DE3016355A1 - METHOD AND DEVICE FOR MIXING LIQUID COMPONENT FLOWS - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR MIXING LIQUID COMPONENT FLOWSInfo
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Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen flüssiger KomporientenströmeMethod and device for mixing liquid component flows
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermischen flüssiger Komponentenströme nach dem Prinzip des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung, insbesondere zum Vermischen von schnell miteinander reagierenden Komponenten, wie z. B. bei der Herstellung von Formkörperη aus Polyurethan.The invention relates to a method and a device for mixing liquid component streams according to the principle of the jet mixer with countercurrent arrangement, in particular for mixing rapidly reacting with one another Components such as B. in the production of molded bodies made of polyurethane.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristics of the known technical solutions
Für eine Vielzahl von Ivlischaufgaben beim Einsatz von flüssigen Komponenten hat sich das Prinzip des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung als sehr günstig erwiesen. Beim Vermischen von schnell miteinander reagierenden Komponenten ist die gute Reinigungsmöglichkeit der Mischeinrichtung von besonderem Vorteil.For a variety of other tasks when using liquid Components, the principle of the jet mixer with a countercurrent arrangement has proven to be very favorable. At the Mixing components that react quickly with one another is a good way of cleaning the mixing device of particular advantage.
Demgegenüber steht der hohe maschinentechnische Aufwand, der erforderlich ist, um die hohen Arbeitsdrücke zur Erreichung einer ausreichenden Mischgüte zu erzeugen.On the other hand, there is the high technical outlay required to achieve the high working pressures to produce a sufficient mixing quality.
Es wurde versucht, eine Vermischung der Komponenten in der Mischkammer zu erreichen, wobei die Mischkammer mit Ultraschall bestrahlt wurde. Hierbei konnte jedoch nichtAn attempt was made to achieve a mixing of the components in the mixing chamber, the mixing chamber with Ultrasound was irradiated. Here, however, could not
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in allen Fällen eine ausreichende Mischgüte erzielt werden. in all cases a sufficient mixing quality can be achieved.
Daraus folgend wurde entsprechend der OS 2 131 540 (BHD) vorgeschlagen, die Komponenten in eine Form zu füllen und diese mit ochwingungen bis in den Ultraschallbereich zu bestrahlen.As a result, according to OS 2 131 540 (BHD) proposed to fill the components in a form and vibrate them up to the ultrasonic range to irradiate.
In ähnlicher V/eise, d. h. durch Anordnung eines Ultraschallstrahlers an Boden eines mit Flüssigkeit gefüllten Gefäßes, erfolgt die Vermischung entsprechend der PS 429 257 (OH).In a similar way, i. H. by arranging an ultrasonic radiator at the bottom of a vessel filled with liquid, mixing takes place according to the PS 429 257 (OH).
Beide Lösungen sind jedoch nicht ökonomisch und lassen keine Universalität in ihrer Anwendung zu.However, both solutions are not economical and do not allow universality in their application.
Gemäß 08 2 649 973 (BRD) wurde vorgeschlagen, Komponentenstrahlen in eine rührwerlcslose Mischkammer einzuleiten und im Anschluß an die dort stattfindende Vorvermischung den Strom des Komponentengemisches unter Druck mit hoher Geschwindigkeit über eine Zunge zu leiten, die im Ultraschallbereich schwingt und damit eine weitere Vermischung bewirkt.According to 08 2 649 973 (FRG), component beams were proposed to be introduced into a mixing chamber without agitators and following the premixing that takes place there to direct the flow of the component mixture under pressure at high speed over a tongue, the vibrates in the ultrasonic range and thus causes further mixing.
nachteilig hierbei ist, daß die Zunge ein mechanisches Element darstellt, das durch einen konstanten Komponentenstrom in Schwingungen versetzt v/erden muß, die von der Geschwindigkeit dieses Stromes und der konstruktiven Ausführung abhängen. Hierdurch ergibt sich eine schlechte Vermischung zum Zeitpunkt der Anfahr- und Abschaltphase, woraus Qualitätsmängel an dem hergestellten Produkt resultieren. Beim Einsatz von schnell miteinander reagierenden Komponenten ist eine Reinigung der Mischeinrichtung mit Reinigungsmitteln erforderlich, die in vielen Fällen teuer, gesundheitsgefährdend und umweltbelastend sind. Es fällt ein unbrauchbares Restgemisch an.The disadvantage here is that the tongue is a mechanical one Represents element that must be set in vibrations by a constant flow of components the speed of this stream and the structural design depend. This results in a bad one Mixing at the time of the start-up and shutdown phase, which results in quality defects in the manufactured product. When using components that react quickly with one another, the mixing device must be cleaned with cleaning agents required, which in many cases are expensive, hazardous to health and polluting are. An unusable residual mixture is obtained.
