CH720728A2

CH720728A2 - Static mixing element with a separating web and deflection surfaces and static mixer

Info

Publication number: CH720728A2
Application number: CH000427/2023A
Authority: CH
Inventors: Streiff Felix
Original assignee: Streiff Felix
Priority date: 2023-04-24
Filing date: 2023-04-24
Publication date: 2024-10-31
Also published as: CN121127305A; WO2024221118A1; EP4673251A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein statisches Mischelement ein mit einem Trennsteg (2) in einem Strömungskanal, vorzugsweise einem Rohr (1), mit daran anschliessend zwei schaufelartigen Umlenkflächen (4, 5) die quer zur Rohrachse stehen und die in der axialen Projektion einen Sektor des Querschnittes vollständig abdecken und zwei axiale Abschnitte (I, II) abgrenzen und zwei Fenstern (8, 9) für den axialen Durchlass der Strömung. Die Umlenkflächen weisen erhöhte Ränder (6,7) auf die sich in der Rohrachse treffen und gegen die Strömungsrichtung über die Umlenkfläche vorstehen. Dadurch, dass gleichzeitig die Umlenkflächen gegen den Trennsteg geneigt und aus der Querschnittsebene angehoben werden und die axiale Projektion der Umlenkflächen einen Sektor von über 56% des Querschnittes abdecken, gelingt es die Schichtdicke bei der Vermischung gegenüber bekannten Strukturen deutlich zu verkleinern, insbesondere bei einem kreisrunden Querschnitt. Dadurch wird die für viele Anwendungen wie z.B. bei Einwegmischern für aushärtende Harze ungünstige, quadratische Form des Mischergehäuses vermeidbar.The invention relates to a static mixing element with a separating web (2) in a flow channel, preferably a pipe (1), with two blade-like deflection surfaces (4, 5) connected thereto which are perpendicular to the pipe axis and which, in the axial projection, completely cover a sector of the cross-section and delimit two axial sections (I, II) and two windows (8, 9) for the axial passage of the flow. The deflection surfaces have raised edges (6, 7) which meet in the pipe axis and protrude beyond the deflection surface against the direction of flow. Because the deflection surfaces are simultaneously inclined towards the separating web and raised from the cross-sectional plane and the axial projection of the deflection surfaces covers a sector of over 56% of the cross-section, it is possible to significantly reduce the layer thickness during mixing compared to known structures, particularly with a circular cross-section. This makes it possible to avoid the square shape of the mixer housing, which is unfavourable for many applications, such as disposable mixers for hardening resins.

Description

Technisches Gebiettechnical field

[0001] Die Erfindung betrifft statische Mischelemente und statische Mischer in einem Strömungskanal, vorzugsweise in einem kreisrunden Rohr mit mindestens einem Trennsteg pro Mischelement, Umlenkflächen und Fenstern für die axiale Durchströmung. Derartige statischen Mischer werden vorzugsweise im laminaren Strömungsbereich bei hochviskosen Medien eingesetzt. Typische Anwendungen sind Einwegmischer für aushärtende Harze, Klebstoffe oder statische Mischer für Kunststoffschmelzen in der Kunststoffverarbeitung mit Spritzgussmaschinen oder mittels Extrusion. [0001] The invention relates to static mixing elements and static mixers in a flow channel, preferably in a circular tube with at least one separating web per mixing element, deflection surfaces and windows for the axial flow. Such static mixers are preferably used in the laminar flow range for highly viscous media. Typical applications are disposable mixers for hardening resins, adhesives or static mixers for plastic melts in plastic processing with injection molding machines or by means of extrusion.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Bisher sind viele statische Mischer bekannt und im Einsatz bei denen die Strömung durch Trennstege oder Kanäle in Teilströme aufgeteilt und durch Umlenkflächen abgelenkt wird. Ein statischer Mischer wird gebildet durch mehrere, derartige Mischelemente die in einem Rohr oder Strömungskanal in Strömungsrichtung linear hintereinander angeordnet sind. Bei vielen, bekannten statischen Mischern wird die Strömung in 2 Teilströme aufgeteilt, verdreht oder umgelagert, komprimiert und wieder ausgedehnt. Der Mischvorgang gleicht dem Vorgang in einem Kalander (Kalandermodell). Nach einer idealisierten Vorstellung entstehen dabei bei laminarer Strömung in jedem Mischelement Schichten und die Anzahl der Schichten verdoppelt sich von Mischelement zu Mischelement. In der Praxis weicht die tatsächlich erreichte Anzahl Schichten oder deren Dicke nach einer grösseren Anzahl von Mischelementen oft um Grössenordnungen von diesem Ideal ab. Die ältesten statischen Mischer mit diesem Mischprinzip waren der Multiflux (US 3051453) und der Wendelmischer (US 3286992). Der Wendelmischer ist heute noch sehr verbreitet im Einsatz für sogenannte Einwegmischer für reaktive Harze und Klebstoffe, weil sich damit auch ganze Mischerstangen aus vielen solchen Mischelementen aus einem Stück mit einfachen, zweiteiligen Spritzgusswerkzeugen aus Kunststoff in grossen Stückzahlen kostengünstig herstellen lassen. Die Mischelemente des Wendelmischers beanspruchen nur einen geringen Anteil des Mischervolumens und er weist dadurch einen geringen Druckverlust auf. Die Länge eines Mischelements beträgt typischerweise 1.5 Rohrdurchmesser D und die benötigte Mischerlänge für die Homogenisierung beträgt typischerweise 30D (D=Rohrdurchmesser). Im Gegensatz dazu beanspruchen die Mischelemente des Multiflux Mischers bis zu 30% des Mischervolumens und er hat dadurch einen wesentlich grösseren Druckverlust. Die benötigte Mischerlänge für die Homogenisierung ist jedoch viel geringer als beim Wendelmischer und beträgt typischerweise 10D. Beide Mischer teilen die Strömung in 2 Kanäle bzw. Teilströme auf und führen sie wieder zusammen um sie erneut zu teilen. Der Wendelmischer hat einen kreisrunden Querschnitt des Strömungskanals während der Multiflux Mischer in seiner ursprünglichen Form vorzugsweise mit quadratischem Querschnitt des Strömungskanals verwendet wurde, weil damit ein besseres Mischresultat erreicht werden konnte. Es sind aber auch Ausführungsformen dieses Mischers bekannt mit kreisrundem Querschnitt des Strömungskanals die ebenfalls mit einem zweiteiligen Werkzeug aus Kunststoff hergestellt werden können. [0002] To date, many static mixers are known and in use in which the flow is divided into partial flows by dividers or channels and deflected by deflection surfaces. A static mixer is formed by several such mixing elements which are arranged linearly one behind the other in a pipe or flow channel in the direction of flow. In many known static mixers, the flow is divided into 2 partial flows, twisted or rearranged, compressed and expanded again. The mixing process is similar to the process in a calender (calender model). According to an idealized concept, with laminar flow, layers are formed in each mixing element and the number of layers doubles from mixing element to mixing element. In practice, the actually achieved number of layers or their thickness after a large number of mixing elements often deviates from this ideal by orders of magnitude. The oldest static mixers with this mixing principle were the Multiflux (US 3051453) and the spiral mixer (US 3286992). The spiral mixer is still widely used today for so-called disposable mixers for reactive resins and adhesives, because it can be used to inexpensively produce entire mixer rods made of many such mixing elements in one piece using simple, two-part plastic injection molding tools in large quantities. The mixing elements of the spiral mixer only take up a small proportion of the mixer volume and therefore have a low pressure loss. The length of a mixing element is typically 1.5 pipe diameters D and the mixer length required for homogenization is typically 30D (D = pipe diameter). In contrast, the mixing elements of the Multiflux mixer take up up to 30% of the mixer volume and therefore have a much greater pressure loss. The mixer length required for homogenization is, however, much shorter than with the spiral mixer and is typically 10D. Both mixers divide the flow into 2 channels or partial flows and bring them together again to divide them again. The spiral mixer has a circular cross-section of the flow channel, while the Multiflux mixer in its original form was preferably used with a square cross-section of the flow channel because this allowed a better mixing result to be achieved. However, there are also versions of this mixer with a circular cross-section of the flow channel that can also be manufactured with a two-part plastic tool.

