DE2531602A1

DE2531602A1 - Mischvorrichtung und mischverfahren

Info

Publication number: DE2531602A1
Application number: DE19752531602
Authority: DE
Inventors: David Roy Miles; Alun Woolcock
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1975-07-15
Publication date: 1976-01-29
Also published as: US4025056A; FR2278953B1; FR2278953A1; ES439422A1; NL7508062A; JPS5133304A; AU8274475A; IT1039806B; GB1518503A

Description

PATENTANWÄLTE

D R.-ING. H. FINCKE DIPL.-ING. H. BOHR DIPL.-ING. S. STAEGER

PatrManwalt· Dr. Finde - Bohr - Staegor - 8 München S ■ Müllerstraße

8 MÖNCHEN 5, 15· Juli 1975 Müüerstraße 31 Fernruf: (089)·260060 Telogrammä: Claims München Telex: 5239 03 claim d

mopp.no. 23797 - Dr.K/h»

Bitte in der Antwort angeben

Case No. P.27151

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED London - Großbritannien

"Mischvorrichtung und Mischverfahren"

PRIORITÄT: 15. Juli 197^ - Großbritannien -

Die Erfindung bezieht sich auf das Mischen von Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeiten durch eine Zahnradpumpe hindurchgeführt werden.

509885/0992

Bankverbindung: Bayer. Vereinsbank München, Konto 620 404 ■ Postscheckkonto: München 270 44-802

In der G3-PS 1 I38 390 1st ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen gleichförmigen Dispersion eines unmischbaren Materials in einem flüssigen Träger beschrieben, welches dadurch ausgeführt wird, daß das unmischbare Material auf eine Temperatur zwischen derjenigen, bei der das Material flüssig wird, und derjenigen, bei der das Material beginnt sich zu zersetzen, erhitzt wird, und das unmischbare Material und die Flüssigkeit mit Hilfe einer Zahnradpumpe gemischt werden.

In der GB-PS 1 106 322 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Mischen und Homogenisieren von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten beschrieben, wobei die flüssigen Komponenten in gewünschten Verhältnis von einer Pumpe aufgenommen, werden, deren Abgabegeschwindigkeit je Zeiteinheit aufgrund eines Gegendrucks kleiner ist als das nominale Volumen je Zeiteinheit, wodurch einem Flüssigkeitsstrom ein zweiter Flüssigkeitsstrom überlagert wird, der entlang eines sinusförmigen Wegs im Gegenstrom hierzu fließt.

Es wurde nunmehr gefunden, daß insbesondere im Falle von hochviskosen Flüssigkeiten sogar das Mischen gemäß GB-PS 1 106 322 unzureichend ist, da eine Tendenz besteht, daß Flüssigkeit am Boden des Raums zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen mit der Hauptmasse der Flüssigkeit unzureichend gemischt wird.

Gegenstand der Erfindung ist nunmehr eine Zahnradpumpe mit einem antreibenden und einem getriebenen Zahnrad, wobei Paare aufeinanderfolgender Zähne mindestens eines Zahnrads jeweils eine Ausnehmung auf v/eisen, die einen bestimmten Schlupf ermöglichen, wobei die Ausnehmungen sich jeweils von der Wurzel eines Zahns aus erstrecken und die

509885/0992

Ausnehmungen in aufeinanderfolgenden Zähnen axial versetzt sind.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Zähne in einem Zahnrad mit Ausnehmungen gerade, wobei jeder Zahn eine Ausnehmung besitzt.

Es wird weiterhin bevorzugt, daß der axiale Abstand zwischen den Ausnehmungen aufeinanderfolgender Zähne eines Zahnrads so groß wie möglich ist. So ist vorzugsweise in einem Zahn nur eine Ausnehmung vorhanden und außerdem ist diese Ausnehmung verzugsweise in der Nähe einer der flachen Flächen des Zahnrads. Vorzugsweise ist die Ausnehmung in der flachen Fläche des Zahnrads ausgebildet.