Entsprechend der OS 2 730 568 (BRD) wurde vorgeschlagen, die Ultraschallschwingungen zum Vermischen flüssiger Komponenten durch die Umwandlung lokaler Verdichtungen eines fluiden Mediums in mechanische Schwingungen zu erzeugen.According to OS 2 730 568 (FRG) it was proposed that the ultrasonic vibrations for mixing liquids Components by converting local compressions of a fluid medium into mechanical vibrations produce.
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Der Nachteil besteht dabei in dem dafür notwendigen Rotor-Stator-System, welches mit einem aus elastischem Material bestehenden Oszillator zusammenwirkt und auf Grund seiner komplizierten Gestaltung keine Reinigung der Mischeinrichtung ohne Spülmittel zuläßt.The disadvantage here is the rotor-stator system required for this, which interacts with an oscillator made of elastic material and due to its complicated design does not allow cleaning of the mixing device without detergent.
Auch bei der Vermischung gemäß OS 2 155 176 (BRD), bei der das zu vermischende Medium mittels einer Ultraschallsonde in einem spiralförmig ausgebildeten Kanal quer zur otrömungsrichtung bestrahlt wird, ist eine Reinigung nur mit Spülmittel möglich, wobei ein v/eiterer Nachteil in dem relativ geringen Durchsatz besteht.Even when mixing according to OS 2 155 176 (FRG) the medium to be mixed by means of an ultrasonic probe in a spiral-shaped channel transversely to the is irradiated in the direction of flow, cleaning is only possible with detergent, a further disadvantage being the relatively low throughput.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht in der Weiterentwicklung des Prinzips des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung.The aim of the invention is to further develop the principle of the jet mixer with a countercurrent arrangement.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplain the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, Komponentenströme nach dem Prinzip des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung auch bei niedrigen Drücken, z. B. unter 2 KPa mit ausreichender Mischgüte zu vermischen und dabei die Vorteile hinsichtlich der leichten Reinigung der Mischeinrichtung mindestens zu erhalten.The object of the invention is to also stream components according to the principle of the jet mixer with a countercurrent arrangement at low pressures, e.g. B. to mix below 2 KPa with sufficient mixing quality and the advantages in terms of easy cleaning of the mixing device.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch .-gelöst, daß beim Vermischen von flüssigen Komponentenströmen nach dem Prinzip des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung wenigstens ein Komponentenstrom unmittelbar vor bzw. während seines Eintritts in den Mischraum mit Ultraschall bestrahlt wird. Die Ultraschallschwingungen werden dabei so und in der Stärke eingeleitet, daß sie sich noch am Auftreffpunkt der Komponentenströme auswirken. Zusätzlich kann das im Mischraum entstehende Komponentengemisch in Strömungsrichtung mit Ultraschall bestrahlt v/erden.According to the invention the object is achieved in that the Mixing of liquid component streams according to the principle of the jet mixer with countercurrent arrangement at least a component flow immediately before or during its entry into the mixing chamber with ultrasound is irradiated. The ultrasonic vibrations are introduced so and with the strength that they are still affect at the point of impact of the component flows. Additionally the component mixture produced in the mixing chamber can be irradiated with ultrasound in the direction of flow v / earth.
