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WO2006039827A1 - Statischer mischer - Google Patents

Statischer mischer Download PDF

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WO2006039827A1
WO2006039827A1 PCT/CH2005/000593 CH2005000593W WO2006039827A1 WO 2006039827 A1 WO2006039827 A1 WO 2006039827A1 CH 2005000593 W CH2005000593 W CH 2005000593W WO 2006039827 A1 WO2006039827 A1 WO 2006039827A1
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shear
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static mixer
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PCT/CH2005/000593
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Wilhelm A. Keller
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Mixpac Systems AG
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Medmix Systems AG
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    • B01F2101/2305—Mixers of the two-component package type, i.e. where at least two components are separately stored, and are mixed in the moment of application

Definitions

  • the present invention relates to a static mixer for two components, comprising an input part and a housing with mixing elements arranged therein according to the preamble of patent claim 1.
  • Very small diameter mixers of e.g. from 1 to 2 mm and low viscosity components too.
  • mixers with conventional mixing elements are problematic because a sufficiently good mixing, especially for components with different viscosities, or surface tensions can not be achieved. This can lead to great problems, especially when used in medicine.
  • mixers having disc-shaped mixing elements, with one or more openings are also known.
  • GB-A-1 188 516 discloses a mixer having a stack of disks arranged in the mixer housing and each having an opening, the disks being arranged so that the openings are respectively rotated by 180 °.
  • US-A-2,125,245 discloses an emulsifier with discs arranged in a housing and each having either a plurality of small openings or a larger opening.
  • US-A-5 968 018 discloses a cell separator having a stack of discs each having an aperture, the discs being arranged so that the apertures are each rotated 180 °.
  • US-Al-2003/0179648 discloses a mixer with mixing chambers, between which also conventional mixing coils can be arranged.
  • US-A-4 068 830 discloses a conventional mixer with mixing helices interspersed with perforated plates.
  • FIG. 2 is an enlarged detail of FIG. 1; FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG. 2; FIG.
  • Fig. 4 shows a perspective view of the mixing elements of Fig. 1 and
  • Fig. 5 shows schematically an embodiment variant.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a mixer 1 according to the invention, which is fastened to a two-component cartridge 2 and has a housing 3 with input part 4.
  • a housing 3 with input part 4.
  • various mixing elements In the cylindrical housing part 5 are various mixing elements.
  • a conventional mixing coil 6 In the middle section of the mixing elements, a conventional mixing coil 6 is arranged, the new mixing elements 7 on both sides, see also Fig. 2 and 3, connect.
  • the new mixing element is designed as a shear aperture and has a disc 8, which is fastened to a hub 9 and has a passage 10.
  • the passage 10 is arranged rotated to each subsequent element, for example by 180 °.
  • the shape of the passage is chosen so that the liquids are subjected to a higher speed or shearing stress and then create vortices, whereby a better mixing of even the smallest amounts is guaranteed. This shape is not bound to the shape shown and may be different.
  • the mixer has in its input part 4, two inlets 11 and 12, which are inserted in this embodiment in the outlets 13 and 14 of the cartridge 2.
  • the mixer input part 4 further has locking elements 15 on the cartridge and corresponding locking elements 16 on the mixer input part.
  • the locking elements can also be designed like a bayonet.
  • Fig. 4 the various mixing elements are shown in a perspective view, wherein one recognizes the shear plates 7 with their passages 10 and the conventional coil 6.
  • the blend passage 10A of the first shear aperture 7A with respect to the outlet openings of the inlets 11 and 12 is aligned.
  • the longitudinal axis of the shear aperture passage 10 substantially coincides with the connection axis of the two inlet outlet openings.
  • the orientation longitudinal axis shear aperture passage to the outlets can also be different, z. B. be at right angles to it.
  • the mixer input part is connected via a connecting part 20 with the mixing elements and can be integrally formed.
  • the two substances from the two reservoirs 17 and 18 of cartridge 2 are transferred under pressure into the mixer inlet.
  • the two substances come together and are pressed together through the passage 10A of the shear aperture 7A.
  • the shape of the shear aperture passage affects the shear stress and vortex formation, respectively, and can result in better mixing of the two substances.
  • mixing orifices with a suitable passage is suitable for mixing media of different viscosities, especially if very small quantities have to be discharged drop by drop.
  • the diameter of the mixing elements can be about 1 mm.
  • shear apertures are not tied to the cylindrical form shown by way of example.
  • Both the mixer housing, or its hollow, the mixing elements receiving part, as well as the mixing elements and the shear plates can also have other shapes and cross-sections, for example, rectangular or square.

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Abstract

Der statische Mischer für zwei Komponenten weist ein Gehäuse (3) mit einem Eingangsteil (4) und im Gehäuse angeordneten Mischelemente auf. Mindestens ein Mischelement ist in Abweichung zu vorbekannten Mischwendeln als scheibenförmige Scherblende (7, 7A) ausgebildet, die an ihrer Scheibe (8) einen Durchlass (10, 10A) aufweist. Mit solchen Scherelementen ist es möglich, auch kleinste Mengen, die auch tropfenweise ausgetragen werden, zu vermischen, da beim Austragen an den Scherblenden-Durchgängen höhere Schergeschwindigkeiten erzeugt werden und auf der Austrittseite Wirbel entstehen. Dies ist insbesondere bei medizinischen Anwendungen von solchen Mischern von grossem Vorteil.