[0003] Heute stehen mit den Mischern nach EP 0749776A1 oder EP 0815929A1 z.B. für die Anwendung als Einwegmischer statische Mischer mit dem gleichen Mischprinzip wie der Multiflux Mischer, aber mit einfacherer und verbesserter Form bereit. Auch hier können ganze Mischerstangen mit einfachen, zweiteiligen Werkzeugen aus Kunststoff-Spritzguss hergestellt werden. Die Länge eines Mischelementes nach diesen Erfindungen beträgt nur ca. 0.5 D und die Mischelemente nehmen ein Volumen von weniger als zu 10% des dem Mischer zugeordneten Volumens ein. Dadurch ergibt sich ein geringer Druckverlust und eine sehr kurze Homogenisierungslänge von ca. 8D. Heute sind noch eine Vielzahl ähnlicher, davon abgeleiteter oder verwandter Mischerstrukturen bekannt etwa nach US 3239197, EP 1 149 626A1, WO2017/027275A2, EP 1 125 626A1, EP 2 599 540, oder EP 3 338 882A1. [0003] Today, the mixers according to EP 0749776A1 or EP 0815929A1 are static mixers with the same mixing principle as the Multiflux mixer, but with a simpler and improved shape, for example for use as disposable mixers. Here too, entire mixer rods can be manufactured using simple, two-part tools made of plastic injection molding. The length of a mixing element according to these inventions is only about 0.5 D and the mixing elements take up a volume of less than 10% of the volume assigned to the mixer. This results in a low pressure loss and a very short homogenization length of about 8D. Today, a large number of similar, derived or related mixer structures are known, for example according to US 3239197, EP 1 149 626A1, WO2017/027275A2, EP 1 125 626A1, EP 2 599 540, or EP 3 338 882A1.

[0004] Als Mischgütemass für eine Mischung in einem statischen Mischer wird häufig die relative Standardabweichung s/x aus einer Konzentrationsmessung über den Querschnitt verwendet. Dabei bedeutet s die gemessene Standardabweichung und x der gemessene Mittelwert der Konzentration in einem Querschnitt. Diese relative Standardabweichung wird auch als Variationskoeffizient COV bezeichnet. Zur Konzentrationsmessung wird gerne die Leitfähigkeitsmethode [Chem.-Ing.-Tech.52(1980) 4, S.285-291] verwendet. Es werden zwei viskose Teilströme mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit durch den statischen Mischer gedrückt und vermischt. Zur Leitfähigkeits- bzw. Konzentrationsmessung wird eine Messsonde wird über den Austrittsquerschnitt gezogen. Eine neuere, experimentelle Messmethode ist die LlF (Laser Induced Fluorescenc) Methode [The Canadian Journal of Chemical Engineering, Volume 76, June 1998]. Zur Konzentrationsmessung wird ein fluoreszierender Tracer verwendet der durch einen Laserstrahl induziert wird. Bei dieser Messmethode wird die Strömung nicht durch eine Messsonde beeinflusst. Ganz ohne Experimente kommt schliesslich die numerische Strömungssimulation (CFD) aus. Der COV ist abhängig von der Messmethode und der Probengrösse. Bei der numerischen Strömungssimulation kann das Resultat zudem stark beeinflusst sein vom verwendeten Modell und numerischen Einflüssen. Als homogen wird eine Mischung mit einem COV=1% angesehen. Die entsprechende Mischerlänge wird als Homogenisierungslänge bezeichnet. [0004] The relative standard deviation s/x from a concentration measurement across the cross-section is often used as a measure of mixing quality for a mixture in a static mixer. Here, s is the measured standard deviation and x is the measured mean value of the concentration in a cross-section. This relative standard deviation is also referred to as the coefficient of variation COV. The conductivity method [Chem.-Ing.-Tech.52(1980) 4, pp.285-291] is often used to measure concentration. Two viscous partial flows with different electrical conductivities are pressed through the static mixer and mixed. To measure conductivity or concentration, a measuring probe is pulled across the outlet cross-section. A newer, experimental measuring method is the LlF (Laser Induced Fluorescence) method [The Canadian Journal of Chemical Engineering, Volume 76, June 1998]. A fluorescent tracer induced by a laser beam is used to measure the concentration. With this measuring method, the flow is not influenced by a measuring probe. Finally, numerical flow simulation (CFD) does not require any experiments. The COV depends on the measuring method and the sample size. In numerical flow simulation, the result can also be strongly influenced by the model used and numerical influences. A mixture with a COV=1% is considered homogeneous. The corresponding mixer length is called the homogenization length.

[0005] Die Schichtenbildung bei laminarer Strömung lässt sich auch sehr einfach und exakt nachweisen indem zwei mit Härter versetzte und in kurzer Zeit aushärtende, hochviskose Harzkomponenten mit unterschiedlicher Einfärbung mit Pigmentfarbe durch einen Mischer gedrückt werden. Die ausgehärtete Mischerstange wird anschliessend nach jedem Mischelement aufgeschnitten. Damit wird der Mischvorgang oder der Mischzustand in einem Querschnitt für immer ohne Beeinflussung durch Diffusion oder andere Einflüsse eingefroren und kann einfach analysiert werden. Der einzige Nachteil ist, dass der untersuchte Mischer verloren geht bzw. auch „eigefroren“ ist. Heute können Prototypen von Mischern einfach und günstig aus Kunststoff in 3D-Druck hergestellt werden. Damit ist diese alte Untersuchungsmethode wieder sehr interessant geworden. Eine einfache Auswertung ist die Auszählung der gebildeten Schichten oder noch einfacher und sicherer die Messung der maximalen Schichtdicke I in einem Querschnitt. Vergleicht man die Messungen der max. Schichtdicke I z.B. mit der Leitfähigkeitsmethode zeigt sich, dass die Homogenisierungslänge (COV=1%) bei einer Schichtdicke von ca. 25µm erreicht ist. Da diese Schichtdicke kaum mehr messbar ist, wird sie durch exponentielle Extrapolation ermittelt. [0005] The formation of layers in laminar flow can also be demonstrated very easily and precisely by forcing two highly viscous resin components with different pigment colors mixed with hardener and hardening in a short time through a mixer. The hardened mixer rod is then cut open after each mixing element. This freezes the mixing process or the mixing state in a cross-section forever without being influenced by diffusion or other influences and can be easily analyzed. The only disadvantage is that the mixer being examined is lost or "frozen". Today, prototypes of mixers can be easily and inexpensively produced from plastic using 3D printing. This has made this old method of investigation very interesting again. A simple evaluation is to count the layers formed or, even simpler and more reliable, to measure the maximum layer thickness I in a cross-section. If one compares the measurements of the maximum layer thickness I, for example, with the conductivity method, it can be seen that the homogenization length (COV=1%) is reached at a layer thickness of approx. 25 µm. Since this layer thickness is hardly measurable, it is determined by exponential extrapolation.