Eine Ausnehmung kann beispielsweise aus einem Kanal, der in den Kamm eines Zahns eingeschnitten ist und sich zur Wurzel des Zahns erstreckt, aus einem Durchgang, der sich von einer Seite zur anderen Seite eines Zahns erstreckt, oder aus einem Kanal, der zwischen den Seiten eines Zahns auf einer flachen Oberfläche des Zahnrads eingeschnitten ist, bestehen. Im allgemeinen sollte die Ausnehmung einen Fluß zwischen aufeinanderfolgenden Zahnzwischenräumen erleichtern, wenn die benachbarten Zähne sich in der Nachbarschaft der gekrümmten Wand der Puir.penkair.mer befinden. Vorzugsweise sollte sie so angeordnet sein, daß zwischen aufeinanderfolgenden Zahnzwischenräumen kein Fluß besteht, wenn die benachbarten Zähne in der Lage sind, bei der sie mit dem anderen Zahnrad kämmen.

Vorzugsweise sollte der Weg für die Flüssigkeit durch die Ausnehmung durch einen kämmenden Zahn in der Kämm-

509885/0992

zone versperrt sein.

Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Mischen einer flüssigen Masse vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, daß die flüssige Masse durch eine Zahnradpumpe gepumpt wird, die ein antreibendes und ein getriebenes Zahnrad aufweist, wobei Paare aufeinanderfolgender Zähne mindestens eines Zahnrads jeweils eine Ausnehmung aufweisen, die einen Schlupf ermöglichen, wobei die Ausnehmungen sich jeweils von der Wurzel eines Zahns erstrecken und die Ausnehmungen in aufeinanderfolgenden Zähnen axial versetzt sind, wodurch ein Fluß in Axialrichtung im Zahnzwischenraum zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen, die jeweils eine Ausnehmung aufweisen, erzeugt wird.

Die Ausnehmung sollte sich zur Wurzel eines Zahns erstrecken, so daß beim Betrieb der Pumpe eine Flüssigkeit, die in der Nähe des Bodens eines Zahnzwisehenrauir. vorgesehen ist, zumindest einen Teil des Schlupfflusses bildet. Vorzugsweise sollte die Ausnehmung sich zum Kanun des Zahns erstrecken, so daß Flüssigkeit, die sich in der Tiefe des Zahnzwischenraums befindet, einen Teil des Schlupfflusses bildet.

Mit dem Wort "Schlupf ist ein bestimmter Grad von Unwirksamkeit beim Betrieb der Pumpe gemeint. Dieser Grad der Unwirksamkeit ergibt sich aus einem Fluß zwischen aufeinanderfolgenden Zahnzwischenräumen durch die Ausnehmung. Im allgemeinen ist der Grad der Mischung der durch die Pumpe gepumpten flüssigen Masse umso größer, je größer der Grad des Schlupfs ist. So wird der Fluß zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen zweckmäßig so ge-

509885/0992

regelt, daß der gewünschte Mischungsgrad sichergestellt wird. Der Fluß wird seinerseits durch die Größe und die Form der Ausnehmung, den Druckunterschied am Zahn und der effektiven Viskosität der flüssigen Masse bestimmt.

Sine erfindungsgemäße Zahnradpumpe kann mehr als zwei Zahnräder aufweisen, beispielsweise drei Zahnräder A, B und C, wobei die Zahnräder A und C nur mit dem Zahnrad E kämmen und wobei Ausnehmungen zumindest in den Zähnen der Zahnräder A und C vorhanden sind.

Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe ist von besonderem Verteil bein: .Mischen von flüssigen Massen, die hochviskos sind. Beispiele hierfür sind geschmolzene, synthetische Polymere für die Verwendung bei extrudierten Gegenständen, wie z.B. Fasern, Filmen und Formstücken. Solche flüssigen fassen können beispielsweise ein Polyamid oder ein Polyester oder ein Polyolefin sein. Das Mischen kann durch die Verwendung der Zahnradpumpe mit einer einzigen Flüssigkeit erfolgen, um beispielsweise die Temperaturverteilung: zu verbessern, oder es kann auch eine kleinere Menge einer Flüssigkeit oder eines fein zerteilten Feststoffs in einer Hauptkomponente einer Flüssigkeit dispergiert oder aufgelöst werden. So können verschiedene Hilfsmitteln den synthetischen Polymeren, die in Formgagenstänce extrudiert werden sollen, zugesetzt werden, wie z.3. antistatische Mittal, flammfestmachende Mittel, Verbindungen zur Verbesserung der Färbbarkeit, Mattierur.psr.itte 1, lösliche oder unlösliche Färbemittel und Stabilisatoren. Solche Hilfsmittel können zusammen mit einer Trägerflüssigkeit zugesetzt werden. Zusätzlich können Reaktionsteilnehmer zugegeben werden.

