DE3123273A1 - "statische mischvorrichtung zur homogenen vermischung von zwei oder mehr in fluessigem oder halbfluessigem zustand befindlichen komponenten" - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zur homogenen Vermischung von zwei oder mehr in flüssigem oder halbflüssigem Zustand befindlichen Komponenten, insbesondere der Komponenten eines eine feste und eine flüssige Phase enthaltenden Gemische einer Metallegierung des Typs, wie sie in den sogenannten "halbflüssigen Gießverfahren" verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser Art anzugeben, die bei strukturell sehr einfachem Aufbau eine schnelle Vermischung einer Vielzahl von Komponenten mit hohem Vermischungsgrad erlaubt. Der Vermischungsgrad soll dabei einfach und schnell durch Hinzufügung oder Herausnahme eines oder mehrerer Elemente der Vorrichtung veränderbar sein, um die Vorrichtung so beliebigen Vermischungsanforderungen anpassen zu können. Die Vorrichtung soll einfach und in der Anwendung sicher sein, indem sie sowohl eine schnelle und sichere Reinigung ihrer von

auch

dem Material durchströmten Teile als / einen unmittelbaren Austausch von verschlissenen oder beschädigten Elementen ermöglicht. Schließlich soll die erfindungsgernäße Vorrichtung die Einstellung eines geforderten thermischen Gradienten in dem sie durchströmenden Material erlauben, um die Materialeigenschaften, insbesondere das Verhältnis zwischen den Konzentrationen

der flüssigen und der festen Phase einer Metallegierung genau steuern zu können. Dieses Verhältnis ist nämlich über den besagten thermischen Gradienten beeinflußbar.

Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung ist gekennzeichnet, durch eine Anzahl von zusammensetzbaren Elementen, in- denen Jeweils Aussparungen und Durchgangsbohrungen vorgesehen sind, welche Kanäle zur Durchströmung mit den Komponenten bilden, wobei die Kanäle so ausgebildet sind, daß sie eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Kanalanordnungen bilden, von denen jede einen ersten mittigen Kanal, mit dem ersten Kanal verbundene und relativ zu diesem radial verlaufende zweite Kanäle mit im wesentlichen rechtwinklig zum ersten Kanal verlaufenden Achsen, von jeweils einem zugeordneten zweiten Kanal ausgehende dritte Kanäle mit parallel zum ersten Kanal verlaufenden Achsen und vierte Kanäle aufweist, deren Achsen im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des ersten Kanals verlaufen und die relativ zu diesem radial angeordnet sind, wobei jeder der vierten Kanäle mit einem der dritten Kanäle einer benachbarten Kanalanordnung in Verbindung steht.

Die Erfindung ist zum besseren Verständnis nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt bzw. zeigent

Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht durch

eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung}

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F,jg. 2 und 3 eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht entlang der Linie LII-III in Fig. 2 eines ersten zusammenhotzbaren, Teil der Mischvorrichtung bildenden Kleinen ta ι

Fig. k und 5 eine Draufsiaht bzw. eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. h eines zweiten, Teil der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung bildenden Elements; und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines ersten, und zweiten zusammensetzbaren Elements in auseinandergezogenem Zustand.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist im wesentlichen eine Anzahl von zusammensetzbaren Elementen auf, von denen in Jedem Aussparungen und DurchgängeÖffnungen derart ausgebildet sind, daß Kanäle für die Durchströmung mit den irtensiv miteinander zu vermischenden flüssigen oder halbflüssigen Komponenten entstehen.

Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel haben die zusammensetzbaren Elemente die Form von zylindrischen Platten und weisen zwei unterschiedliche Ausgestaltungen auf. Die mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Elemente der ersten Ausgestaltung sind in den Figuren 2 und 3 in der Draufsicht bzw. einer Schnittansicht und die mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Elemente der zweiten Ausgestaltung in den Figuren k und 5 in einer Draufsicht bzw. Schnittansicht gezeigt.

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Die zusammensetzbaren Elemente der ersten Ausgestaltung weisen Im wesentlichen eine Anzahl von radial verlaufenden und In einer der Flachseiten ks des Elements gebildete Aussparungen 3 auf j jede der Aussparungen 3 steht mit einer mittigen Aussparung 5 und einer zugeordneten Durchgangsbohrung 6 in Verbindung, welche das Element durchsetzen und deren Achsen im wesentlichen parallel zur Symmetrieachse des Elements selbst verlaufen.

