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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zur Mischung
viskoser Komponenten zur Herstellung eines Mehrstoffsystems aus
zumindest zwei Komponenten mit einer Komponentenzuführeinrichtung
und einer an die Komponentenzuführeinrichtung
anschließenden
Mischraumanordnung, wobei die Komponentenzuführeinrichtung eine Mehrzahl
von Komponentenzuführkanälen aufweist,
die in die Mischraumanordnung einmünden und die Komponentenzuführkanäle gruppenweise
zusammengefasst mit zumindest einem ersten Komponentenanschluss
und einem zweiten Komponentenanschluss verbunden sind, derart, dass
ein jeweils über
die Komponentenanschlüsse
zugeführter
Komponentenvolumenstrom durch die jeweils zugeordneten Komponentenzuführkanäle in eine
Mehrzahl von Komponententeilvolumenströme aufgeteilt wird, und die
Komponententeilvolumenströme
von zumindest zwei Komponenten in einem Mischraum der Mischraumanordnung
zusammengeführt
werden.
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Mischvorrichtungen
der eingangs genannten Art sind regelmäßig so aufgebaut, dass zur
Mischung von Mehrstoffsystemen die beteiligten Komponenten in jeweils
einem der gewünschten
Dosierung entsprechen den Volumenstrom einer Mischraumanordnung zugeführt werden,
die auch unter dem Begriff „Statikmischer" bekannt ist. In
einem derartigen Statikmischer erfolgt dann die Vermischung der
ineinander strömenden
Komponentenvolumenströme.
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Bei
dem Einsatz derartiger Statikmischer hat sich herausgestellt, dass
es sich insbesondere aufgrund von Grenzschichteffekten, also im
Wandungsbereich der Mischraumanordnung vom übrigen Strömungsquerschnitt abweichenden
Strömungsverhältnissen,
eine heterogene Durchmischung ergeben kann. Dies führt insbesondere
bei Verwendung von reaktiven Kleberkomponenten zu einem Mehrstoffsystem,
das ungleichmäßig aushärtet. Darüber hinaus
erweist sich die häufig
auszuführende
Reinigung derartiger Mischraumanordnungen als überaus aufwendig und oft nur
unzureichend durchführbar,
da die bekannten Mischraumanordnungen häufig in Strömungsrichtung komplexe Querschnittsstrukturen
mit Rücksprüngen und
Hinterschneidungen aufweisen, die beim Reinigungsvorgang nur schwer
zugänglich sind
und aufwendige Spülvorgänge mit
Reinigungsflüssigkeit
erfordern.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung
vorzuschlagen, die eine bessere Durchmischung der Komponenten ermöglicht und
eine leichtere Reinigung der Mischraumanordnung.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Durch
die Aufteilung der Komponentenvolumenströme in der Komponentenzuführeinrichtung werden
Komponententeilvolumenströme
gebildet, die im Mündungsbereich
der Mischraumanordnung aufeinander treffen. Hierdurch ergibt sich
eine Vielzahl von Adhäsionsflächen zwischen
benachbarten Komponententeilvolumenströmen, die zu einem Aufreißen und
Ineinandereindringen der Komponententeilvolumenströme im Zeitpunkt
des Aufeinandertreffens und somit zu einer durch die Strömungs geschwindigkeit
der Komponententeilvolumenströme verursachten
dynamischen oder turbulenten Durchmischung führen. Durch die Auflösung der
Komponentenvolumenströme
in Komponententeilvolumenströme
wird bereits bei Einmündung
der Komponententeilvolumenströme
in die Mischraumanordnung ein hoher Grad der Durchmischung erreicht,
so dass als Ausgangsbasis für
eine etwaige weitere Durchmischung in der Mischraumanordnung bereits
ein hoher Durchmischungsgrad gegeben ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Mischvorrichtung erstrecken sich die Komponentenzuführkanäle einer
ersten Komponente von einem axial angeordneten Komponentenanschluss
in den Mischraum, und die Komponentenzuführkanäle einer zweiten Komponente
erstrecken sich von einem radial angeordneten Komponentenanschluss
in den Mischraum.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Mischvorrichtung erstrecken sich die Komponentenzuführkanäle einer
ersten Komponente von dem axial angeordneten Komponentenanschluss
axial in den Mischraum, und die Komponentenzuführkanäle einer zweiten Komponente
erstrecken sich von dem radial angeordneten Komponentenanschluss
in einem zur Längsachse
der Komponentenzuführeinrichtung
zumindest anteilig geneigten Kanal in den Mischraum. Eine derartige
Kanalführung
ermöglicht
in besonderer Weise eine strömungstechnische
Optimierung; insbesondere den Strömungswiderstand betreffend.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Mischvorrichtung erstrecken sich die Komponentenzuführkanäle einer
ersten Komponente von einem axial angeordneten Komponentenanschluss
axial in den Mischraum, und die Komponentenzuführkanäle einer zweiten Komponente
erstrecken sich von einem radial angeordneten Komponentenanschluss
in einem ersten Kanalabschnitt radial und in einem zweiten Kanalabschnitt
axial in den Mischraum.