[0006] Die Mischwirkung der bekannten statischen Mischer im laminaren Bereich ist teilweise sehr gut und folgt zwar nicht dem idealen, aber doch einem exponentiellen Schichtbildungsgesetz. Ein bisher ungelöstes Problem ist vielen statischen Mischern mit kreisrunden Rohrquerschnitt gemeinsam. Die Schichtdicken über den Querschnitt und unter den Schichten können sehr unterschiedlich sein oder die Schichten reichen nicht über den ganzen Querschnitt. Bei Mischern ähnlich wie der Multiflux Mischer oder wie EP 0749776A1 mit rundem Rohrquerschnitt zeigt sich vor allem eine signifikante Abweichung der Dicke der Schichten in den Randbereichen im Vergleich zu den Schichten in einem inneren Bereich. Bei einem quadratischen Querschnitt des Strömungskanals ist dieser Effekt weniger ausgeprägt. Deshalb werden die z.B. Einwegmischer mit diesen oder ähnlichen Mischergeometrien wie nach EP 0749776 meistens mit quadratischen Gehäusen angeboten, obwohl ein kreisrundes Rohr als Gehäuse bevorzugt würde. Bei vielen Anwendungen kommt ein quadratisches Gehäuse nicht in Frage und andere statische Mischer werden bevorzugt. [0006] The mixing effect of the known static mixers in the laminar range is sometimes very good and, although not ideal, follows an exponential layer formation law. Many static mixers with a circular pipe cross-section have a problem that has not yet been solved. The layer thicknesses across the cross-section and beneath the layers can vary greatly, or the layers do not extend across the entire cross-section. In mixers similar to the Multiflux mixer or EP 0749776A1 with a round pipe cross-section, there is a significant deviation in the thickness of the layers in the edge areas compared to the layers in an inner area. With a square cross-section of the flow channel, this effect is less pronounced. For this reason, disposable mixers with these or similar mixer geometries as in EP 0749776 are usually offered with square housings, although a circular pipe would be preferred as a housing. In many applications, a square housing is not an option and other static mixers are preferred.

[0007] Fig.1 zeigt die Verteilung der Schichten und Schichtdicken die aus den Schnittbildern bei Versuchen mit einem statischen Mischer nach EP 0749776 mit quadratischem Querschnitt ermittelt wurde. Die Bilder wurden der fotografischen Auswertung der Schnittbilder nachgezeichnet. Dabei zeigt Bild a) den Zustand am Eintritt (Mischung 1:1, Schwarz/Weiss), Bild b) den Zustand am Austritt des ersten Elements und Bild c) den Zustand am Austritt des zweiten Elements. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Anzahl der gebildeten Schichten sehr gut den Erwartungen nach dem Kalandermodell entspricht aber auch dass die Schichtdicken auch beim quadratischen Strömungsquerschnitt nicht gleichmässig bzw. die Randschichten deutlich grösser als erwartet sind. Diese Abweichung bleibt über alle weiteren Mischelemente erhalten wobei die Dicke der Schichten mit fortschreitender Mischerlänge trotzdem stetig und exponentiell abnimmt. Die Mischgüte in Gestalt einer abnehmenden maximalen Schichtdicke I ist signifikant geringer als nach den Erwartungen bei einem idealen Mischgesetz. Fig. 7, Trendlinie 2 zeigt den Verlauf der gemessenen maximalen, relativen Schichtdicke I/Iofür diesen Mischer dargestellt als Funktion der relativen Mischerläne L/D. Die Trendlinie 3 zeigt den Verlauf der relativen Schichtdicke über die relative Mischerlänge nach den gleichen Messungen für einen Wendelmischer mit kreisrundem Strömungsquerschnitt. Die Schichtdicke ist schon nach wenigen Rohrdurchmessern bereits um eine Grössenordnung höher als bei Linie 2. In der Europäischen Patentanmeldung EP 3907461 A1 wird eine mögliche Lösung für eine weitere Verbesserung der Schichtbildung beim Mischer nach EP 0749776 beschrieben indem die Umlenkflächen über den Trennsteg auf der Eintrittsseite hinaus in geeigneter Form und Richtung vergrössert wird und damit die Fensterflächen verkleinert werden. Dadurch kann eine etwas gleichmässigere Verteilung der Schichtdicken erreicht werden. Diese Lösung wurde hauptsächlich für Anwendungen als Mischer-Wärmetauscher entwickelt, auch um gleichzeitig den Wärmeübergang an die Rohre zu verbessern. Es zeigte sich aber, dass bei der Anwendung dieser Lösung für Einwegmischer oder für andere statische Mischaufgaben ohne Wärmeübergang der Druckverlust mehr als erwünscht erhöht wird. Alle oben erwähnten statischen Mischer mit Ausnahme der Wendelmischer weisen ausserdem ein ungünstiges Verweilzeitverhalten auf, weil Zonen mit stark unterschiedlicher axialer Strömungsgeschwindigkeit oder sogar stagnierende Zonen vorkommen. Solche Zonen härten bei der Verarbeitung von Harzen mit kurzer Topfzeit vorzeitig aus und führen dazu, dass die Mischer öfter ausgetauscht werden müssen. Bisher ist somit keine befriedigende Lösung für das Problem der nicht gleichmässigen Verteilung der Schichtdicke bzw. dickeren Schichten am Rand, insbesondere bei Einwegmischern mit kreisförmigen Strömungskanal, bekannt geworden. [0007] Fig. 1 shows the distribution of the layers and layer thicknesses which was determined from the sectional images during tests with a static mixer according to EP 0749776 with a square cross-section. The images were traced from the photographic evaluation of the sectional images. Image a) shows the state at the inlet (mixture 1:1, black/white), image b) the state at the outlet of the first element and image c) the state at the outlet of the second element. It can be clearly seen that the number of layers formed corresponds very well to expectations according to the calender model but also that the layer thicknesses are not uniform even with the square flow cross-section and that the edge layers are significantly larger than expected. This deviation remains the same for all other mixing elements, although the thickness of the layers nevertheless decreases steadily and exponentially with increasing mixer length. The mixing quality in the form of a decreasing maximum layer thickness I is significantly lower than expected for an ideal mixing law. Fig. 7, trend line 2 shows the course of the measured maximum relative layer thickness I/Io for this mixer shown as a function of the relative mixer length L/D. Trend line 3 shows the course of the relative layer thickness over the relative mixer length according to the same measurements for a spiral mixer with a circular flow cross-section. After just a few pipe diameters, the layer thickness is already an order of magnitude higher than in line 2. In the European patent application EP 3907461 A1, a possible solution for further improving the layer formation in the mixer according to EP 0749776 is described by enlarging the deflection surfaces beyond the separating web on the inlet side in a suitable shape and direction and thus reducing the window areas. This allows a somewhat more even distribution of the layer thicknesses to be achieved. This solution was developed primarily for applications as a mixer heat exchanger, also to simultaneously improve the heat transfer to the pipes. However, it was found that when this solution is used for disposable mixers or for other static mixing tasks without heat transfer, the pressure loss is increased more than desired. All of the static mixers mentioned above, with the exception of the spiral mixers, also have unfavorable residence time behavior because zones with very different axial flow speeds or even stagnant zones occur. Such zones harden prematurely when processing resins with a short pot life and mean that the mixers have to be replaced more often. So far, no satisfactory solution has been found for the problem of non-uniform distribution of the layer thickness or thicker layers at the edge, especially in disposable mixers with a circular flow channel.