Die zusammensetzbaren Elemente der zweiten Ausgestaltung (Figuren 4 und 5) sind ebenfalls mit einer Anzahl von radial verlaufenden Aussparungen 7 in einer der Flachseiten 8s dieses Elements versehen, die den Auseparungen k dee anderen Elements 1 entsprechend winkelmäßig angeordnet sind. Außerdem weisen di· Eiern ente 2 ein· mittig angeordnete axiale Durchgangabohrung 9 auf,- welche das Element selbst durchsetzt und mit den Enden der Aussparungen 7 in Verbindung steht. Zur Positionierung der Elemente 1 und 2 in der in Fig. 1 gezeigten zusammengesetzten Stellung sind geeignete Zentrier- oder Ausrichtungsmittel vorgesehen, die so ausgebildet sind, daß sie die Achsen zweier benachbarter Elemente im wesentlichen in Flucht zueinander ausgerichtet halten. Diese Mittel zur Zentrierung bestehen in zylindrischen VorSprüngen 10 und entsprechenden Ausnehmungen 11 an den Stirnflächen oder Flachseiten kl, ka dee Elements 1 und 8i und 8s des Elements 2, die so ausgebildet sind,

daß sie passend ineinander eingreifen können. Es ist jedoch ersichtlich, daß auch andere Mittel zur Positionierung und Zentrierung άβγ zusammensetzbaren Elemente der beiden Ausgestaltungen in zusammengesetztem Zustand vorgesehen sein können.

Xn den Elementen 2 der zweiten Ausgestaltung können Leitungen 12 für die Zirkulation eines Kühl- (oder Heiz-) Mediums vorgesehen sein, die so ausgebildet sind, daß sie an eine geeignete Steuerschaltung zur Steuerung der Temperatur anschließbar sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiter ein Einström-Mundstück 13 (Fig. 1) auf, welches mit einer Mittelbohrung i4 versehen ist, deren Achse im wesentlichen mit der Achse der Elemente 1 und 2 fluchtet, und welches dazu dient, das in der Anordnung aus zusammensetzbaren Elementen 1 und 2 r.xi mi seilende Material zuzuführen.

Die Mischvorrichtung wird gebildet durch Bildung eines Stapels einer vorbestimmten Anzahl von abwechselnd angeordneten Elementen der beiden Ausgestaltungen. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von zueinander in Reihe geschalteten Kanalanordnungen gebildet.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, bilden die dort vorgesehenen drei benachbarten Elemente des Stapels eine Anordnung mit einem ersten axialen Kanal 21, der von der zuge-

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ordneten Durchgangsbohrung 9 des Elements 2 gebildet wird, einer Vielzahl von zweiten radialen Kanälen 22, welche von den Aueeparungen 3 des anschließenden Elements 1 und der Plachseite 81.des folgenden Element's gebildet werden, einer Vielzahl von axial verlaufenden dritten Kanälen 23, die mit einem zugeordneten Kanal verbunden sind und von einer Durchgangsbohrung 6 im besagten Element 1 gebildet wird, und mit einer Vielzahl von vierten radialen Kanälen 2k, von denen Jeder mit einem Kanal 23 verbunden ist und von einer Aussparung 7 des nächstfolgenden Elements 2 und einer unteren Flachseite 4i des vorausgehenden Elements gebildet wird.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise.

Das in flüssigem oder halbflüssigem Zustand befindliche und aus einer Vielzahl von Komponenten bestehende zu vermischende Material wird durch die Mittelbohrung Ik des Mundstücks 13 eingespeist. Die Komponenten können von beliebiger Art sein, vorausgesetzt, daß sie in einem physikalischen Zustand sind, der es ermöglichst, daß sie durch die oben beschriebene Kanalanordnungen hindurchtreten können, wenn sie unter Druck durch die Mittelbohrung lh des Mundstücks zugeführt werden. Demzufolge können die Komponenten also solche sein, wie sie in der Kunata toffIndustrie (beispielsweise flüssige Polymere), in der chemischen Industrie

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(beispielsveise chemische Produkte unterschidlicher Art), in der pharmazeutischen Industrie (pastenförmige Präparate und Creme verschiedener Art) oder in der Nährmittelindustrie (für die Herstellung von Saucen, homogenisierten Produkten od.dgl.) verwendet werden. Insbesondere hat sich die erfindungsgemäöe Vorrichtung als vorteilhaft für Einsatzfälle auf dem Gebiet der Metallurgie zur Herstellung von Mischungen mit einer festen und einer flüssigen Phase einer Metallegierung des Typs erwiesen, die in den als "halbflüssig· Form-Verfahren" bezeichneten Herstellungsverfahren verwendet werden.