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Die Vorrichtung zum Vermischen flüssiger Komponenten, insbesondere schnell miteinander reagierender Komponenten, v/eist ein Mischraumgehäuse auf, in dem sich ein Mischraum befindet, der einen in Länge des ELschraumes komplementär zur Mischraumbohrung ausgebildeten, in Längsrichtung bewegbaren Ausstoßkolben aufnimmt. Der verbleibende Teil des Ausstoßkolbens ist als Sxponentialhorn ausgebildet und nimmt stirnseitig wenigstens einen Ultraschallschwinger auf, der mittels einer Druckplatte fest arretiert ist. Das Hischraumgehause besitzt in den Mischraum mündende Einlauföffnungen für die Komponenten, die diametral gegenüberliegen oder unter einem bestimmten Winkel zur Längsachse des Mischraumes angeordnet sind*The device for mixing liquid components, in particular components that react quickly with one another, v / eist a mixing chamber housing, in which there is a mixing chamber, the one length of the ELschraumes Complementary to the mixing chamber bore, movable in the longitudinal direction ejector piston. Of the remaining part of the ejection piston is called an exponential horn formed and takes on the end face at least one ultrasonic transducer, which by means of a pressure plate is firmly locked. The Hischraumgehause owns Inlet openings opening into the mixing space for the components which are diametrically opposite or under one are arranged at a certain angle to the longitudinal axis of the mixing chamber *
An jede Einlauföffnung schließt sich eine Einlaufkammer an. An der dem Mischraum entgegengesetzten Seite wenigstens einer Einlaufkammer befindet sich ein Ultraschallschwinger, insbesondere ein fokussierender Ultraschallschwinger, dessen Brennpunkt innerhalb des Iiischraum.es, vorzugsweise im Auftreffpunkt der Komponentenströme, liegt. Jede Einlaufkammer, die vorteilhaft trichterförmig ausgebildet ist, besitzt eine Zuleitung für eine Komponente« Jede Komponente gelangt von einem nicht dargestellten Vorratssystem mit einem im Ifiederdruckbereicb. (etwa bis 2 MPa) liegenden Druck über eine Zuleitung in die Einlaufkammer und von hier über die Einlauföffnungen in den Mischraum. Der in den Mischraum eintretende Komponentenstrahl trifft mit wenigstens einem weiteren Komponentenstrahl einer anderen Komponente im Uischraum zusammen, wobei die Strahlwirkung eine Vermischung bewirkt.An inlet chamber closes at each inlet opening at. At least on the side opposite the mixing space an inlet chamber is equipped with an ultrasonic transducer, in particular a focusing ultrasonic transducer, its focal point within the Iiischraum.es, preferably at the point of impact of the component flows, lies. Each inlet chamber that is advantageously funnel-shaped is designed, has a supply line for a component «Each component comes from a not shown Storage system with one in the low pressure area. (about up to 2 MPa) pressure via a feed line into the inlet chamber and from here via the inlet openings in the mixing room. The component beam entering the mixing space strikes at least one further component beam another component in the Uischraum, the jet effect causing a mixing.
Der an wenigstens einer Ei.nl auf kammer angeordnete, mit frei wählbarer Frequenz arbeitende, fokussierende Ultraschallschwinger strahlt gleichzeitig seine Energie so ab, daß am Ort des Zusammentreffens der einzelnen als Kopplungsmedien für die Schwingungen verwendeten Komponentenströme im Mischraura dio höchste ünergiedichte auftritt, wodurch die Homogenität der Mischung im mikro-The focusing ultrasonic transducer, which is arranged on at least one egg nl on the chamber and operates at a freely selectable frequency at the same time radiates its energy in such a way that at the place of meeting the individual as Coupling media used for the vibrations component flows in the Mischraura dio highest concentration of energy occurs, whereby the homogeneity of the mixture in the micro-
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skopischen Bereich verbessert wird· Zur weiteren Verbesserung der Homogenität kann das entstehende Gemisch im LIisehraum zur gleichen Zeit zusätzlich mit Ultraschallschwingungen, die von dem mit wenigstens einem Ultraschallschwinger gekoppelten Ausstoßkolben ausgehen, in Austragsrichtung überlagert werden. Sin besonderer Vorteil hierbei ist, daß der sich zwischen Ausstoßkolben und Mischraumwandung bildende Restgemischfilm bei schwingendem Ausstoßkolben am Kolbenma.ntel nicht fest anhaftet und dadurch die Rückzugkraft für den Ausstoßkolben minimal gehalten wird.Scopic area is improved · To further improve the homogeneity, the resulting mixture in the supply room at the same time with ultrasonic vibrations generated by the ejection piston coupled to at least one ultrasonic vibrator go out, are superimposed in the discharge direction. A particular advantage here is that the residual mixture film that forms between the ejection piston and the wall of the mixing chamber when the ejection piston vibrates on the The piston casing is not firmly attached and the retraction force for the ejector piston is kept to a minimum.