Beschreibungder Erfindungdescription of the invention

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen statischen Mischer oder Einwegmischer mit geringem Druckverlust zu finden der eine wesentlich einheitlichere Verteilung der Schichtdicken über den Querschnitt und damit eine kürzere Homogenisierungslänge als die bekannten statischen (Einweg-) Mischer, insbesondere bei einem kreisrunden Rohr als Mischergehäuse bei geringem Druckverlust erzielt und der mit einem zweiteiligen Auf/Zu (O/C) Werkzeug einfach und als ganze Mischerstange als monolithisches Teil herstellbar ist. Zusätzlich soll eine Verbesserung der Verweilzeitverteilung bzw. eine Reduktion der stagnierenden Zonen erreicht werden. [0008] The object of the present invention is to find a static mixer or disposable mixer with low pressure loss which achieves a significantly more uniform distribution of the layer thicknesses over the cross-section and thus a shorter homogenization length than the known static (disposable) mixers, particularly with a circular tube as the mixer housing with low pressure loss and which can be easily manufactured with a two-part open/close (O/C) tool and as a whole mixer rod as a monolithic part. In addition, an improvement in the residence time distribution and a reduction in the stagnant zones should be achieved.

[0009] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren unabhängigen und abhängigen Patentansprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausführungsformen oder Anwendungen der Erfindung. [0009] The object is solved by the features of patent claim 1. The further independent and dependent patent claims describe particularly advantageous embodiments or applications of the invention.

[0010] Der Begriff „schaufelartige Umlenkflächen“ umfasst sowohl vollständig ebene wie auch gekrümmte Umlenkflächen, beispielsweise konkav und/oder konvex gekrümmte Umlenkflächen. [0010] The term “blade-like deflection surfaces” includes both completely flat and curved deflection surfaces, for example concave and/or convex curved deflection surfaces.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

[0011] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Fig. 1 Darstellung der Schichtdicken nach Messung mit aushärtenden Harzen in einem Mischer nach EP 0749776 mit quadratischem Querschnitt. Das Bild wurde der fotografischen Auswertung nachgezeichnet. a) Mischereintritt, b) Austritt aus Mischelement 1, c) Austritt aus Mischelement 2 Fig. 2 Perspektivische Darstellung eines Rohrs 1 mit einem erfindungsgemässen statischen Mischelement mit der Länge H mit 2 schaufelartigen Umlenkflächen 4,5 mit Rändern 6,7 auf der Eintrittsseite (Abschnitt I) und einem Trennsteg 2 mit der Breite D und der Höhe h in einer axialen Ebene durch die Rohrachse 3 auf der Austrittsseite (Abschnitt II). Querschnittsebenen E1 (Eintritt Mischelement), E2 (Zwischenebene beim Übergang von Umlenkflächen zum Trennsteg) und E3 (Austritt Mischelement). Die Pfeile deuten die Querströmungsrichtungen in den einzelnen Abschnitten an. Fig. 3 Axialer Schnitt (Ebene EB, Fig.4) durch die Rohrachse und senkrecht zum Trennsteg 2 eines erfindungsgemässen Mischelements mit geneigten Umlenkflächen und gegenüber dem Wert Dxh ohne Neigung vergrösserter Strömungsfläche F. Die Schnittflächen sind für das bessere Verständnis nicht schraffiert dargestellt. Die Richtungspfeile zeigen die Querströmungsrichtungen in den Abschnitten I bzw. II. Fig. 4 Ansicht von der Eintrittsseite auf ein erfindungsgemässes Mischelement Typ A mit einem Trennsteg 2 in einer axialen Ebene EA und Umlenkflächen 4 und 5 und Fenstern 8 und 9 in einem Rohr 1. Die Ränder 6,7 auf der Eintrittsseite bilden in diesem Beispiel einen gemeinsamen, geraden Steg durch die Rohrachse der im Winkel β zum Trennsteg 2 steht. Fig. 5 Ansicht von der Eintrittsseite auf ein erfindungsgemässes Mischelement Typ B das spiegelbildlich zum Element Typ A aufgebaut ist mit zum Trennsteg 2 bzw. 2' versetzten Umlenkflächen 4' und 5' und Fenstern 8' und 9'. Die Trennstege 2,2' aufeinanderfolgender Mischelemente Typ A und Typ B stehen vorzugsweise parallel zueinander in einer gemeinsamen, axialen Ebene EA in der Rohrmitte. Die Eintrittskanten der Ränder werden vorzugsweise angeschrägt. Fig. 6 Darstellung der Verteilung und Dicke der gebildeten Schichten nach Versuchen mit aushärtenden Harzen am Austritt des zweiten Mischelementes für einen erfindungsgemässen Mischer in einem kreisrunden Rohr. Das Bild wurde der fotografischen Auswertung nachgezeichnet. Fig. 7 Verlauf der gemessenen maximalen Schichtdicke I im Vergleich zur Anfangsdicke Ioals Funktion der relativen Mischerlänge L/D für den erfindungsgemässen Mischer (1) mit kreisrundem Querschnitt, einen Mischer gemäss EP 0749776 mit quadratischem Querschnitt (2) und einem Wendelmischer (3) als exponentielle Trendlinien. Fig. 8 Längsschnitt quer zum Trennsteg (Ebene EB) durch eine ganze Mischerstange aus Mischelementen Typ A und Typ B mit seitlichen Verbindungelementen 10,11 in einem Strömungskanal 1. Fig. 9 Ansicht von der Eintrittsseite auf die Mischerstange nach Fig. 8 mit seitlichen Verbindungelementen 10,11 die sich dem Rohrquerschnitt anpassen und die als Einwegmischer mit einem einfachen, zweiteiligen Werkzeug aus Kunststoff-Spritzguss herstellbar ist. Die Öffnungsrichtung des in der Ebene EB geteilten Werkzeugs wird durch die Pfeile C/O angedeutet. Fig. 10 Längsschnitt (Ebene EB) durch ein erfindungsgemässes Mischelement mit Ring 12 zur Verstärkung das als besonders starkes, monolithisches Mischelement z.B. als Präzisionsgussteil oder in 3D-Druck herstellbar ist und in ein Rohr mit dem Durchmesser D eingeschoben wird. Einzelne Mischelemente mit Ring lassen sich ebenfalls aus Kunststoff oder Wachs mit einem einfachen, zweiteiligen Werkzeug herstellen. Fig. 11 Ansicht von der Eintrittsseite auf ein erfindungsgemässes Mischelement mit Ring 12 gemäss Fig. 10 Fig. 12 Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Mischelement mit konvex gebogenen Umlenkflächen Fig. 13 Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Mischelement mit konkav gebogenen Umlenkflächen Fig. 14 Ansicht von der Eintrittsseite auf ein erfindungsgemässes Mischelement bei dem die Ränder der Umlenkflächen eine gebogene Linie bilden Fig. 15 Ansicht von der Eintrittsseite auf ein erfindungsgemässes Mischelement mit in einem quadratischen Strömungsquerschnitt.[0011] The invention is explained below with reference to drawings. Fig. 1 Representation of the layer thicknesses after measurement with hardening resins in a mixer according to EP 0749776 with a square cross-section. The image was traced from the photographic evaluation. a) mixer inlet, b) outlet from mixing element 1, c) outlet from mixing element 2 Fig. 2 Perspective representation of a pipe 1 with a static mixing element according to the invention with the length H with 2 blade-like deflection surfaces 4,5 with edges 6,7 on the inlet side (section I) and a separating web 2 with the width D and the height h in an axial plane through the pipe axis 3 on the outlet side (section II). Cross-sectional planes E1 (mixing element inlet), E2 (intermediate plane at the transition from deflection surfaces to the separating web) and E3 (mixing element outlet). The arrows indicate the cross-flow directions in the individual sections. Fig. 3 Axial section (plane EB, Fig.4) through the pipe axis and perpendicular to the separating web 2 of a mixing element according to the invention with inclined deflection surfaces and an enlarged flow area F compared to the value Dxh without inclination. The sectional surfaces are not hatched for better understanding. The directional arrows show the cross-flow directions in sections I and II. Fig. 4 View from the inlet side of a mixing element type A according to the invention with a separating web 2 in an axial plane EA and deflection surfaces 4 and 5 and windows 8 and 9 in a pipe 1. In this example, the edges 6,7 on the inlet side form a common, straight web through the pipe axis which is at an angle β to the separating web 2. Fig. 5 View from the inlet side of a mixing element type B according to the invention, which is constructed as a mirror image of the element type A with deflection surfaces 4' and 5' offset from the separating web 2 or 2' and windows 8' and 9'. The separating webs 2, 2' of successive mixing elements type A and type B are preferably parallel to one another in a common axial plane EA in the middle of the pipe. The inlet edges of the edges are preferably bevelled. Fig. 6 Representation of the distribution and thickness of the layers formed after tests with hardening resins at the outlet of the second mixing element for a mixer according to the invention in a circular pipe. The image was traced from the photographic evaluation. Fig. 7 Course of the measured maximum layer thickness I in comparison to the initial thickness Io as a function of the relative mixer length L/D for the mixer according to the invention (1) with a circular cross-section, a mixer according to EP 0749776 with a square cross-section (2) and a spiral mixer (3) as exponential trend lines. Fig. 8 Longitudinal section across the separating web (plane EB) through an entire mixer rod made of mixing elements type A and type B with lateral connecting elements 10,11 in a flow channel 1. Fig. 9 View from the inlet side of the mixer rod according to Fig. 8 with lateral connecting elements 10,11 which adapt to the pipe cross-section and which can be produced as a disposable mixer with a simple, two-part tool made of plastic injection molding. The opening direction of the tool divided in the plane EB is indicated by the arrows C/O. Fig. 10 Longitudinal section (plane EB) through a mixing element according to the invention with a ring 12 for reinforcement, which can be produced as a particularly strong, monolithic mixing element, e.g. as a precision cast part or in 3D printing, and is inserted into a pipe with a diameter D. Individual mixing elements with a ring can also be made from plastic or wax using a simple, two-part tool. Fig. 11 View from the inlet side of a mixing element according to the invention with ring 12 according to Fig. 10 Fig. 12 Longitudinal section through a mixing element according to the invention with convexly curved deflection surfaces Fig. 13 Longitudinal section through a mixing element according to the invention with concavely curved deflection surfaces Fig. 14 View from the inlet side of a mixing element according to the invention in which the edges of the deflection surfaces form a curved line Fig. 15 View from the inlet side of a mixing element according to the invention with a square flow cross-section.