Insbesondere in dem Fall, in dem ein Hilfsmittel in einer

509885/0992

kleineren Menge rait einer Hauptflüssigkeit gemischt werden sqll, kann das Hilfsmittel in die Pumpe an einem Zuführpunkt eingeführt werden, der von Hauptzuführpunkt, bei dem die Hauptflüssigkeit eintritt, einen Abstand aufweist. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Zuführpunkt für das Hilfsmittel an der inneren Oberfläche einer der flachen Seitenplatten der Pumpe an einem Punkt endet, der zumindest teilweise von den Zähnen mindestens eines der Zahnräder bestrichen wird. Vorzugsweise wird der gesamte Zuführpunkt für das Hilfsmittel durch die Zähne eines der Bahnräder bestrichen. Vorzugsweise ist der Zuführpunlzt für das Hilfsmittel an der Eintrittsseite des Zahnradpaars angeordnet, das heißt an einem Punkt, wo der Druck verhältnismäßig niedrig ist. In dem Fall, in den rr.ehr als zwei kämmende Zahnräder verwendet v/erden, kann ein Einspritzpunkt bei jedem Paar kä'rjr.ender Zahnräder vorgesehen werden. Wenn in einem solchen Pail Jeder Zuführpunkt vollständig durch die Zähne eines der Zahnräder bestrichen wird, dann kann es vorteilhaft sein, wenn ein Zuführpunkt vollständig von einem Zahn frei bleibt, wenn der andere vollständig durch einen Zahn geschlossen wird, so daß der durch die Einspritzpumpe erzeugte Druck aufeinanderfolgend auf jedes Einspritzloch konzentriert ist.

In dem Fall, in welchem ein gemessener Fluß der gemischter, flüssigen Masse erforderlich ist, kann die erfindungssemäße Zahnradpumpe als Vorpumpe verwendet werden, die eine Meßvorrichtung, beispielsweise eine Merzahnradpumpe speist. Eine Vielzahl von solchen Keßvcrrichtungen kann parallel angeordnet sein und durch eine einzige Vorpumpe gespeist werden.

509885/0992

Spezlelle Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

FIg. 1 eine erflndungsgemäße Zahnradpumpe mit einem Paar Zahnräder;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe mit drei Zahnrädern, was zwei Paare von kämmenden Zahnrädern ergibt;

Fig. 3 eine radiale Abwicklung der Zähne eines angetriebenen Zahnrads von FIg. 2; und

Fig. k eine Axialansicht der Abwicklung der Zähne eines Zahnrads von Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein antreibendes Zahnrad 1 acht Zähne 2, wobei alternierende Zähne 2 an einem Ende eine Ausnehmung 3 in Form von Kanälen aufweisen, die in eine der flachen Oberflächen des Zahnrads 1 eingeschnitten sind. Die Kanäle besitzen eine Breite von 1,5 nun und eine Tiefe von k mm und erstrecken sich von der Nähe der Wurzel an einer Seite eines Zahns 2 bis zum Karan an der anderen Seite. Die verbleibenden Zähne besitzen Ausnehmungen 4 mit ähnlicher Form, Größe und Anordnung am anderen Ende. Ein angetriebenes Zahnrad besitzt ebenfalls acht Zähne 6, von denen alternierende Zähne 6 Schlitze 7 an einem Ende und Schlitze 8 am anderen Ende aufweisen, wobei die Schlitze eine ähnliche Form und GrSfte aufweisen, wie es beim antreibenden Zahnrad beschrieben wurde. Die Zahnräder sind so angeordnet, daß

509885/0992

sie innerhalb einer Pumpenkammer in einer für eine Zahnradpumpe üblichen Weise zusammenarbeiten, wobei die Kammer eine erste flache Oberfläche (nicht gezeigt) und eine zweite flache Oberfläche (nicht gezeigt) besitzt, wobei die erste flache Oberfläche eine Haupteinlaßöffnung 9 und kleinere Einlaßöffnungen 10 und 11 aufweist und die zweite Oberfläche eine Auslaßöffnung 12 besitzt.

