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DE10322922A1 - Static mixer, for mixing at least two components with paste consistency, e.g. in plastics injection molding, has successive mixing elements within pipe, with deflectors to move material to center with low flow resistance - Google Patents

Static mixer, for mixing at least two components with paste consistency, e.g. in plastics injection molding, has successive mixing elements within pipe, with deflectors to move material to center with low flow resistance Download PDF

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DE10322922A1
DE10322922A1 DE2003122922 DE10322922A DE10322922A1 DE 10322922 A1 DE10322922 A1 DE 10322922A1 DE 2003122922 DE2003122922 DE 2003122922 DE 10322922 A DE10322922 A DE 10322922A DE 10322922 A1 DE10322922 A1 DE 10322922A1
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static mixer
mixing
pipe
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deflectors
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Amir Assadi
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Fischerwerke GmbH and Co KG
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Fischerwerke Artur Fischer GmbH and Co KG
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Abstract

Static mixer has mixing elements in succession within a pipe. Each mixing component has two deflectors covering of the pipe cross section, to form a longitudinal passage. A dividing web from one pipe wall to the other flanks each deflector, intersecting with each other. The deflectors and their upstream dividing walls form paddles in the structure of a half-pipe, all with their longitudinal axis held at right angles on a carrier strip. Static mixer (1), for mixing at least two materials with a paste consistency, has a number of mixing elements (14) in succession within a pipe (2). Each mixing component has two deflectors (11) covering one quarter of the pipe cross section, and the remaining pipe cross section forms a longitudinal passage. A dividing web (9,10) from one pipe wall to the other flanks each deflector, intersecting with each other. The deflectors and their upstream dividing walls form paddles (5) in the structure of a half-pipe, all with their longitudinal axis held at right angles on a carrier strip (4), which includes openings (6).

Description

Die Erfindung betrifft einen Statikmischer zum Mischen mehrerer, insbesondere pastöser Materialkomponenten, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Statikmischer ist insbesondere zum Mischen eines Härters und eines Binders eines Kunstharzmörtels vorgesehen. Es können grundsätzlich auch mehr als zwei Materialkomponenten gemischt werden. Die Materialkomponenten werden bspw. aus einer Kartusche aus- und durch den Statikmischer durchgepresst.The The invention relates to a static mixer for mixing several, in particular pasty Material components, having the features of the preamble of the claim 1. The static mixer is especially for mixing a hardener and a binder of a synthetic resin mortar intended. It can in principle also more than two material components are mixed. The material components become out of a cartridge, for example, and through the static mixer by pressed.

Derartige Statikmischer sind beispielsweise aus dem Dokument EP 0 749 776 bekannt. Die Druckschrift beschreibt Statikmischer, bei dem in einem Rohr mehrere Mischelemente hintereinander angeordnet sind. Diesen Mischelemente bewirken, dass die in den Statikmischer eintretende Strömung zunächst in zwei Teilströme getrennt wird. Die Geometrie der Mischelemente ermöglicht im weiteren Strömungsverlauf, dass sich theoretisch vier parallel zu einer Längsebene oszillierende Teilströme ergeben können, wobei die Teilströme sich überschneiden und sich hierdurch eine Vermischung ergeben soll. Dies wird dadurch versucht, dass die Mischelemente je zwei Umlenkelemente aufweisen, die etwa ein Viertel des Rohrquerschnitts abdecken und symmetrisch zur Rohrachse angeordnet sind. Der verbleibende Rohrquerschnitt ist ein offener Längsdurchlass. Auf der Zu- und Abströmseite jedes Umlenkelements ist jeweils mindestens ein von Rohrwand zu Rohrwand gehender Trennsteg vorgesehen. Die beiden Trennstege kreuzen sich jeweils, wobei jeder Trennsteg auf jeder Seite an genau einen Längsdurchlass angrenzt und – in Strömungsrichtung gesehen – jedes Umlenkelement den Längsdurchlass des nachfolgenden Umlenkelements abdeckt. Das Dokument schlägt insbesondere vor, dass die sich kreuzenden Trennstege gleiche Abmessungen haben. Damit gelangt man von Trennsteg zu Trennsteg zu jeweils gleichen um 90 Grad versetzten geometrischen Abmessungen. Durch diese Symmetrie ergeben sich für alle vier Teilströme die gleichen geometrischen Gegebenheiten. Erreicht wird aber hierdurch nicht, dass sich tatsächlich vier Teilströme ergeben, sondern es stellen sich zwei parallel zueinander oszillierende Teilströme ein. Zu einer Vermischung dieser Teilströme untereinander kommt es dagegen kaum, da die quer zur Strömungsrichtung angeordneten Durchlässe hierzu ungeeignet sind.Such static mixers are for example from the document EP 0 749 776 known. The document describes static mixer, in which a plurality of mixing elements are arranged in a tube in a row. These mixing elements cause that the entering into the static mixer flow is first separated into two partial streams. The geometry of the mixing elements makes it possible in the further course of the flow that theoretically four partial flows oscillating parallel to a longitudinal plane may result, wherein the partial flows overlap and this should result in a mixing. This is attempted by the fact that the mixing elements each have two deflecting elements, which cover about a quarter of the pipe cross-section and are arranged symmetrically to the pipe axis. The remaining pipe cross-section is an open longitudinal passage. On the inflow and outflow side of each deflecting element, in each case at least one dividing web extending from the pipe wall to the pipe wall is provided. The two separating webs intersect each other, each separating web on each side being adjacent to exactly one longitudinal passage and, viewed in the direction of flow, each deflecting element covers the longitudinal passage of the following deflecting element. In particular, the document suggests that the intersecting dividers have the same dimensions. This leads from divider to divider to each same 90 degree offset geometric dimensions. This symmetry results in the same geometric conditions for all four partial flows. However, this does not mean that four partial streams actually result, but instead two partial oscillations oscillating in parallel to one another occur. By contrast, mixing of these partial flows with one another hardly occurs, since the passages arranged transversely to the flow direction are unsuitable for this purpose.