Description

Statischer Mischer
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen statischen Mischer für zwei Komponenten, mit einem Eingangsteil und einem Gehäuse mit darin angeordneten Mischelementen gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Das Mischen von zwei Substanzen mittels eines statischen Mischers ist seit sehr langem bekannt und die überwiegende Mehrheit der statischen Mischer enthält wendeiförmige
Mischelemente, wie sie beispielsweise in der US-A-5 609 271 des gleichen Anmelders beschrieben sind. Bei diesem Prinzip werden durch mehrmaliges Umschichten die zwei Substanzen miteinander vermischt. Um eine qualitativ gute Mischung zu erzielen, werden bei den Mischern verschiedene Parameter unterschiedlich dimensioniert, beispielsweise die Geometrie des Mischelementes, die Anzahl von Mischelementen und der Mischerdurchmesser. Bei den statischen Mischern geht man bei Medien mit mittleren bis höheren Viskositäten im Allgemeinen von einer laminaren Strömung aus. Dies trifft auch für
Mischer mit sehr kleinen Durchmessern von z.B. von 1 - 2 mm und Komponenten mit niedrigen Viskositäten zu.
Besonders bei sehr kleinen zu vermischenden Mengen, beispielsweise bei einem tropfenweisen Austrag, ist die Verwendung von Mischern mit herkömmlichen Mischelementen problematisch, da eine genügend gute Durchmischung insbesondere bei Komponenten mit unterschiedlichen Viskositäten, bzw. Oberflächenspannungen nicht mehr erzielt werden kann. Dies kann insbesondere bei der Anwendung in der Medizin zu grossen Problemen führen. Es sind ferner Mischer bekannt, die scheibenförmige Mischelemente aufweisen, mit einer Öffnung oder mehreren Öffnungen.
GB-A-I 188 516 offenbart einen Mischer mit einem Stapel von Scheiben, die im Mischergehäuse angeordnet sind und je eine Öffnung aufweisen, wobei die Scheiben so angeordnet sind, dass die Öffnungen jeweils um 180° verdreht sind. .
US-A-2 125 245 offenbart einen Erαulgierapparat mit Scheiben, die in einem Gehäuse angeordnet sind und je entweder eine Vielzahl von kleinen Öffnungen oder eine grossere Öffnung aufweisen.
US-A-5 968 018 offenbart ein Zelltrennungsgerät mit einem Stapel von Scheiben, die je eine Öffnung aufweisen, wobei die Scheiben so angeordnet sind, dass die Öffnungen jeweils um 180° verdreht sind.
US-Al-2003/0179648 offenbart einen Mischer mit Mischkammern, zwischen denen auch herkömmliche Mischwendeln angeordnet sein können.
US-A-4 068 830 offenbart einen herkömmlichen Mischer mit Mischwendeln, zwischen denen Lochplatten angeordnet sind.
Bei keinem dieser Mischer wird ein kleines Austragvolumen angesprochen.
Es ist von diesem Stand der Technik ausgehend Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Mischer mit Mischelementen anzugeben, der auch bei sehr kleinen Austragmengen eine gute Durchmischung der beiden Substanzen gewährleistet. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Schnitt einen erfindungsgemässen Mischer,
Fig. 2 ist eine Detailvergrösserung aus Fig. 1,
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf Fig. 2,
Fig. 4 zeigt in perspektivischer Sicht die Mischelemente von Fig. 1 und
Fig. 5 zeigt schematisch eine AusführungsVariante.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen erfindungsgemässen Mischer 1, der an einer Zwei-Komponenten-Kartusche 2 befestigt ist und ein Gehäuse 3 mit Eingangsteil 4 aufweist. Im zylindrischen Gehäuseteil 5 befinden sich verschiedenartige Mischelemente. Im mittleren Abschnitt der Mischelemente ist eine herkömmliche Mischwendel 6 angeordnet, der sich beidseitig neue Mischelemente 7, siehe auch Fig. 2 und 3, anschliessen.
Das neue Mischelement ist als Scherblende ausgebildet und weist eine Scheibe 8 auf, die an einer Nabe 9 befestigt ist und ein Durchlass 10 aufweist. Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Durchlass 10 zu jedem nachfolgenden Element verdreht angeordnet, beispielsweise um 180°. Die Form der Durchlass ist so gewählt, dass die Flüssigkeiten einer höheren Geschwindigkeit, bzw. Scherbeanspruchung unterworfen werden und anschliessend Wirbel entstehen, wodurch eine bessere Durchmischung auch von kleinsten Mengen gewährleistet wird. Dabei ist diese Form nicht an die gezeigte Form gebunden und kann unterschiedlich sein.
Nach der Scherung und Verwirbelung durch eine Anzahl von Scherblenden wird durch die nachfolgenden herkömmlichen Mischwendeln ein Mischvorgang durch Umschichtung eingeleitet, um eine bestmögliche Verteilung der Komponenten über den Querschnitt zu erzielen.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 folgen vom Eingang her gesehen, auf vier Scherblenden fünf herkömmliche Mischwendeln, denen sich wieder vier Scherblenden anschliessen. In Fig. 5 ist eine andere Reihenfolge dargestellt, z. B. auf fünf Wendeln folgen vier Scherblenden und daraufhin wieder fünf Mischwendeln. Mit diesen zwei Ausführungsbeispielen soll angedeutet werden, dass Mischwendeln und Scherblenden beliebig kombinierbar sind, so dass ein Mischer optimal an die zu mischenden Materialien und geometrischen Verhältnissen angepasst werden kann.
Der Mischer weist in seinem Eingangsteil 4 zwei Einlasse 11 und 12 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel in die Auslässe 13 und 14 von Kartusche 2 gesteckt sind. Der Mischereingangsteil 4 weist ferner Verriegelungselemente 15 an der Kartusche und entsprechende Verriegelungselemente 16 am Mischereingangsteil auf. Die Verriegelungselemente können auch bajonettartig ausgebildet sein.
In Fig. 4 sind die verschiedenen Mischelemente in perspektivischer Darstellung dargestellt, wobei man die Scherblenden 7 mit ihren Durchlässen 10 und die herkömmliche Wendel 6 erkennt. In Fig. 4 ist ersichtlich, dass in diesen Beispiel der Blendendurchlass 1OA der ersten Scherblende 7A bezüglich der Austrittsöffnungen der Einlasse 11 und 12 ausgerichtet ist. Dabei fällt die Längsachse des Scherblenden-Durchlasses 10 im wesentlichen mit der Verbindungsachse der beiden Einlass-Austrittsöffnungen zusammen. Die Ausrichtung Längsachse Scherblenden-Durchlass zu den Auslässen kann jedoch auch anders, z. B. rechtwinklig dazu sein.
Ausserdem ist gezeigt, dass das Mischereingangsteil über ein Verbindungsteil 20 mit den Mischelementen verbunden ist und einstückig geformt werden kann.
Die zwei Substanzen aus den beiden Vorratsbehältern 17 und 18 von Kartusche 2 werden unter Druck in den Mischereinlass transferiert. Im Zwischenraum 19 zwischen dem Verbindungsteil 20 und der ersten Scherblende gelangen die zwei Substanzen zusammen und werden gemeinsam durch den Durchlass 10A der Scherblende 7A gepresst. Durch die Form des Scherblendendurchlasses wird die Scherbeanspruchung, bzw. die Wirbelbildung beeinflusst und kann eine bessere Vermischung der zwei Substanzen bewirken.
Wie Eingangs betont worden ist, eignet sich die Verwendung von Mischblenden mit einem geeigneten Durchlass für das Vermischen von Medien mit unterschiedlichen Viskositäten, insbesondere falls sehr kleine Mengen tropfenweise ausgetragen werden müssen. Dabei kann der Durchmesser der Mischelemente bei ca. 1 mm liegen.
Die Erfindung, das Vorsehen von Scherblenden, ist nicht an die beispielhaft gezeigte zylindrische Form gebunden. Sowohl das Mischergehäuse, bzw. sein hohler, die Mischelemente aufnehmender Teil, als auch die Mischelemente und die Scherblenden können auch andere Formen und Querschnitte aufweisen, z.B. rechteckig oder quadratisch ausgebildet sein. Es kann auch mehr als ein Scherblenden-Durchlass an einer Scherblende vorhanden sein und dessen Form kann z.B. rund, oval, oder keilförmig, rechteckig oder dreieckig sein.