Die zu mischenden Komponenten werden zuerst als im ersten Kanal 21 (oder der Mittelbohrung I^ des Mundstücks 13) geführter gemeinsamer Axialstrom gefördert} dieser Strom wird dann in einer Anzahl von Ströme unterteilt, die zuerst (in den zweiten Kanälen 22) radial zur Außenseite und dann (in den dritten Kanälen 23) axial und schließlich - wieder in radialer Richtung (in den vierten Kanälen 2'*) nach Innen gefördert worden. Dann werden die so erhaltenen Ströme wieder vereinigt, wodurch sich ein sukzessiver Mischssyklus ergibt.

Wenn die verschiedenen Ströme am Ende jedes Mischzyklus aus den vierten Kanälen Zh kommend wieder im ersten Kanal 21 der nachfolgenden Kanalanordnung zusammengeführt werden, wird eine Strömung erhalten, welche eine sehr intensive Vermischungswirkung erzeugt* Diese Wirkung beruht auf der hohen Geschwindigkeit

der sternförmig durch die vierten Kanäle 2k in eine sehr enge Zone zusammengeführten Ströme, die von der Mündung der ersten Kanäle 21 gebildet wird, und auf der plötzlichen Richtungs- und Geschwindigkeitsänderung, die am Übertritt zwischen den vierten Kanälen und dem ersten Kanal erfolgt.

Xn der Praxis hat sich gezeigt, daß eine gute Vermischung der Komponenten bereits raLt wenig Mischstufen, z.B. nur drei Mischstufen, erreicht wird.

Darüber hinaus eignet sioh die erfindungsgemäße Vorrichtung SEUr unmittelbaren Anpassung an unterschiedliche Mischbedingungen, die sich sowohl in Abhängigkeit von der Art der zu vermischenden Komponenten als auch in bezug auf die unterschiedlich angestrebten Endergebnisse ändern können* In der Tat kann die Herausnahme einer bestimmten Anzahl von Elementen 1 und 2 der ersten bzw. zweiten Ausgestaltung auf sehr einfache und schnelle Weise durchgeführt werden.

Zusätzlich kann auch die Reinigung der verschiedenen Elemente sorgfältig und ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden, weil ein Teil der Kanäle der Anordnung (Kanäle 22 und Zk) von offenen Aussparungen (Aussparung 3 und 7) gebildet wird, die daher sehr leicht zugänglich sind. Jede eventuelle Beschädigung oder übermäßige Abnutzung eines oder mehrerer Elemente der Vorrichtung kann einfach und schnell beseitigt werden. Hierfür genügt

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es, diese Elemente auszutauschen, indem sie von den benachbarten Elementen getrennt werden. Dieser Austausch erfordert lediglich eine axiale Demontage der oberhalb dee zu ersetzenden Elements befindlichen Elemente und des auszutauschenden Elements selbst derart, daß die zylindrischen Vorsprünge 10 aus den zugeordneten Ausnehmungen 11 außer Eingriff gebracht werden.

Schließlich kann in dem durch die Vorrichtung strömenden Material ein beliebiger Wärmegradient erzeugt werden, indem durch die Leitungen 12 in den Elementen 2 ein Medium mit vorbestimmter Temperatur hindurchgeführt wird. Diese Temperatursteuerung des Materials kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn ein eine feste und eine flüssige Phase einer Metallegierung enthaltendes Gemisch gebildet wird. Es ist nämlich bekannt, daß das Konzentrationsverhältnis zwischen diesen beiden Phasen im Gemisch von der Temperatur des Gemische abhängt, und deshalb kann es zweckmäßig sein, diese Temperatur mit dem Mischungsgrad des Gemische zu verändern.

Solange das durch die Kanäle der Vorrichtung strömende zu mischende Material noch nicht einen Betriebszustand erreicht hat, kann die Temperatur des in die Leitungen 12 eingespeisten Mediums verändert werden; beispielsweise kann es im Falle der angegebenen Metallegierungen zweckmäßig sein, die Legierung zu Beginn der Behandlung zu erwärmen und dann nach und nach abzukühlen.