Im Dokument EP 0 815 929 B1 wird daher vorgeschlagen, zwischen mindestens zwei Abschnitten des Statikmischers Umlagerungskammern anzuordnen, in die durch mindestens zwei Einlässe die Gesamtströmung eingeleitet wird und durch einen Auslass ausströmt. Hierdurch wird zwar eine verbesserte Durchmischung erreicht, der Strömungswiderstand und damit die erforderliche Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslass des Statikmischers steigt aber erheblich.In the document EP 0 815 929 B1 Therefore, it is proposed to arrange rearrangement chambers between at least two sections of the static mixer into which the total flow is introduced through at least two inlets and flows out through an outlet. As a result, although an improved mixing is achieved, the flow resistance and thus the required pressure difference between the inlet and outlet of the static mixer increases significantly.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Statikmischer zu schaffen, der ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Mischergebnis bei geringerem Strömungswiderstand aufweist.Of the The invention is therefore based on the object, a static mixer to create one opposite the prior art improved mixing result at a lower flow resistance having.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Statikmischer weist als Umlenkelemente halbrohrartige Schaufeln auf, die alle mit Ihrer Längsachse in etwa senkrecht auf einem Trägerstreifen stehen. Der Trägerstreifen weist Ausnehmungen auf, die eine Strömung quer zum Trägerstreifen ermöglichen. Diese Geometrie ist nicht symmetrisch bezüglich einer Drehung um 90 Grad. Sie ermöglicht, dass sich zwei senkrecht zum Trägerstreifen oszillierende Hauptströmungen einstellen, die durch die Schaufeln quer zur Ebene des Trägerstreifens umgelenkt werden. Daneben gibt es aber zwangsweise auch eine mischende Nebenströmung zwischen diesen beiden Hauptströmungen. So wird ein Teil der einen Hauptströmung von dieser gelöst und zur jeweils anderen gelenkt. Dies erfolgt durch die Lücken, die zwischen je zwei Schaufeln vorhanden sind. Die Querschnittsfläche dieser Lücken ist schräg zur Längsrichtung des Statikmischers angeordnet. Gegenüber einer Anordnung senkrecht zur Längsrichtung des Statikmischers, entsprechend dem Stand der Technik, erhält die Nebenströmung hierdurch einen Geschwindigkeitsanteil in Längsrichtung des Statikmischers, und wird – verstärkt durch den Venturi-Effekt – von der anderen Hauptströmung mitgerissen. Gegenüber dem Stand der Technik wird also bewusst angestrebt, dass es zwei Haupt- und zwei Nebenströmungen gibt. Während sich beim Stand der Technik statt der theoretisch vier möglichen Strömungen tatsächlich lediglich zwei Hauptströmungen einstellen, die sich kaum noch untereinander vermischen, wird durch die erfinderische Lösung erreicht, dass es auf jeden Fall zu einem Austausch zwischen den beiden Hauptströmungen und damit zu einer Vermischung kommt. Gerade die Form der Schaufeln führt dazu, dass der Strömungswiderstand und damit die erforderliche Druckdifferenz geringer ist und ein verbessertes Mischergebnis erzielt wird.This The object is achieved by the Characteristics of claim 1 solved. The static mixer according to the invention has as deflection on semi-tubular blades, all with your longitudinal axis approximately perpendicular to a carrier strip stand. The carrier strip has recesses which have a flow transverse to the carrier strip enable. This geometry is not symmetrical with respect to a rotation of 90 degrees. It allows that two perpendicular to the carrier strip oscillating mainstreams Adjust by the blades across the plane of the carrier strip be redirected. In addition, there is also a compulsory mix secondary flow between these two main currents. So a part of the one main flow of this is solved and the steered each other. This is done through the gaps that exist between two blades are available. The cross-sectional area of this Gaps is oblique to the longitudinal direction arranged the static mixer. Opposite an arrangement vertical to the longitudinal direction of the static mixer, according to the prior art, receives the secondary flow thereby a speed component in the longitudinal direction of the static mixer, and is - reinforced by the Venturi effect - from the other mainstream carried away. Across from The state of the art is therefore deliberately strived to have two Main and two In addition to trends gives. While in the state of the art instead of the theoretically four possible currents indeed only two main currents set, which barely intermingle with each other, is through the innovative solution achieved that there is definitely an exchange between the both mainstreams and with it comes to a mixing. Especially the shape of the blades causes that the flow resistance and thus the required pressure difference is lower and an improved Mixing result is achieved.