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Die
axiale Ausrichtung der Komponentenzuführkanäle führt im Ergebnis zu einer im
Wesentlichen achsenparallelen Einströmung der Komponententeilströme in den
Mischraum mit einem Anschmiegen der Komponententeilvolumenströme aneinander,
so dass sich eine möglichst
große
Kontaktfläche zwischen
benachbarten Komponententeilvolumenströmen und ein entsprechend großflächig ausgebildeter
Durchmischungsbereich einstellt. Durch die axiale und radiale Ausrichtung
der Komponentenanschlüsse
wird eine baulich einfach auszugestaltende konstruktive Lösung geschaffen.
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Wenn
gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
der radial angeordnete Komponentenanschluss in einem ringförmig ausgebildeten
Radial-Anschlussteil angeordnet ist, das in koaxialer Anordnung
zu dem axialen Komponentenanschluss ausgerichtet ist und das Radial-Anschlussteil mit dem
Axial-Anschlussteil einen mit den ersten Kanalabschnitten verbundenen
Ringraum bildet, wird bereits bei der Zuführung der einen Komponente
eine radial gleichmäßige Verteilung
ermöglicht,
wodurch von vornherein beste Vorraussetzungen für eine gleichmäßige Durchmischung
der Komponenten gegeben sind.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
erstrecken sich die Komponentenzuführkanäle einer ersten Komponente
von einem axial angeordneten Komponentenanschluss axial in den Mischraum
und die Komponentenzuführkanäle einer zweiten
Komponente erstrecken sich von einem koaxial angeordneten Komponentenanschluss
ebenfalls axial in die Mischraumanordnung.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Komponentenzuführkanäle zumindest im Bereich ihrer Austrittsquerschnitte
in die Mischraumanordnung parallel zueinander verlaufen, da somit
die Komponententeilvolumenströme
beim Eintritt in die Mischraumanordnung einen eindeutig definierten
achsparallelen Richtungsimpuls haben.
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Wenn
die Austrittsquerschnitte benachbarter Komponentenzuführkanäle einen
Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als der doppelte
Durchmesser eines Austrittsquerschnitts, ist sichergestellt, dass
die vorbeschriebende Anschmiegung im Bereich der Einmündung in
die Mischraumanordnung zwischen den Komponententeilvolumenströmen erfolgt.
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Wenn
darüber
hinaus die Austrittsquerschnitte benachbarter Komponentenzuführkanäle einen
Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser
eines Austrittsquerschnitts wird die vorbeschriebene Anschmiegung
in einem besonders vorteilhaften Ausmaß erreicht.
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Eine
hinsichtlich einer gleichmäßigen Durchmischung
des Mehrstromsystems besonders effektive Ausgestaltung des Mischraums
ist möglich,
wenn der Mischraum als konischer Ringraum ausgebildet ist mit einer
in durch Strömungsrichtung
angeordneter Ringachse.
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Ein
besonders hoher Durchmischungsgrad bzw. eine definierte Beeinflussung
des Durchmischungsgrads wird möglich,
wenn die Mischraumanordnung eine Mehrzahl von in Strömungsrichtung einander
nachfolgend angeordneten Mischräumen aufweist,
also eine modular aufgebaute Mischraumanordnung geschaffen wird,
die in ihrer Effektivität durch
die Wahl der Anzahl der einander nachfolgend angeordneten Module
definierbar ist.
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Eine
besonders vorteilhafte, modular aufgebaute Mischraumanordnung wird
möglich,
wenn die Mischraumanordnung in axialer Stapelanordnung alternierend
angeordnete Volumenstromaufweitungs- und Volumenstromzusammenführungsmodule
aufweist, derart, dass durch die Volumenstromaufweitungsmodule aus
einem Mehrstoffvolumenstrom Teilvolumenströme vereinzelt und durch die
Volumenstromzusammenführungsmodule
die vereinzelten Teilvolumenströme
zu einem Mehrstoffvolumenstrom zusammengeführt werden.
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Hierdurch
ergibt sich quasi eine Art pulsierender Mehrstoffvolumenstrom, der
eine besonders effektive Durchmischung ermöglicht.