Ausführungsbeispieleimplementation examples

[0012] Der erfindungsgemässe statische Mischer, vorzugsweise in einem Rohr 1, besteht aus Mischelementen mit jeweils einem Trennsteg 2 der Höhe h in einer Ebene durch die Rohrachse 3, parallel zur axialen Strömungsrichtung und über den ganzen Querschnitt verlaufend und am Trennsteg 2 sind jeweils zwei schaufelartige Umlenkflächen 4, 5 mit Rändern 6,7 angebracht die in der axialen Projektion einen Sektor des Querschnittsfläche vollständig abdecken und zwei Fenster 8, 9 für den axialen Durchlass der Strömung. Besonders vorteilhaft ist, wenn der abgedeckte Sektor 56% - 67% der radialen Querschnittsfläche beträgt. Wenn die Ränder 6,7 auf der Eintrittsseite einen geraden Steg über den Querschnitt bilden entspricht dies einem Winkel β = 100 -120°. Bei einer grösseren Abdeckung steigt der Druckverlust und es kommt zu einer Umkehr derart, dass die Schichten nahe des Trennstegs grösser werden als am Rand. Die Umlenkflächen trennen zwei axiale Abschnitte I und II. Der Abschnitt I ist der Bereich stromaufwärts von den Umlenkflächen bis zur Eintrittsebene E1. Die Eintrittsebene E1 liegt senkrecht zur Rohrachse 3 und berührt die obere Kante eines Mischelements. Der Abschnitt II ist der Bereich stromabwärts von den Umlenkflächen bis zur Austrittsebene E3. Die Austrittsebene E3 liegt parallel zur Eintrittsebene E1 und ebenfalls senkrecht zur Rohrachse 3 und berührt die untere Kante eines Mischelements bzw. des Trennstegs 2. Im Abschnitt I wird die Strömung quer zur axialen Strömungsrichtung in entgegengesetzten Richtungen in die Fenster 8,9 verschoben, geteilt und komprimiert und die Teilströme gelangen auf jeweils gegenüberliegende Seiten des Trennsteges 2 im Abschnitt II. Hier wird die Strömung wieder auf den vollen Querschnitt ausgedehnt. In der Austrittsebene E3 werden die Teilströme wieder zusammengeführt um im nächsten Mischelement erneut geteilt zu werden. Die Ränder 6,7 halten die Strömung auf den Umlenkflächen 4 bzw.5 und verhindern, dass diese in das benachbarte Fenster auf der gleichen Seite des Trennstegs 2 gelangt. Die seitlichen Ränder der Umlenkflächen treffen sich in der Rohrachse und bilden eine gerade oder gebogene Fläche die ebenfalls über den ganzen Querschnitt verläuft und gegen die Strömungsrichtung über die Umlenkfläche vorsteht. Die Ränder verlaufen vorzugsweise zumindest am Eintritt parallel zur Strömungsrichtung. Sie können aber auch eine Neigung zu dieser haben. Die Höhe des Randes über der Umlenkfläche kann über den Durchmesser unterschiedlich sein. Vorzugsweise werden die Ränder jedoch bis zur Eintrittsebene E1 eines Mischelements hochgezogen und bilden ebenfalls eine gerade oder gebogene Stegfläche auf der Eintrittsseite oder die Ränder 6 und 7 bilden gemeinsam einen geraden Steg der durch den ganzen Querschnitt verläuft. Die Umlenkflächen 4,5 liegen in Ebenen quer zur Rohrachse, sind aber aus der Querschnittsebene E2 und gegen die Strömungsrichtung angehoben. Die Querschnittsebene E2 verläuft senkrecht zur Rohrachse, parallel zu den Ebenen E1 und E3 und durch die obere Kante des Trennstegs 2. Dadurch, dass die Umlenkflächen angehoben werden wird die Fläche F (Fig.3) unter den Umlenkflächen im Abschnitt II und senkrecht zum Trennsteg 2 im Abschnitt II um 25 - 50% vergrössert. Wenn die Umlenkflächen eben und gerade sind würde das einem Neigungswinkel derselben von α = 15 - 30° zur Querschnittsebene E2 entsprechen. Dabei soll die Neigung auf beiden Seiten des Trennstegs 2 entgegengesetzt und gegen das jeweilige Fenster sein. Die Fläche F, stromabwärts von den Umlenkflächen 4,5 und bis zur Austrittsebene E3 reichend, bildet die Durchlassfläche in einem Mischelement für die Querströmung längs des Trennstegs 2. Sie steht senkrecht zum Trennsteg 2 in der Ebene EB durch die Rohrachse. Durch die Pfeile in Fig. 2 und 3 werden die Quer-Strömungsrichtungen in den einzelnen Abschnitten angedeutet. [0012] The static mixer according to the invention, preferably in a pipe 1, consists of mixing elements, each with a separating web 2 of height h in a plane through the pipe axis 3, parallel to the axial flow direction and running over the entire cross-section, and on the separating web 2 there are two blade-like deflection surfaces 4, 5 with edges 6, 7 which completely cover a sector of the cross-sectional area in the axial projection and two windows 8, 9 for the axial passage of the flow. It is particularly advantageous if the covered sector is 56% - 67% of the radial cross-sectional area. If the edges 6, 7 on the inlet side form a straight web across the cross-section, this corresponds to an angle β = 100 -120°. With a greater coverage, the pressure loss increases and a reversal occurs such that the layers near the separating web become larger than at the edge. The deflection surfaces separate two axial sections I and II. Section I is the area upstream from the deflection surfaces to the inlet plane E1. The inlet plane E1 is perpendicular to the pipe axis 3 and touches the upper edge of a mixing element. Section II is the area downstream from the deflection surfaces to the outlet plane E3. The outlet plane E3 is parallel to the inlet plane E1 and also perpendicular to the pipe axis 3 and touches the lower edge of a mixing element or the separating web 2. In section I, the flow is shifted, divided and compressed in opposite directions into the windows 8, 9, perpendicular to the axial flow direction, and the partial flows reach opposite sides of the separating web 2 in section II. Here the flow is expanded again to the full cross-section. In the outlet plane E3, the partial flows are brought together again to be divided again in the next mixing element. The edges 6, 7 hold the flow on the deflection surfaces 4 and 5 and prevent it from entering the adjacent window on the same side of the separating web 2. The lateral edges of the deflection surfaces meet at the pipe axis and form a straight or curved surface which also runs across the entire cross-section and protrudes over the deflection surface against the direction of flow. The edges preferably run parallel to the direction of flow, at least at the inlet. However, they can also have an incline to this. The height of the edge above the deflection surface can vary across the diameter. Preferably, however, the edges are raised up to the inlet plane E1 of a mixing element and also form a straight or curved web surface on the inlet side, or the edges 6 and 7 together form a straight web which runs through the entire cross-section. The deflection surfaces 4, 5 lie in planes transverse to the pipe axis, but are raised from the cross-sectional plane E2 and against the direction of flow. The cross-sectional plane E2 runs perpendicular to the pipe axis, parallel to the planes E1 and E3 and through the upper edge of the separating web 2. As a result of the deflection surfaces being raised, the area F (Fig.3) under the deflection surfaces in section II and perpendicular to the separating web 2 in section II is increased by 25 - 50%. If the deflection surfaces are flat and straight, this would correspond to an angle of inclination of α = 15 - 30° to the cross-sectional plane E2. The inclination on both sides of the separating web 2 should be opposite and against the respective window. The area F, downstream of the deflection surfaces 4,5 and extending to the outlet plane E3, forms the passage area in a mixing element for the cross flow along the separating web 2. It is perpendicular to the separating web 2 in the plane EB through the pipe axis. The arrows in Fig. 2 and 3 indicate the transverse flow directions in the individual sections.

