EP3372305A1 - Niederdruck mischsystem und -mischverfahren von flüssigen und pastösen mit gasförmigen und festen mischkomponenten, im dauerbetrieb und einzelnen gemischportionen in beliebigen austrittspositionen - Google Patents

Abstract

Niederdruckmischer auch für aushärtbare Gemische aus flüssig, pastösen mit gasförmigen und festen Komponenten, bei der sich eine schrägstehende Rotorachse mit Mischkammermittellinie und Mantellinien eines konischen Rotors in einem Taumelpunkte (T) schneiden. Dabei führt der Rotor neben seiner eigenen Umdrehung eine Taumelbewegung aus. Bei gleicher Relativgeschwindigkeit von Rotor- und Taumelbewegung zur Mischkammerwand können feste Komponenten mit vermischt werden. Verunreinigungen in den Mischkomponenten beinträchtigen nicht die Funktion des Mischvorganges. Das Mischverfahren ermöglicht durch den Entleervorgang eine beliebige Auslassrichtung des Gemisches.

Description

• Bei der Herstellung von Schäumen nach dem Hochdruckmischsystem werden mit hohem Druck Mischkomponenten in eine Mischkammer gespritzt deren Strahlen sich gegenseitig durchdringen und somit eine Mischung entsteht. Verunreinigungen in den Mischkomponenten führen zur Verstopfung der Mischdüsen und somit zu einem undefinierten Mischungsverhältnis.
• Bei aushärtbaren Gemischen werden Ablagerungen an der Mischkammerwand aufgebaut die bei einer Mischungsunterbrechung durch einen Kolbenhub von der Mischkammerwand entfernt wird.
• Bei einem Niederdruckmischsystem werden durch einen Rotor die Mischkomponenten in einer Mischkammer miteinander vermischt. Der Rotor führt neben seiner Eigendrehung eine Umlaufbewegung aus.
• Werden die ausgehärteten Schäume zur Isolation genutzt kann bei den Niederdrucksystemen durch ein kleineres Schaumgewicht und deutlich bessere λ-Werte etwa 50% der Mischkomponenten bei gleichen Isolationswerten eingespart werden. Zusätzlich wird das zu isolierende Nutzvolumen vergrößert oder die Außenabmessungen der Isolierung verkleinert. Auch Verunreinigungen in den Mischkomponenten führen zu keiner Störung.
• Durch den geringen Energieeintrag beim Niederdruckmischen eignet sich dies auch zum Beimischen von Pentan. Dies führt nochmals zu einer Verbesserung der λ-Werte.
• Niederdruck Mischkopf EP2271421 ist für den vertikalen Materialauschnitt konzipiert und für den Dauerbetrieb ausgelegt. Durch die exzentrische Lagerung und der konischen Form des Rotors verändert sich das Verhältnis der Relativgeschwindigkeiten entlang der Berührlinie von Rotor- und Exzenterbewegung.
• Ziel der Erfindung ist neben der Produktion von hochwertigen Schäumen auch Gemische mit flüssigen und pastösen Mischkomponenten mit festen und gasförmigen Komponenten, lageunabhängig, im Dauerbetrieb und zur Mischung von einzelnen Portionen.
• Diese Aufgabe wird durch einen Niederdruckmischer nach Anspruch 1 bis 4 und Mischverfahren nach Anspruch 5 bis 8 erfüllt.
• Die Lageunabhängigkeit wird erreicht durch die Nutzung eines Verdrängermediums (z.B. Luft), bei unterbrochenen Mischkomponenten Zufuhr und laufender Rotor- und Taumelbewegung
• Im Lagerbereich kann auch durch einen Überdruck bei einem vertikalen Austritt nach oben die Lagerung frei von den Mischkomponenten gehalten werden.
• Bei der Mischung mit festen Mischkomponenten soll die Relativgeschwindigkeit entlang der Berührlinie aus der Drehbewegung des Rotors und der Taubelbewegung gleich sein. Dadurch wird durch die Keilform ein Druck aufgebaut.
• Das Verhältnis von Rotordrehzahl n_R zur Drehzahl der Taumelbewegung n_T sollte $${\mathrm{n}}_{\mathrm{R}}={\mathrm{d}}_{\mathrm{M}}/{\mathrm{d}}_{\mathrm{R}}\times {\mathrm{n}}_{\mathrm{T}}$$

  

  sein damit die Berührlinie frei von festen Mischkomponenten gehalten wird.
• Dies wird durch eine konische Form von Rotor- und Mischkammer erreicht, bei dem sich die Mittellinien von Rotorachse und Mischkammer und den Mantellinien des Rotors in einem Punkt schneidet, dem Taumelpunkt.