Claims

Patentansprüche
1. Statischer Mischer für zwei Komponenten, mit einem Gehäuse mit einem Eingangsteil und im Gehäuse angeordneten Mischelementen, wovon mindestens ein Mischelement eine Mischwendel ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens eine Gruppe mit mindestens zwei Mischelementen als scheibenförmige Scherblenden (7, 7A) vorhanden ist, die an ihrer Scheibe (8) mindestens je einen Durchlass (10, 10A) aufweisen.
2. Statischer Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischergehäuse jeweils eine Gruppe von Scherblenden (7) aufweist, wobei der Durchlass oder die Durchlässe (10, 10A) der aufeinanderfolgenden Scherblenden jeweils um einen Winkel verdreht ist (sind) .
3. Statischer Mischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehwinkel 180° beträgt.
4. ' Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass abwechslungsweise jeweils Gruppen von Scherblenden und Mischwendeln aufeinanderfolgend angeordnet sind.
5. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (10A) der ersten, eingangsseitigen Scherblende (7A) bezüglich der Mischereinlass-Austrittsöffnungen (11, 12) ausgerichtet ist, wobei die Längsachse der Scherblenden-Durchlass (10A) im wesentlichen mit der Verbindungsachse der beiden Einlass- Austrittsöffnungenen zusammenfällt, oder senkrecht dazu steht.
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