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Vorteilhafte
Ausführungen
der Volumenstromaufweitungs- und Volumenstromzusammenführungsmodule
sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Nachfolgend
wird anhand der Zeichnung eine Ausführungsform der Mischvorrichtung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Mischvorrichtung in Längsschnittdarstellung;
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2 ein
ringförmig
ausgebildetes Radialanschlussteil der in 1 dargestellten
Mischvorrichtung in Querschnittdarstellung gemäß Schnittlinienverlauf II-II
in 1;
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3 ein
Volumenstromaufweitungsmodul der in 1 dargestellten
Mischvorrichtung in einer Draufsicht gemäß Schnittlinienverlauf III-III
in 1;
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4 ein
Volumenstromzusammenführungsmodul
der in 1 dargestellten Mischvorrichtung in Draufsicht
gemäß Schnittlinienverlauf
IV-IV in 1.
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1 zeigt
eine Mischvorrichtung 10 umfassend eine Komponentenzuführeinrichtung 11 und eine
Mischraumanordnung 12. Die Komponentenzuführeinrichtung 11 und
die Mischraumanordnung 12 sind bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
der Mischvorrichtung 10 in einem gemeinsamen Vorrichtungsgehäuse 13 ausgebildet.
Genauso gut ist es jedoch auch möglich,
die Komponentenzuführeinrichtung 11 unabhängig von
der Mischraumanordnung 12 auszubilden und letztere über eine
lösbare Verbindung
mit der Komponentenzuführeinrichtung zur
Erzielung des in 1 dargestellten gemeinsamen
Vorrichtungsgehäuses
zu verbinden.
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Das
Vorrichtungsgehäuse 13 weist
im vorliegenden Fall einen im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildeten
Grundkörper 14 auf,
der zur Ausbildung eines Komponentenanschlusses 15 einen
Gehäusebund 16 aufweist,
der mit einer Anschlussbohrung 17 zum Anschluss einer hier
nicht näher
dargestellten Komponentenzuflussleitung versehen ist. Die Komponentenzuführeinrichtung 11 umfasst
neben dem Komponentenanschluss 15 einen Komponentenanschluss 18,
der an einem Gehäuseeinsatz 19 ausgebildet
ist. Der Gehäuseeinsatz 19 weist
an seinem als Komponentenanschluss 18 ausgebildeten Ende
eine Anschlussbohrung 20 auf, die über eine Mehrzahl von in einer
Bodenwandung 21 der Anschlussbohrung 20 ausgebildeten
axial verlaufenden Komponentenzuführungskanälen 22 mit einem Zuführkopf 23 des
Gehäuseeinsatzes 19 verbunden sind.
Im vorliegenden Fall sind, wie 2 zeigt,
fünf Komponentenzuführkanäle 22 vorgesehen,
die sich axial durch den Zuführkopf 23 hindurch
bis in einen ersten Mischraum 24 der Mischraumanordnung 12 erstrecken.
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Zusätzlich zu
den Komponentenzuführkanälen 22,
die mit der Anschlussbohrung 20 des Komponentenanschlusses 18 verbunden
sind, sind im Zuführkopf 23 Komponentenzuführkanäle 25 vorgesehen,
die jeweils einen sich axial erstreckenden Axialabschnitt 26 und
einen sich radial erstreckenden Radialabschnitt 27 aufweisen
und eine Verbindung zwischen einem Ringraum 28, der zwischen
dem Gehäusebund 16 und
dem Zuführkopf 23 ausgebildet ist,
und dem Mischraum 24 bilden. Zur Abdichtung des Ringraums 28 gegenüber dem
Grundkörper 14 des
Vorrichtungsgehäuses 13 und
dem Zuführkopf 23 sind
am Zuführkopf 23 Dichtungssitze 29 und 30 vorgesehen,
die zur Aufnahme von hier nicht näher dargestellten O-Ringen
dienen.
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Wie
ferner aus 1 zu ersehen ist, münden die
Komponentenzuführkanäle 22 und 25 in
den Mischraum 24, der einerseits durch eine axiale Endfläche 31 des
Zuführkopfs 23 und
andererseits durch ein axial an der Endfläche 31 anliegendes
Volumenstromzusammenführungsmodul 32 begrenzt
ist. Auf der axialen Endfläche 31 des
Zuführkopfs 23 ist
zentrisch ein Konus 33 ausgebildet, der unter Ausbildung des
als konischer Ringraum ausgebildeten Mischraums 24 in eine
im Volumenstromzusammenführungsmodul 32 ausgebildete
konische Bohrung 35 eingreift.