Fig. 2 zeigt eine Pumpe mit einem antreibenden Zahnrad und zwei getriebenen Zahnrädern 5 und 5a. Zwei Haupteinlaßöffnungen 9 und 9a sind zusammen mit zwei kleineren Einlaßöffnungen 10 und 11 in einer ersten flachen Oberfläche (nicht gezeigt) angeordnet und zwei Auslaßöffnungen 12 und 12a sind in einer zweiten flachen Oberfläche (nicht gezeigt) angeordnet.

Die Figuren 3 und 4 zeigen die Abwicklung der Zähne 2 um einen Umfang (siehe Fig. 13)· Die Richtung der Bewegung der Zähne ist durch Pfeile 14 angezeigt und die Richtung des Schlupfs (umgekehrter Fluß) ist durch Pfeile 15 angezeigt.

Beim Betrieb wurde eine Hauptkomponente, nämlich Hylon-6,6-Polyamid im geschmolzenen Zustand in die Eintrittsöffnung 9 oder die Eintrittsöffnungen 9 und 9a eingeleitet. Als Hilfsmittel wurde der Farbstoff CI. Solvent Red 52 verwendet, der in der vierfachen Gewichtsmenge Polyäthylenneopentylenadipat als Träger gelöst war. Die Menge des Hilfsmittels, welches durch die kleineren Eintrittsöffnungen 10 und 11 gemeinsam mit der Hauptkomponente eingeführt wurde, war derart, daß 1,OJ Farbstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Polyamid, Träger und Farbstoff,

509885/0992

erhalten wurde. Unter Verwendung der Zahnradpumpe der Figuren 1 oder 2 wurde eine gute Mischung des Farbstoffs und des Polyamids aus dem Austritt 12 oder den Austritten 12 und 12 a erhalten.

PATENTANSPRÜCHE:

509885/0992

Claims

PATENTANSPRCCHE

ί 1J Zahnradpumpe mit einem antreibenden und einem getriebenen Zahnrad, dadurch gekennzeichnet, da.? Paare aufeinanderfolgender Zähne mindestens eines Zahnrads jeweils eine Ausnehmung aufweisen, die einen gewissen Schlupf gestatten, wobei die Ausnehmungen sich von der Wurzel eines Zahns aus erstrecken und die Ausnehmungen aufeinanderfolgender Zähne axial zueinander versetzt sind. ,
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, caB die Anzahl der Zähne eines Zahnrads _mit Ausnehmungen gerade ist und daß jeder Zahn eine Ausnehmung besitzt.
3- Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den Ausnehmungen maximal groß ist.
4. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Ausnehmung in einem jeden Zahn nlt einer Ausnehmung vorhanden ist und daß die Ausnehmung sich in der Nähe einer der flachen Oberflächen des Zahnrads befindet.
5- Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch rekennzeichnet, daß die Ausnehmung aus einem Durchgang besteht, der von einer Seite zur anderen Seite eines Zahns reicht.
6. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung aus einem Kanal besteht, der in den Kamm eines Zahns eingeschnitten ist

509885/0992

unc sich zur Wurzel des Zahns erstreckt.
7. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung in der flachen Oberfläche des Zahnrads ausgebildet ist.
8. Zahnradpumpe nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmung im wesentlichen bis zum Kamm des Zahns erstreckt.

9- Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und die Form der Ausnehmungen derart sind, daß kein Fluß zwlsehen aufeinanderfolgenden Zahnabständen besteht, wenn die . benachbarten Zähne gerade mit dem anderen Zahnrad kämmen.

10. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und die Form der Ausnehmungen derart sind, daß die Ausnehmung durch einen kämmenden Zahn in der Kämmzone blockiert ist.

11. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei Zahnräder aufweist, wobei eines keine Ausnehmungen aufweist und mit jedem der beiden anderen Zahnräder, die Ausnehmungen aufweisen, kämmt.

12. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zuführpunkt im Abstand vom Hauptzuführpunkt vorgesehen ist und an der inneren Oberfläche einer der flachen Seitenplatten der Pur.pe an einem Punkt endet, der zumindest teilweise durch den Zahn mindestens eines der Zahnräder bestrichen wird.

509885/0992

13· Zahnradpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zuführpunkt vollständig durch die Zähne eines der Zahnräder bestrichen wird.

