öffnenden Gussform, insbesondere Kunststoff-Spritzgussform, herstellbar ist.

Zeichnung