[0013] Bei Mischversuchen mit aushärtenden Harzen mit derartigen Mischelementen bei denen nur die Umlenkflächen um einen Winkel α geneigt aber nicht vergrössert waren (β = 90°), ergab sich überraschend eine deutliche Zunahme der Schichtdicken am Rand verglichen mit Umlenkflächen in der Querschnittsebene. Das gilt für den quadratischen wie für den kreisrunden Querschnitt. Wenn dagegen bei Umlenkflächen in der Querschnittsebene (α = 0°) nur die Abdeckung durch die Umlenkflächen vergrössert bzw. der Winkel β > 90° gewählt wird, ergeben sich etwas gleichmässigere Schichtdicken. Diese Massnahme ist aber wesentlich effektiver, wenn gleichzeitig die Umlenkflächen aus der Querschnittsebene angehoben werden. Die Verteilung der Schichtdicken ist am gleichmässigsten bei geschickter Kombination der beiden Massnahmen. [0013] In mixing tests with hardening resins with such mixing elements in which only the deflection surfaces were inclined by an angle α but not enlarged (β = 90°), a surprising significant increase in the layer thicknesses at the edge was found compared to deflection surfaces in the cross-sectional plane. This applies to both the square and the circular cross-section. If, on the other hand, with deflection surfaces in the cross-sectional plane (α = 0°), only the coverage by the deflection surfaces is enlarged or the angle β > 90° is selected, somewhat more uniform layer thicknesses result. However, this measure is much more effective if the deflection surfaces are raised from the cross-sectional plane at the same time. The distribution of the layer thicknesses is most uniform when the two measures are cleverly combined.

[0014] Durch die vergrösserten Umlenkflächen wird der engste Querschnitt in den Fenstern in der axialen Projektion verkleinert. Dadurch würde der Druckverlust in den Mischelementen steigen, wenn die Umlenkflächen in der Querschnittsfläche E2 liegen würden und es würden Zonen mit sehr unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten oder sogar stagnierende Zonen gebildet. Durch die zusätzliche Neigung oder Anhebung der Umlenkflächen zur Querschnittsebene wird der Strömungsquerschnitt für die Ausbreitung in Richtung des Trennstegs im Abschnitt II vergrössert. Dadurch wird der Druckverlust reduziert und gleichzeitig die Geschwindigkeitsverteilung bzw. die Verweilzeitverteilung verbessert. Sowohl die Umlenkflächen und deren Ränder können anstelle einer ebenen auch eine geschwungene, gewölbte oder wendelartige Form aufweisen (Fig. 12,13 und 14). Zur weiteren Verbesserung der Verweilzeitverteilung können die Übergänge von Stegen oder Rändern zu den Umlenkflächen grosse Rundungen aufweisen. Wenn die Mischelemente mit Verbindungselementen oder mit einem äusseren Ring verbunden sind, können die Umlenkflächen oder die Ränder und Stege an den Übergängen zu diesen Elementen auch keilförmig oder durch grosse Rundungen verstärkt sein, zur Verminderung von Totzonen und zur Erhöhung der Festigkeit. [0014] The enlarged deflection surfaces reduce the narrowest cross-section in the windows in the axial projection. This would increase the pressure loss in the mixing elements if the deflection surfaces were located in the cross-sectional area E2 and zones with very different flow velocities or even stagnant zones would be formed. The additional inclination or elevation of the deflection surfaces to the cross-sectional plane increases the flow cross-section for the spread in the direction of the separating web in section II. This reduces the pressure loss and at the same time improves the velocity distribution or the residence time distribution. Both the deflection surfaces and their edges can have a curved, arched or spiral shape instead of a flat one (Fig. 12, 13 and 14). To further improve the residence time distribution, the transitions from the webs or edges to the deflection surfaces can have large curves. If the mixing elements are connected with connecting elements or with an outer ring, the deflection surfaces or the edges and webs at the transitions to these elements can also be wedge-shaped or reinforced with large curves in order to reduce dead zones and increase strength.