Vorzugsweise beschreibt der Querschnitt der Schaufeln parallel zum Trägerstreifen einen Halbkreis. Dies ermöglicht einerseits eine einfache Geometrie der Herstellwerkzeuge, bspw. zum Kunststoffspritzgießen, andererseits werden hierdurch Strömungen entlang der Rohrwand von dieser abgelöst und hierdurch eine Vermischung mit der Strömung im Zentrum des Rohres erreicht.Preferably, the cross-section of the blades parallel to the carrier strip describes a semicircle. This allows on the one hand a simple geometry of the production tools, for example. For plastic injection molding, on the other hand, thereby currents along the pipe wall are detached from this and thereby mixing with the flow in the Reached the center of the tube.

Weiterhin sieht eine bevorzugte Ausführung der Erfindung vor, dass die Ausnehmungen des Trägerstreifens halbkreisartig sind und unmittelbar an die Schaufeln angrenzen. Hierdurch werden die Strömungen quer zum Trägerstreifen begünstigt.Farther sees a preferred embodiment of Invention before that the recesses of the carrier strip semicircular are and immediately adjacent to the blades. This will be the currents across the carrier strip favored.

Das Rohr des Statikmischers kann letztlich in vielen unterschiedlichen Geometrien ausgeführt werden. So sind beispielsweise quadratische, rechteckige oder elliptische Querschnitte denkbar, wobei diese sich gleichzeitig zum Austrittsende des Statikmischers verjüngen können. Auf Grund der einfachen Herstellbarkeit werden jedoch bevorzugt Kreisquerschnitte ohne Verjüngung verwendet. Entsprechend sind die Schaufeln derart begrenzt, dass sie in Strömungsrichtung eine viertelkreisartige Projektionsfläche aufweisen.The The tube of the static mixer can ultimately differ in many ways Geometries executed become. For example, square, rectangular or elliptical Cross-sections conceivable, which at the same time to the exit end of the static mixer rejuvenate can. However, due to the ease of manufacture are preferred Circular cross sections without rejuvenation used. Accordingly, the blades are limited so that in the flow direction have a quarter-circle projection surface.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described with reference to a drawing embodiment explained in more detail. It demonstrate:

1 einen erfindungsgemäßen Statikmischer in einer perspektivischen Schnittdarstellung; 1 a static mixer according to the invention in a perspective sectional view;

2 eine perspektivische Darstellung des inneren Teils des selben Statikmischers. 2 a perspective view of the inner part of the same static mixer.