AusführungsbeispielEmbodiment
In der Zeichnung ist die Erfindung prinzipiell dargestellt. Sie zeigt eine Mischvorrichtung in Arbeitsstellung mit Anordnung des Ultraschallschwingers für jede Komponente bei gegenüberliegenden Einlauföffnungen.The invention is shown in principle in the drawing. It shows a mixing device in the working position with an arrangement of the ultrasonic oscillator for each Component at opposite inlet openings.
Von einem nicht dargestellten Vorratssystem gelangt jeder flüssige Komponentenstrom A; B mit einem Druck, z. B. bis etwa 2 LIPa, über eine Zuleitung 5 in eine Einlaufkammer 4» füllt diese und tritt durch eine EinlaufÖffnung 6 in einen Mischraum 2 ein, wenn der im Mischraum 2 in Längsrichtung C-D bewegbar angeordnete Ausstoßkolben 8 in die obere Stellung, d. h. in Arbeitsstellung, bewegt wurde und die Querschnitte der EinlaufÖffnung 6 freigegeben hat. Am Umfang des Mischraumes 2 können für jede Komponente A; B auch mehrere EinlaufÖffnungen 6 mit dazugehörigen Einlaufkammern angeordnet sein. In jeder Einlaufkammer 4 werden der Komponente durch einen fokussierenden Ultraschallschwinger 7 Schwingungen im Ultraschallbereich derart mitgeteilt, daß die höchste Energiedichte innerhalb des Mischraumes 2 vorhanden ist.Each liquid component stream A comes from a storage system (not shown); B with a pressure, e.g. B. up to about 2 LIPa, via a supply line 5 into an inlet chamber 4 »fills this and passes through an inlet opening 6 into a mixing chamber 2 when the ejector piston, which is arranged in the mixing chamber 2 so as to be movable in the longitudinal direction C-D 8 in the upper position, i.e. H. in working position, has been moved and the cross-sections of the inlet opening 6 has released. On the circumference of the mixing space 2, for each component A; B also several inlet openings 6 be arranged with the associated inlet chambers. In each inlet chamber 4 the components are through a focusing ultrasonic oscillator 7 communicated vibrations in the ultrasonic range in such a way that the highest energy density within the mixing space 2 is available.
Gemäß Zeichnung sind die EinlaufÖffnungen 6 gegenüberliegend im Mischraumgehäuse 1 angeordnet. Bei dieserAccording to the drawing, the inlet openings 6 are opposite one another arranged in the mixing chamber housing 1. At this
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Anordnung treffen die Komponentenströme auf den Achsen X1; Xp5 ·*·» xn ™· Kischraum 2 unter einem bestimmten Winkel e£ zur Längsachse ζ des LIischraumes 2 aufeinander und werden durch die Strahlwirkung der KomponentenströmeArrangement meet the component streams on the axes X 1 ; Xp5 · * · » x n ™ · Kischraum 2 at a certain angle e £ to the longitudinal axis ζ of the LIischraumes 2 and are due to the radiation effect of the component flows
vermischt, wobei gleichzeitig durch den Ultraschall die Mischintensität, insbesondere im mikroskopischen Bereich, bedeutend erhöht wird und somit eine innige Vermischung stattfindet.mixed, with the ultrasound simultaneously increasing the mixing intensity, especially in the microscopic range, is increased significantly and thus an intimate mixing takes place.
Der Brennpunkt jedes Ultraschällschwingers 7 ist so eingerichtet, daß innerhalb des Mischraumes 2, vorzugsweise im Schnittpunkt der Achsen x..; Xp; *··; χ , die höchste Snergiedichte auftritt.The focal point of each ultrasonic vibrator 7 is set up so that that within the mixing space 2, preferably at the intersection of the axes x ..; Xp; * ··; χ, the highest Energy density occurs.