(Fig.1) mit A

als Mischbereich

B

als Taumelpunkt

C

als Lagerbereich

$$\mathrm{B}/\mathrm{A}\ne \mathrm{\infty }$$

• Die Vermischung erfolgt durch eine Wirbelbildung, die durch die Taumelbewegung ihre Lage verändert und durch die Haftung an Mischkammer- und Rotoroberfläche eine homogene Mischung ergibt.
• Auch andere Rotorformen sind möglich aber mit deutlich höheren Rotordrehzahlen und höherem Energieeitrag.
• Soll die Mischung über einen Abstand durch eine kleine Öffnung in einen Hohlraum eingebracht werden, dann soll der Austrittsstrahl eine möglichst runde Form haben. Dies kann z.B. durch eine ballige Form erreicht werden bei dem das Ende von Mischkammer und Rotor gleich ist. (Fig 2)
• Durch Tangentenhilfspunkte (h1, h2 usw.) welche entlang der Rotormittellinie kontinuierlich verlaufen kann diese Form gebildet werden die guten Mischergebnisse aufweist. Für feste Mischkomponenten ist diese Form nicht geeignet.
• Bei der balligen Form soll durch den grossen Durchmesser-Unterschied von Rotor und Mischkammer die Drehzahl des Rotors deutlich höher sein.
• Bei der Zumischung von gasförmigen Mischkomponenten kann z.B. bei CO₂ ein Entzündbarkeit des Schaumes reduziert werden.
• Der Taumelpunkt kann vor der Auslassöffnung aber auch hinter dem Antriebsbereich liegen.
• Ist der Taumelpunkt vor der Auslassöffnung entsteht eine gedrungene Bauform.
• Liegt der Taumelpunkt im Antriebsbereich oder dahinter entsteht eine schlanke Bauform mit der durch kleine Öffnungen in einen Hohlraum eingetaucht werden kann und der Aufschäumvorgang an der hintersten Position beginnt und durch eine Verlagerung der Position des Mischers bewegt wird (z.B. zum Ausschäumen von Karosserieteilen).
• Dadurch kann die verdrängte Luft durch die Öffnung entweichen und Lufteinschlüsse im Schaum verhindert werden.
• Ansicht A von Fig. 1 und Fig. 2 zeigt die unterschiedliche Form im Austrittsqerschnitt bei konischen und balligen Rotor mit der Auswirkung auf den Austrittstrahlquerschnitt.
• Fig. 3 zeigt Mischkomponentenanschlüsse bei den verschiedenen Mischvarianten und eine mögliche Ausführung des Abschaltmodus.
• Einlass D für höherviskose Mischkomponenten wahlweise mit Beimischung von festen und / oder gasförmigen Mischkomponenten.
• Einlass F für niederviskose Mischkomponenten mit gasförmigen Mischkomponenten.
• Fig. 4 zeigt mit Anschluss F eine Möglichkeit den Antriebsbereich frei von Mischkomponenten zu halten.
• Anschluss P1a zeigt eine Möglichkeit mit einem gasförmigen Verdrängermedium und einem Druckspeichervolumen V in Anschluss G den Inhalt der Mischkammer am Ende einer Mischung zu entleeren.
• Anschluss P2b eine Möglichkeit mit einem flüssigen Verdrängermedium und einem Druckspeichervolumen V in Anschluss G den Inhalt der Mischkammer am Ende einer Mischung zu entleeren.
• Fig. 5 zeigt eine Ausführung von einem Mischer mit einem Zuführbereich, einem Mischbereich und einem Austrittsbereich mit mehreren Auslassöffnungen bei dem das Material im Auslassbereich V2 aus Antihaftmaterial besteht.

Claims (10)

1. Niederdruckmischsystem und Mischverfahren von flüssigen bzw. pastösen mit gasförmigen und festen Mischkomponenten mit einer Mischkammer, mit zumindest zwei Einlassöffnungen und zumindest einer Auslassöffnung in dem ein schräg stehender Rotor die zu mischenden Komponenten durch seine Umdrehungsgeschwindigkeit vermischt und neben seiner eigenen Umdrehung eine Taumelbewegung um einen Taumelpunkt ausführt und die Mischkammer von den zu mischenden Komponenten durchströmt wird dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelpunkt sich außerhalb der Mischkammer befindet und der Schnittpunkt bzw. der kleinste Abstand von Mischkammermittellinie und Rotormittellinie ist.
2. Niederdruckmischsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Material von Rotor und Mischkammer zumindest von einer Mischkomponente eine gute Haftung aufweist.
3. Niederdruckmischsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Mischbetrieb die Rotorform und die Mischkammerform im Mischbereich eine durchgehende Berührlinie aufweist.
4. Niederdruckmischsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass den kleinsten Durchmesser der Mischkammer aufweist.
5. Mischverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbereich einen Überdruck aufweist, dessen Größe abhängig von der Lage der Auslassöffnung und der Strömungsverluste in der Mischkammer ist.
6. Mischverfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Mischvorganges bei unterbrochener Mischkomponentenzufuhr und laufender Taumel- und Rotorbewegung ein Verdrängermedium (z. B. Luft) druck- und geschwindigkeitsabhängig den Mischkammerinhalt entleert.
7. Mischverfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängermediumspeicher auf das Volumen des Mischkammervolumen abgestimmt ist.
8. Mischverfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsrichtung der Mischung durch den Druck im Verdrängermediumspeicher eingestellt werden kann.
9. Mischverfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass Abhängig von der Viskosität des Gemisches und der örtlichen Umdrehungsgeschwindigkeit durch den keilförmigen Verlauf beidseitig der Berührlinie ein Druck aufgebaut wird.
10. Mischverfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer verjüngenden Form von Rotor und Mischkammer entlang der Berührlinie zum Auslass hin sich der Druck verkleinert und dadurch eine Strömung im berührliniennahen Material zum Auslass hin unterstützt.

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