Der erfindungsgemäße Statikmischer 1 weist ein nur teilweise dargestelltes Rohr 2 auf, dessen Innenraum einen Durchlasskanal zum Durchpressen zu mischender Materialkomponenten bildet. Das Rohr 2 kann am Strömungseingang 3 beispielsweise ein nicht dargestelltes Innengewinde zum Aufschrauben auf eine ebenfalls nicht dargestellte Kartusche oder dgl. aufweisen. Im Rohr 2 ist ein Trägerstreifen 4 angeordnet, auf dem senkrecht mehrere jeweils halbrohrartige Schaufeln 5 stehen. Die Schaufeln 5 stehen jeweils nur zu einer Seite des Trägerstreifens 4 und hier in Längsrichtung des Rohres 2 gesehen jeweils abwechselnd rechts und links. Sie grenzen jeweils in Form eines Halbkreises an Ausnehmungen 6 an. Ihre der Rohrwandung zugewandte Außenkante 7 fällt entsprechend der Kreisform des Rohres zur äußeren Kante 8 des Trägerstreifens 4 hin ab. Bei einem rechteckigen Rohrquerschnitt verliefe die Außenkante 7 dagegen zunächst parallel und dann senkrecht zum Trägersteifen 4.The static mixer according to the invention 1 has a partially illustrated tube 2 on, whose interior forms a passageway for pressing through to be mixed material components. The pipe 2 can at the flow entrance 3 For example, an unillustrated internal thread for screwing on a cartridge, also not shown or the like. Have. In the pipe 2 is a carrier strip 4 arranged on the vertical several more semi-tubular blades 5 stand. The shovels 5 are each only to one side of the carrier strip 4 and here in the longitudinal direction of the tube 2 seen alternately right and left. They each border in the form of a semicircle on recesses 6 on. Your the pipe wall facing outer edge 7 falls according to the circular shape of the tube to the outer edge 8th of the carrier strip 4 down. For a rectangular pipe cross section ran the outer edge 7 however, first parallel and then perpendicular to the support stiffeners 4 ,

Ein Teil der Schaufeln 5 bildet dabei einen zuströmseitigen Trennsteg 9, der abströmseitige Trennsteg 10 wird durch einen Teil des Trägerstreifens 4 gebildet. Ein weiterer Teil der Schaufeln 5 bildet das Umlenkelement 11. Zwei versetzt zueinander stehende Schaufeln 5 auf den gegenüberliegenden Seiten des Trägerstreifens bilden gemeinsam mit dem abströmseitigen Trennsteg 10 ein Mischelement 14.Part of the blades 5 forms an inflow-side divider 9 , the downstream divider 10 is through a part of the carrier strip 4 educated. Another part of the blades 5 forms the deflecting element 11 , Two staggered blades 5 on the opposite sides of the carrier strip form together with the downstream divider 10 a mixing element 14 ,

Der Pfeil A zeigt eine der beiden Hauptströmungen auf. Die zweite Hauptströmung, hier der Übersicht halber nicht eingezeichnet, verläuft parallel versetzt hierzu durch die jeweils anderen Ausnehmungen 6. Die Hauptströmungen werden von jeder Schaufel 5 senkrecht zum Trägerstreifen 4 abgelenkt, wodurch eine oszillierende Bewegung entsteht. Durch die starken Umlenkungen entsteht eine Durchmischung innerhalb der Hauptströmungen.The arrow A shows one of the two main currents. The second main flow, not shown here for the sake of clarity, extends parallel thereto offset by the respective other recesses 6 , The main currents are from each scoop 5 perpendicular to the carrier strip 4 deflected, creating an oscillating motion. Due to the strong deflections creates a mixing within the main currents.

2 zeigt die gleiche Trägerplatte 4 mit Schaufeln 5 in einer leicht veränderten Perspektive ohne das Rohr 2. Dargestellt ist außerdem mit Pfeil B eine der beiden Nebenströmungen, wobei die zweite, parallel versetzt verlaufende Nebenströmung wiederum nicht dargestellt ist. Die Lücken 12 zwischen zwei benachbarten Schaufeln 5 sind in ihrem Querschnitt etwa 45 Grad schräg gegenüber der Längsrichtung des Rohres 2 angeordnet. Dies bewirkt, dass ein Teil des Hauptstroms zwischen den Schaufeln 5 hindurch fließt, von dem jeweils anderen Hauptstrom mitgerissen wird und somit den Nebenstrom bildet, wobei sich eine ständige Durchmischung ergibt. 2 shows the same carrier plate 4 with shovels 5 in a slightly different perspective without the tube 2 , Shown is also with arrow B one of the two secondary flows, the second, parallel offset flowing secondary flow is again not shown. The gaps 12 between two adjacent blades 5 are in their cross section about 45 degrees oblique to the longitudinal direction of the tube 2 arranged. This causes part of the main flow between the blades 5 flows through, is entrained by the respective other main stream and thus forms the side stream, resulting in a constant mixing.