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Wie
eine Zusammenschau der 1 und 4 zeigt,
ist das Volumenstromzusammenführungsmodul 32 zu
einer Mittelebene 36 symmetrisch ausgebildet, mit einer
zentralen Durchgangsbohrung 37 und zwei einander gegenüberliegenden
und über die
Durchgangsbohrung 37 miteinander verbundenen konischen
Bohrungen 35 versehen. Zwischen zwei Volumenstromzusammenführungsmodulen 32 befindet
sich jeweils ein Volumenstromaufweitungsmodul 38, das wie
sich aus einer Zusammenschau der 1 und 3 ergibt,
eine Lochscheibe 39 aufweist, die zwei symmetrisch zu einer
Mittelebene 40 auf den Scheibenoberflächen jeweils angeordnete Koni 33 aufweist.
Die Lochscheibe 39 ist mit Durchgangsbohrungen 41 und 42 versehen,
die im vorliegenden Fall übereinstimmende
Austrittsquerschnitte 43 bzw. 44 aufweisen und
eine mit Austrittsquerschnitten 45 und 46 der
im Zuführkopf 23 ausgebildeten
Komponentenzuführkanälen 22 bzw. 25 übereinstimmende
Verteilung aufweisen.
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist im vorliegenden Fall die Mischraumanordnung 12 durch
eine alternierende Anordnung der Volumenstromzusammenführungsmodule 32 und
der Volumenstromaufweitungsmodule 38 gebildet. Aufgrund
dieser alternierenden Anordnung entstehen Mischräume 24 und 47,
wobei der Mischraum 24 in Strömungsrichtung zu einer Reduktion
des Strömungsquerschnitts
und der Mischraum 47 in Strömungsrichtung zu einer Vergrößerung oder
Aufweitung des Strömungsquerschnitts führt.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind, wie insbesondere
der 2 zu entnehmen ist, die Komponentenzuführkanäle 22 alternierend
mit den Komponentenzuführkanälen 25 am
Umfang des Zuführkopfs 23 regelmäßig verteilt
angeordnet. Je nachdem um welche und wie viele unterschiedliche
Komponenten es sich handelt, kann es sich auch als vorteilhaft herausstellen,
die jeweiligen Komponentenzuführkanäle unregelmäßig und
in unterschiedlicher Anzahl anzuordnen. Durch eine geeignete Wahl
der Austrittsquerschnitte 45 und 46 bzw. der Durchmesser
der Anschlussbohrungen 17, 20 der Komponentenanschlüsse 15, 18 kann
bei unterschiedlichen Volumenströmen
die Fließgeschwindigkeit
der verschiedenen Komponenten aneinander angepasst werden.
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Der
in 1 dargestellte modulare Aufbau der Mischraumanordnung 12 aus
alternierend angeordneten Volumenstromaufweitungsmodulen 38 und Volumenstromzusammenführungsmodulen 32 ermöglicht eine
leichte Montage und Demontage der Mischraumanordnung 12.
Zur Montage der in 1 dargestellten Mischvorrichtung 10 wird
zunächst
die Komponentenzuführeinrichtung 11 durch
Einschrauben des Gehäuseeinsatzes 19 in
den Grundkörper 14 ausgebildet.
Dabei wird der Verbund des Gehäuseeinsatzes 19 mit
dem Grundkörper 14 über einen Gewindeeingriff 49 zwischen
dem Gehäuseeinsatz 19 und
dem Grundkörper 14 hergestellt.
Anschließend
erfolgt der Aufbau der Mischraumanordnung 12 über ein
alternierendes Einbringen der Volumenstromzusammenführungsmodule 32 und
der Volumenstromaufweitungsmodule 38 in eine Gehäuseaufnahmebohrung 50 des
Grundkörpers 14.
Die als Stapelanordnung ausgebildete alternierende Anordnung wird
durch Einschrauben eines Einschraubmundstücks 51 in den Grundkörper 14 axial
festgelegt. Eine im Einschraubmundstück 51 ausgebildete Ausgabebohrung 52 kann
entsprechend den gewünschten
Ausgabebedingungen ausgebildet sein, beispielsweise als Schraubanschluss
für eine
hier nicht näher
dargestellte Ausgabeleitung.
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Zur
Reinigung der Mischvorrichtung 10 kann der Gehäuseeinsatz 19 bzw.
der Zuführkopf 23 durch Herausschrauben
aus dem Grundkörper 14 entfernt und
beispielsweise in ein Reinigungsbad eingebracht werden. Dasselbe
gilt für
die Volumenstromzusammenführungsmodule 32 und
die Volumenstromaufweitungsmodule 38 der Mischraumanordnung 12. Nach
Entfernen der vorgenannten Module ist der Grundkörper 14 der Mischvorrichtung 10 im
Wesentlichen frei von Hinterschneidungen und kann somit ebenfalls
einfach und effektiv gereinigt werden.