[0015] Für die Höhe h des Trennstegs 2 oder für die Länge H eines Mischelements gibt es keine obere Grenze. Der Druckverlust nimmt ab mit zunehmender Länge h der Trennstege oder H der Mischelemente. Wird dagegen die Länge verkürzt nimmt der Leervolumenanteil ab und der Druckverlust steigt aber die Mischgüte (Schichtdicke) bezogen auf 1 Mischelement bleibt annähernd gleich. Somit nimmt die Mischgüte pro Länge zu. Es hat sich gezeigt, dass ein optimales Ergebnis von Mischgüte und Druckverlust für die meisten Fälle dann erreicht wird, wenn h=0.2 - 0.3D und H=0.4 - 0.6D gewählt wird. Die Mischelemente haben normalerweise einen Leervolumenanteil von > 90%. [0015] There is no upper limit for the height h of the separating web 2 or for the length H of a mixing element. The pressure loss decreases with increasing length h of the separating webs or H of the mixing elements. If, on the other hand, the length is shortened, the empty volume proportion decreases and the pressure loss increases, but the mixing quality (layer thickness) in relation to 1 mixing element remains approximately the same. Thus, the mixing quality increases per length. It has been shown that an optimal result of mixing quality and pressure loss is achieved for most cases when h=0.2 - 0.3D and H=0.4 - 0.6D are selected. The mixing elements normally have an empty volume proportion of > 90%.

[0016] Ein statischer Mischer wird gebildet durch eine Abfolge von in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten erfindungsgemässen Mischelementen Typ A (Fig.4) und Typ B (Fig.5) bis der gewünschte Mischzustand erreicht wird. Dabei sind die Elemente Typ A und Typ B bis auf die spiegelbildliche Anordnung der Umlenkflächen identisch d.h. die Fenster 8 und 9 des Typs A und die Fenster 8' und 9' des Typs B liegen auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Trennstegs 2 bzw. 2'. Die Umlenkflächen 4 und 4' bzw. 5 und 5' sind entgegengesetzt zum Trennsteg 2 bzw. 2' geneigt. Die Trennstege 2 bzw. 2' aufeinanderfolgender Mischelemente liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen axialen Ebene EA durch die Rohrmitte. Dadurch decken sich Fenster und Umlenkflächen aufeinanderfolgender Mischelemente gegenseitig ab. Hintereinander angeordnete Mischelemente werden vorzugsweise ohne Abstände eingebaut für eine kompakte Bauweise. Sie können jedoch auch mit Abständen eingebaut werden. [0016] A static mixer is formed by a sequence of mixing elements according to the invention, type A (Fig. 4) and type B (Fig. 5), arranged one behind the other in the direction of flow until the desired mixing state is achieved. The elements type A and type B are identical except for the mirror-image arrangement of the deflection surfaces, i.e. the windows 8 and 9 of type A and the windows 8' and 9' of type B are on opposite sides of the separating web 2 or 2'. The deflection surfaces 4 and 4' or 5 and 5' are inclined in the opposite direction to the separating web 2 or 2'. The separating webs 2 or 2' of successive mixing elements are preferably located in a common axial plane EA through the center of the pipe. As a result, the windows and deflection surfaces of successive mixing elements cover each other. Mixing elements arranged one behind the other are preferably installed without gaps for a compact design. However, they can also be installed with gaps.

[0017] Mit Hilfe der beschriebenen Versuche mit aushärtenden Harzen und den Schnittbildern wurde die günstige Wirkung dieser Erfindungsidee klar nachgewiesen. Fig. 6 zeigt die Verteilung der gebildeten Schichten und deren Dicke am Austritt des zweiten Mischelements bei einer erfindungsgemässen Ausführung der Mischelemente für einem kreisrundes Rohr. Das Bild wurde ebenfalls der fotografischen Auswertung der Schnittbilder nachgezeichnet. Die Verteilung der Schichtdicken über den Querschnitt ist bereits hier deutlich gleichmässiger als in Fig. 1c. Der Trend setzt sich gemäss der exponentiellen Abnahme der Schichtdicken in den weiteren Mischelementen fort. Fig. 7 zeigt den Verlauf der gemessenen maximalen Schichtdicke I im Vergleich zur Anfangsdicke Ioals Funktion der relativen Mischerlänge L/D für den erfindungsgemässen Mischer mit kreisrundem Querschnitt (1) und dem Mischer nach EP 0749776 mit quadratischem Querschnitt (2) sowie für einen Wendelmischer (3), ebenfalls mit kreisrundem Querschnitt als exponentielle Trendlinien. Dabei zeigt sich als grosser Fortschritt, dass beim erfindungsgemässen Mischer, sogar in einem kreisrunden Rohr, die rel. Schichtdicke I/Iodes bekannten Mischers nach EP 0749776 mit quadratischem Querschnitt bereits nach nur 6 Rohrdurchmessern halbiert wird. Der Unterschied wird als Folge der exponentiellen Abnahme der Schichtdicken immer grösser je Länger die Mischstrecke ist. Das Resultat ist eine wesentlich kürzere Homogenisierungslänge von nur ca. 6D. Dank der Möglichkeit normale Rohre als Gehäuse zu verwenden werden die Mischer wesentlich günstiger in der Herstellung und einfacher in der Handhabung. [0017] With the help of the described tests with hardening resins and the sectional images, the beneficial effect of this inventive idea was clearly demonstrated. Fig. 6 shows the distribution of the layers formed and their thickness at the outlet of the second mixing element in an inventive design of the mixing elements for a circular pipe. The image was also traced from the photographic evaluation of the sectional images. The distribution of the layer thicknesses over the cross section is already much more uniform here than in Fig. 1c. The trend continues in the other mixing elements according to the exponential decrease in the layer thicknesses. Fig. 7 shows the course of the measured maximum layer thickness I in comparison to the initial thickness Io as a function of the relative mixer length L/D for the inventive mixer with a circular cross section (1) and the mixer according to EP 0749776 with a square cross section (2) as well as for a spiral mixer (3), also with a circular cross section, as exponential trend lines. A major advance is that with the mixer according to the invention, even in a circular pipe, the relative layer thickness I/I of the known mixer according to EP 0749776 with a square cross-section is halved after only 6 pipe diameters. As a result of the exponential decrease in layer thickness, the difference becomes greater the longer the mixing distance. The result is a significantly shorter homogenization length of only approx. 6D. Thanks to the possibility of using normal pipes as housings, the mixers are much cheaper to manufacture and easier to handle.

[0018] Dadurch, dass die Umlenkflächen in der Projektion mindesten 56% der Querschnittsfläche abdecken wird gleichzeitig die Bildung von mischresistenten Strähnen die durch den Trennsteg 2 nur leicht umgelenkt werden vermieden, weil diese durch die Umlenkflächen besser abgefangen werden. [0018] Due to the fact that the deflection surfaces cover at least 56% of the cross-sectional area in the projection, the formation of mix-resistant strands which are only slightly deflected by the separating web 2 is simultaneously avoided because they are better intercepted by the deflection surfaces.