Neben der guten Durchmischung bei niedrigem erforderlichen Differenzdruck weist der beschriebene Statikmischer den Vorteil auf, dass der Trägerstreifen 4 und die hierauf angeordneten Schaufeln 5 gemeinsam als ein Kunststoffteil mit einem einfachen zweiteiligen Werkzeug hergestellt werden kann. Zur Optimierung des Mischungsergebnis können insbesondere die Anzahl und Abmessungen der Schaufeln 5, deren Abstände sowie die Geometrie der Ausnehmungen 6 variiert werden. Weiterhin können die Schaufeln 5 und Ausnehmungen 6 wie in 2 dargestellt mit ihrer Durchmesserseite 13 mehr oder weniger schräg gegenüber dem Rohrquerschnitt angeordnet werden sowie von der Halbkreisgeometrie beispielsweise in Form eines Dreiviertelkreises oder einer Teilellipse abweichen.In addition to the good mixing at low differential pressure required, the described static mixer has the advantage that the carrier strip 4 and the blades arranged thereon 5 can be made together as a plastic part with a simple two-part tool. To optimize the mixing result, in particular the number and dimensions of the blades 5 , their distances and the geometry of the recesses 6 be varied. Furthermore, the blades can 5 and recesses 6 as in 2 represented with its diameter side 13 be arranged more or less obliquely relative to the tube cross-section and deviate from the semicircular geometry, for example in the form of a three-quarter circle or a partial ellipse.

Claims (4)

Statikmischer (1) zum Mischen mehrerer, insbesondere pastöser Materialkomponenten, mit mehreren Mischelementen (14), die in Strömungsrichtung hintereinander in einem Rohr (2) angeordnet sind, wobei die Mischelemente (14) je zwei Umlenkelemente (11) aufweisen, die etwa ein Viertel des Rohrquerschnitts abdecken und symmetrisch zur Rohrachse angeordnet sind, wobei der verbleibende Rohrquerschnitt ein Längsdurchlass ist, und wobei auf der Zu- und Abströmseite jedes Umlenkelements (11) jeweils ein von Rohrwand zu Rohrwand gehender Trennsteg (9, 10) vorgesehen ist, der Trennsteg (9) der Zuströmseite sich mit dem Trennsteg (10) der Abströmseite kreuzt, jeder Trennsteg (9) auf jeder Seite an genau einen Längsdurchlass angrenzt und – in Strömungsrichtung gesehen – jedes Umlenkelement (11) den Längsdurchlass des nachfolgenden Umlenkelements abdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (11) und die zuströmseitigen Trennstege (9) in Form von halbrohrartigen Schaufeln (5) gebildet sind, die alle mit ihrer Längsachse in etwa senkrecht auf einem Trägerstreifen (4) stehen, wobei der Trägerstreifen (4) Ausnehmungen (6) aufweist.Static mixer ( 1 ) for mixing a plurality of, in particular pasty material components, with a plurality of mixing elements ( 14 ), one behind the other in the flow direction in a tube ( 2 ) are arranged, wherein the mixing elements ( 14 ) two deflecting elements ( 11 ), which cover about a quarter of the tube cross section and are arranged symmetrically to the tube axis, wherein the remaining tube cross section is a longitudinal passage, and wherein on the inflow and outflow side of each deflecting element ( 11 ) in each case a pipe wall to pipe wall going divider ( 9 . 10 ), the separating web ( 9 ) of the inflow side with the separating web ( 10 ) crosses the downstream side, each divider ( 9 ) on each Side adjacent to exactly one longitudinal passage and - seen in the flow direction - each deflection element ( 11 ) covers the longitudinal passage of the subsequent deflecting element, characterized in that the deflecting elements ( 11 ) and the inflow-side dividers ( 9 ) in the form of semi-tubular blades ( 5 ) are formed, all with their longitudinal axis approximately perpendicular to a carrier strip ( 4 ), wherein the carrier strip ( 4 ) Recesses ( 6 ) having. Statikmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Schaufeln (5) parallel zum Trägerstreifen (4) einen Halbkreis beschreibt.Static mixer according to claim 1, characterized in that the cross-section of the blades ( 5 ) parallel to the carrier strip ( 4 ) describes a semicircle. Statikmischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (6) des Trägerstreifens (4) halbkreisartig sind und unmittelbar an die Schaufeln (5) angrenzen.Static mixer according to claim 2, characterized in that the recesses ( 6 ) of the carrier strip ( 4 ) are semicircular and directly to the blades ( 5 ). Statikmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) zylindrisch ist und die Schaufeln (5) in Strömungsrichtung eine viertelkreisartige Projektionsfläche aufweisen.Static mixer according to claim 1, characterized in that the tube ( 2 ) is cylindrical and the blades ( 5 ) have a quarter-circle projection surface in the flow direction.
DE2003122922 2003-05-21 2003-05-21 Static mixer, for mixing at least two components with paste consistency, e.g. in plastics injection molding, has successive mixing elements within pipe, with deflectors to move material to center with low flow resistance Withdrawn DE10322922A1 (en)

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