Ee let ersichtlloh, daß im Rahmen des firfindungegedankens Abwandlungen und Veränderungen der beschriebenen Vorrichtung verwirklicht werden können. Jede der vom ersten Kanal 21, den zweiten Kanälen 22, den dritten Kanälen 23 und den vierten Kanälen 2k_t die jeweils radial, axial und wiederum radial verlaufen, gebildeten Anordnungen kann abweichend von der beschriebenen Ausgestaltung verwirklicht werden, indem in zusammensetzbaren Elementen beliebiger Konfiguration Aussparungen und Durchgangsbohrungen in Konfigurationen gebildet werden, die beim Zusammensetzen der Elemente aufeinander zu einer Kanalanordnung der angestrebten Art fuhren..

Leerseite

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   GENTRO RICERCHE FIAT S.p.Α., Strada Torino, 50 Ι-1ΟΟ43 Orbassano/Turin, Italien

   Statische Mischvorrichtung zur homo{.:«men Vermi.Bcliung von zwei oder mehr in flüssigem oder hn Ibflüssl/^ein Ziistand befindlichen Komponenten

   Ansprüche

   Mischvorrichtung zur homogenen Vermischung von zwei oder mehr in flüssigem oder halbflüssitfem Zustand befindlichen Komponenten, insbesondere der Komponenten eines eine feste und eine flüssige Phase enthaltenden Gemische einer Mefcallegierunyv, gekennzeichnet durch eine Anzahl von zusammensetzbaren Elementen (1| 2) in denen jeweils Aussparungen (3; 7) und Durchgangabohrungen (6? 9) vorgesehen sind, welche Kanäle (21 j 22; 23} 2k) zur Durchströmung mit den Komponenten bilden, wobei die Kanäle so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Kanalanordnungen bilden, von denen jede einen ersten mittigen Kanal (21), mit dem

   ersten Kan_al (21) verbundene und relativ zu diesem radial verlaufende zweite Kanäle (22) mit im wesentlichen rechtwinklig zum ersten Kanal (21) verlaufenden Achsen, von jeweils einem zugeordneten zweiten Kanal (23) ausgehende dritte Kanäle (23) mit parallel zum ersten Kanal (21) verlaufenden Achsen und vierte Kanäle (24) aufweist, deren Achsen im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des ersten Kanals (21) verlaufen und die relativ zu diesem radial angeordnet sind, wobei jeder der vierten Kanäle (24) mit einem der dritten Kanäle (23) einer benachbarten Kanalanordnung in Verbindung steht.

   2* Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammensetzbaren Elemente (1$ 2) zwei unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen, wobei in den Elementen (1) der ersten Ausgestaltung die zweiten und die dritten Kanäle (22} 23) und in den Elementen (2) der zweiten Ausgestaltung die vierten Kanäle (24) und der erste Kanal (21) gebildet sind.

   3« Mischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zusammensetzbaren Element· ■ (i) 2) plattenförmig ausgebildet ist, wobei die Elemente (1) der ersten Ausgestaltung mit einer Anzahl von im wesentlichen radial in einer der Flachseiten (4s) der Platte verlaufenden Aussparungen (3) und einer Anzahl von die Platte durchsetzenden und jeweils mit einer der Aussparungen,(3)

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   verbundenen Durchgangsbohrungen (6) verwehen sind, und die Aussparungen (3) und die Durchgangsbohrungen (6) so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie die zweiten bzw. dritten Kanäle (225 23) bilden.

   h. Mischvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) der zweiten Ausgestaltung eine Anzahl von in einer Flachseite (Sa) der Platte gebildete, im wesentlichen radial angeordnete Aussparungen (7) und eine die Platte durchsetzende und mit den Auneparungen (7) in Verbindung stehende mittige Durchgangsbohrung (9) aufweisen» wobei die Aussparungen (7) und die Durchgangsbohrung (9) so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie die vierten Kanäle (zk) bzw. den ersten Kanal (21) bilden.

   5. Mischvorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammensetzbaren Elemente (if 2) die Form zylindrischer Platten haben, wobei an jedem der Elemente (i) der ersten Ausgestaltung •in zylindrischer Vorsprung (1O) vorgesehen 1st, der in eine zugeordnete zylindrische Ausnehmung 0Ό eines Elemente (2) der zweiten Ausgestaltung derart passend eineetzbar ist, daß die Elemente (1; 2) relativ zueinander ausgerichtet sind.

   6. Miechvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem
   der zusammensetzbaren Elemente (1 } 2) Zirkulationsleitungen (12) für ein Kühlmedium vorgesehen sind.

   7· Mischvorrichtung zur homogenen Mischung von zwei
   oder mehr in flüssigem oder halbflüssigem Zustand befindlichen Komponenten wie in Verbindung mit
   den beigefügten Zeichnungen beschrieben«