Beim Eintritt der Komponenten in den liischraum 2 wird das entstehende Gemisch zur gleichen Zeit zusätzlich in Strömungsrichtung, d. h. in Austragsrichtung des Mischraumes 2, mit Ultraschall bestrahlt» Die Einleitung des Ultraschalls erfolgt über den Ausstoßkolben 8, an dem außerhalb des Mischraumes 2 ein Ultraschallschwinger 9 mittels einer Druckplatte 10 befestigt ist, der den Ausstoßkolben 8 in Längsrichtung C-D in Schwingung versetzt· When the components enter the liischraum 2 the resulting mixture at the same time additionally in the direction of flow, d. H. in the discharge direction of the mixing chamber 2, irradiated with ultrasound »The introduction of the ultrasound takes place via the ejection piston 8 on which outside the mixing space 2, an ultrasonic oscillator 9 is attached by means of a pressure plate 10, which the ejector piston 8 vibrated in longitudinal direction C-D
Die Gemischerzeugung hält so lange an, bis der in Länge des Mischraumes 2 komplementär zur Mischraumbohrung 3 ausgebildete Ausstoßkolben 8 in liichtung C, d. h. in Austragsrichtung, bewegt wird und gleichzeitig das im Mischraurn 2 befindliche Gemisch austrägt,The mixture generation continues until the length of the mixing chamber 2 is complementary to the mixing chamber bore 3 trained ejection piston 8 in liichtung C, d. H. in Discharge direction, is moved and at the same time discharges the mixture located in mixing room 2,
Während der Bev/egung des Ausstoßkolbens 8 in Austragsrichtung bleibt der Ultraschallschwinger 9 fortwährend in Betrieb, Die Ultraschallschwinger 7 sind nur in Arbeitsstellung des Ausstoßkolbens 8 in Punktion. Bei Bewegung des Ausstoßkolbens 8 in Austragsrichtung werden sie ab dem Zeitpunkt der Überdeckung der Querschnitte der Einlauföffnungen 6 funktionslos, um Kavitationsschäden am Ausstoßkolben 8 zu vermeiden. Vorteilhaft ist, daß die Ultraschallschwinger 7 nicht mit dem Komponentengemisch, sondern nur mit jeweils.einer Komponente in Berührung kommen und hierdurch gewährleistet ist, daß beimDuring the movement of the ejection piston 8 in the discharge direction, the ultrasonic oscillator 9 remains constant in operation, the ultrasonic transducers 7 are only in the working position of the ejection piston 8 in puncture. When moving of the ejection piston 8 in the discharge direction, they are from the point in time at which the cross-sections overlap of the inlet openings 6 inoperative to avoid cavitation damage to avoid at the ejection piston 8. It is advantageous that the ultrasonic oscillator 7 is not mixed with the component mixture but only in contact with one component at a time come and this ensures that when
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Vermischen schnell miteinander reagierender Komponenten keine Verschmutzung auftritt, die eine Reinigung z. B. mit Spülmittel erforderlich macht.Mixing quickly reacting components no contamination occurs, which would require cleaning z. B. with detergent makes it necessary.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Komponenten zwar im Gegenstrom zueinander geführt, jedoch die beim Strahlmischer notwendigen hohen Arbeitsdrücke nicht erforderlich sind und daß trotz niedriger Arbeitsdrücke im Bereich z. B. bis etwa 2 MPa keine Mischwerkzeuge im Lischraum notwendig sind, um eine innige Vermischung der Komponenten herbeizuführen. Außerdem entfällt durch die mögliche Verwendung einer Mischvorrichtung mit Ausstoßkolben der Einsatz von Reinigungsmitteln nach dem Austragen des Komponentengemisches.The advantages of the invention are that, although the components are guided in countercurrent to one another, they do the high working pressures required in the jet mixer are not required and that despite the low working pressures in the area z. B. up to about 2 MPa no mixing tools are necessary in the Lischraum to ensure intimate mixing of the components. In addition, there is no need for a mixing device to be used with the ejector piston, the use of cleaning agents after the component mixture has been discharged.
Insgesamt gesehen wird mit der Erfindung eine ausreichende Vermischung der Komponenten bei bedeutend geringerem maschinentechnischen Aufwand gewährleistet.Viewed overall, the invention provides sufficient mixing of the components with significantly less machine-technical effort guaranteed.
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