1*1. Zahnradpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß Jedem Paar kämmender Zahnräder ein Einspritzpunkt zugeordnet ist.

15. Zahnradpumpe nach- Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einspritzpunkt eine solche Größe und Form aufweist und in Bezug auf die Zahnräder so angeordnet ist, daß beim Betrieb ein Zuführpunkt vollständig frei von einem Zahn ist, wenn der andere vollständig von einem Zahn verschlossen ist.

16. Verfahren zum Mischen einer flüssigen Masse, bei welchem die flüssige Masse durch eine Zahnradpumpe gepumpt wird, die ein antreibendes und ein getriebenes Zahnrad aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Paare aufeinanderfolgender Zähne mindestens eines Zahnrads jeweils eine Ausnehmung aufweisen, die einen Schlupf ermöglicht, und daß die Ausnehmungen in aufeinanderfolgenden Zähnen axial versetzt sind, wodurch ein Fluß in Axialrichtung im Zahnzwischenraum zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen, von denen jeder eine Ausnehmung aufweist, erzeugt wird.

509885/0992

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zähne eines Zahnrads j^it Ausnehmungen gerade ist und daß jeder Zahn eine Ausnehmung besitzt.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Ausnehmung in einem jeden Zahn mit einer Ausnehmung vorhanden 1st und daß die Ausnehmung sich in der Nähe einer der flachen Oberflächen des Zahnrads befindet.

19. Verfahren nach' einem der Ansprüche l6 bis l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung aus einem Durchgang besteht, der von einer Seite zur anderen Seite eines Zanns reicht.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche l6 bis l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung aus einem Kanal besteht, cie in den Kamm eines Zahns eingeschnitten ist und sich zur Wurzel des Zahns erstreckt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung in der flachen überfläche des Zahnrads ausgebildet ist.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmung im wesentlichen bis zum Kamm des Zahns erstreckt.

23· Verfahren nach einem der Ansprüche l6 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und die Form der Ausnehmungen derart sind, daß kein Fluß zwischen aufeinanderfolgenden Zahnabständen besteht, wenn die benach-

509885/0992

bartsn Zähne gerade mit dem anderen Zahnrad känunen.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und die Form der Ausnehmungen derart sind, daß die Ausnehmung durch einen kämmenden Zahn in der Kämmzone blockiert ist.

25. Verfahi-en nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradpumpe drei Zahnrüder aufweist, von denen eines keine Ausnehmungen aufweist und eilt Jedem der beiden anderen Zahnräder» die Ausnehmungen aufweisen, kämmt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsmittel in kleinerer Jienge mit einer Hauptflüssigkeit gemischt wird, wobei das Hilfsmittel in die Pumpe an einem Zuführpunkt eingeführt wird, der vom Hauptzuführpunkt, durch welchen die Flüssigkeit eintritt, einen Abstand aufweist.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, caü der Zuführpunkt für das Hilfsmittel an der inneren Oberfläche einer der flachen Seitenplatten der Pumpe an einem Punkt endet, der zumindest teilweise durch die Zähne mindestens eines der Zahnräder bestrichen wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 cder 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführpunkt für das Hilfsmittel an der Eintrittsseite des Zahnradpaars angeordnet ist, wo der Druck verhältnismäßig niedrig ist.

509885/0992

29- Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei kämmende Zahnräder vorhanden sind und daß ein Einspritzpunkt jedem aer kämmenden Zahnradpaare zugeordnet ist.

30. Verfahren nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, ciaä jecier Einspritzpunkt eine solche Größe und Form aufweist und in Bezug auf die Zahnräder so angeordnet ist, daß beim Betrieb ein Zuführpunkt vollständig frei von einem Zahn ist, wenn der andere vollständig von einem Zahn verschlossen ist.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Masse einer Meäpumpe oder mehreren Meßpumpen, die parallel arbeiten, und dann einer Extrusionsvorrichtung zur Herstellung von extrudierten Gegenständen zugeführt wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche l6 bis 31, üaaurch gekennzeichnet, daß es zum Mischen eines Hilfsmittels in kleinerer Menge mit einer Hauptflüssigkeit verwendet wird, wobei das Hilfsmittel zusammen mit einer Trägerflüssigkeit zugegeben wird.

MTENrANWXMI FINCICE, DPL-WG. OK)L-INO. 8. STAEGBl

509885/0992

Leerseite