Beschreibung von Herstellungs- und AusführungsbeispielenDescription of manufacturing and implementation examples

[0019] Einzelne Mischelemente wie in Fig. 2 dargestellt lassen sich z.B. einfach aus 2 aus Blech ausgeschnittenen (Laser-, Wasserstrahl) oder gestanzten Abwicklungen herstellen. Die Bleche werden entsprechend der gewünschten Form gebogen und die 2 Hälften mit einer üblichen Methode wie Schweissen, Kleben, Löten, Nieten, Schrauben etc. zusammengefügt. Selbstverständlich können die Mischelemente auch aus mehr als zwei Einzelteilen zusammengebaut werden. Die Mischelemente werden dann einzeln oder durch Verbindungselemente zu ganzen Mischerstangen verbunden in ein Rohr eingeschoben. Durch die Verbindungselemente wird auch für die richtige Ausrichtung der Mischelemente hintereinander gesorgt. Die Verbindungselemente dienen gleichzeitig zur Aufnahme der auftretenden axialen Kräfte durch den Druckabfall. Zur axialen Positionierung des Mischers im Rohr dienen Träger oder Halteringe oder die Mischelemente werden mindestens teilweise mit dem Rohr z.B. durch Schweissen verbunden. Einzelne Mischelemente oder ganze Mischerstangen aus Kunststoff oder Metall können auch mit einem 3D-Druckverfahren hergestellt werden. [0019] Individual mixing elements as shown in Fig. 2 can be easily manufactured from 2 sheets cut out (laser, water jet) or punched. The sheets are bent to the desired shape and the 2 halves are joined together using a conventional method such as welding, gluing, soldering, riveting, screwing, etc. Of course, the mixing elements can also be assembled from more than two individual parts. The mixing elements are then inserted into a pipe individually or connected to entire mixer rods using connecting elements. The connecting elements also ensure that the mixing elements are correctly aligned one behind the other. The connecting elements also serve to absorb the axial forces that occur due to the pressure drop. Supports or retaining rings are used to axially position the mixer in the pipe, or the mixing elements are at least partially connected to the pipe, e.g. by welding. Individual mixing elements or entire mixer rods made of plastic or metal can also be manufactured using a 3D printing process.

[0020] Ganze Mischerstangen als Einwegmischer aus einer Vielzahl von Einzelelementen Typ A und Typ B werden in einem Stück mit einem Kunststoff-Spritzgussverfahren oder aus Metall auch im Präzisionsgussverfahren hergestellt (Fig. 8 und 9). Dabei werden die Mischerteile durch äussere, axiale Elemente 10,11 miteinander verbunden, derart, dass das ganze Teil mit einem einfachen, zweiteiligen Auf/Zu-Werkzeug (O/C) hergestellt werden kann und die äussere Form dem kreisrunden Rohrquerschnitt angepasst ist (Fig.8 und 9). Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft als Einwegmischer gegenüber den bisher bekannten Einwegmischern mit dem unpraktischen, quadratischen Gehäusequerschnitt. [0020] Whole mixer rods as disposable mixers made from a large number of individual elements type A and type B are manufactured in one piece using a plastic injection molding process or from metal using a precision casting process (Fig. 8 and 9). The mixer parts are connected to one another by external, axial elements 10, 11 in such a way that the entire part can be manufactured with a simple, two-part open/close tool (O/C) and the external shape is adapted to the circular pipe cross-section (Fig. 8 and 9). This embodiment is particularly advantageous as a disposable mixer compared to the previously known disposable mixers with the impractical, square housing cross-section.

[0021] Wenn eine besonders hohe Festigkeit der Mischelemente z.B. beim Einsatz als Mischer für Kunststoffschmelzen bei der Extrusion oder beim Spritzguss von Kunststoffteilen erforderlich ist, werden die einzelnen Mischelemente mit einem äusseren Ring 12 (Fig. 10 und 11) zur Aufnahme der Druckkräfte fest verbunden oder als Präzisionsgussteile (Wachsausschmelzverfahren) oder in 3D-Druck aus einem Teil hergestellt. Spiegelbildliche Elemente Typ A und Typ B werden dann in Strömungsrichtung hintereinander ins Gehäuse eingebaut und bilden den statischen Mischer. Zur richtigen Positionierung der Mischelemente hintereinander dienen besondere Nocken und Nuten oder Stifte und Bohrungen. [0021] If a particularly high strength of the mixing elements is required, e.g. when used as a mixer for plastic melts during extrusion or injection molding of plastic parts, the individual mixing elements are firmly connected to an outer ring 12 (Fig. 10 and 11) to absorb the pressure forces or are manufactured as precision cast parts (lost wax process) or in 3D printing from one part. Mirror-image elements type A and type B are then installed one behind the other in the housing in the direction of flow and form the static mixer. Special cams and grooves or pins and holes are used to correctly position the mixing elements one behind the other.

Claims

1. Static mixing elements in a flow channel, preferably in a pipe (1) with the diameter (D), - the mixing elements each with a separating web (2) with a height (h), preferably in a plane EA through the pipe axis (3) parallel to the axial flow direction and running over the entire diameter - with two blade-like deflection surfaces (4, 5) in planes transverse to the pipe axis which completely cover a sector of the cross-section in the axial projection and delimit two axial sections - and two windows (8, 9) for the axial passage of the flow from a first axial section (I) on the inlet side to opposite sides of the separating web (2) into a second axial section (II) on the outlet side - wherein the deflection surfaces (4, 5) on the inlet side have raised edges (6, 7) as a lateral demarcation from the windows which meet in the pipe axis and run against the flow direction over the deflection surface protrude characterized in that - the deflection surfaces or their axial projection completely cover an area of at least 56% of the pipe cross-section and the deflection surfaces are mutually inclined towards the central web and towards the cross-sectional plane and/or raised from the cross-sectional plane, - such that the area (F) downstream of the deflection surfaces (4,5) and up to the exit plane (E3) in the axial plane (EB), perpendicular to the separating web (2) and through the pipe axis (3) is increased by at least 25% compared to the value (Dxh) without inclination and/or elevation.

2. Static mixing elements according to claim 1, characterized in that the edges (6,7) form a common, straight web on the inlet side in the first axial section (I) which encloses an angle β > 100° and β ≤ 120° with the separating web (2).

3. Static mixing elements according to claim 1 or 2, characterized in that the deflection surfaces (4,5) are flat surfaces which are inclined against the flow direction by an angle α > 15° to the cross-sectional plane and mutually towards the separating web (2).

4. Static mixing elements according to one of the preceding claims, characterized in that the height (h) of the separating web is 0.2 - 0.3D and the total height (H) of a mixing element is 0.4 - 0.6D.

5. Static mixer in a flow channel comprising at least two mixing elements arranged one behind the other in the flow direction according to one of the preceding claims, characterized in that successive mixing elements are mirror images of each other and windows and deflection surfaces of successive mixing elements cover each other.

6. Static mixer in a flow channel comprising at least two mixing elements arranged one behind the other in the flow direction according to one of claims 1-4, characterized in that successive mixing elements are mirror images and windows and deflection surfaces cover each other, wherein the mixing elements are preferably connected to one another by axial connecting elements which are adapted to a circular tube, in such a way that the entire static mixer can be produced by a simple open/close tool.

7. Static mixer, in particular with high strength, in a flow channel made of mixing elements arranged one behind the other in the flow direction according to one of claims 1-4, characterized in that the individual mixing elements are firmly connected to an outer ring for reinforcement or form a monolithic part.

8. Static mixing elements and static mixers according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection surface is at least partially wedge-shaped and/or thickened by large radii in the transition area to the pipe wall, ring, separating webs, edges or connecting elements.

9. Application of static mixing elements or static mixers according to one of the preceding claims in a circular pipe serving as a flow channel in the processing of plastic melts.

10. Application of static mixing elements or static mixers according to one of the preceding claims as disposable mixers in a circular tube serving as a flow channel in the processing of hardening resins.