CH642867A5

CH642867A5 - Vorrichtung zum mischen von fluiden und fliessfaehigen feststoffen waehrend des passierens eines rohrabschnittes.

Info

Publication number: CH642867A5
Application number: CH418279A
Authority: CH
Inventors: Heinrich Clasen; Sven Clasen
Original assignee: Heinrich Clasen
Priority date: 1978-05-09
Filing date: 1979-05-04
Publication date: 1984-05-15
Also published as: FR2425267B1; US4259024A; FR2425267A1; IT7922491A0; GB2021963B; JPS54147566A; CA1142509A; JPS6231604B2; DE2820186C2; IT1192647B; GB2021963A; DE2820186A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und fliessfahigen Feststoffen während des Pas-40 sierens eines Rohrabschnittes, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.

Im nachfolgenden wird unter einem Behandeln von Fluiden und fliessfahigen Stoffen ein Mischen der Fluide oder Feststoffe im allgemeinen Sinne verstanden. Dabei wird un-45 ter Mischen verstanden, ein Vorgang, bei dem jedes Teilchen des Fluids oder des Feststoffes beim Passieren des Rohrabschnittes der Vorrichtung im Mittel gleich häufig mit der die Strömung führenden Fläche der Vorrichtung und mit anderen Teilchen des Fluids oder der fliessfahigen Feststoffe in so Kontakt gelangt.

Bei einem solchen Behandlungs- oder Mischvorgang kann ein Wärmetausch stattfinden. Es kann zwischen den Teilchen selbst bzw. zwischen den Teilchen und den festen Wänden oder daran angebrachten Schichten der Vorrich-55 tung ein Stoff oder ein Wirkungsaustausch erfolgen. So wird unter Mischen allgemein ein Kneten, Emulgieren, ein Di-spergieren oder auch ein Plastifizieren oder Homogenisieren bezüglich irgendwelcher physikalischer oder chemischer Eigenschaften verstanden. Auch die Herstellung eines gleich-60 mässigen Molekulargewichtes in einem fliessfahigen Kunststoff ist in diesem Sinne ein Mischvorgang. Auch wenn Stoffe mit einem Katalysator in Kontakt gebracht werden sollen, welcher Katalysator als Schicht auf der Wandoberfläche aufgebracht ist, muss ein Mischvorgang im Sinne der vor-65 liegenden Erfindung stattfinden, um alle Teilchen möglichst gleichförmig mit dem Katalysator während des Passierens des Rohrabschnittes in Kontakt zu bringen. So findet ein Mischen auch beim Polymerisieren, Kondensieren, beim

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Neutralisieren oder Reduzieren, beim Oxydieren oder Hydrieren, beim Fermentieren oder dgl. Vorgängen statt. Anstelle von Schichten eines Katalysators können auch solche eines Absorptionsmittels, eines Adsorptionsmittels oder eines Schleif- oder Poliermittels vorgesehen sein. Im letzteren Fall besteht z.B. beim Schälen von Körnern der Mischvorgang darin, die in dem Strom fliessenden Körner, wie Getreidekörner oder Reiskörner, im Mittel gleichförmig und gleich häufig und über ihre ganze Oberfläche in Kontakt mit der behandelnden festen Schleifoberfläche zu bringen.

Es sind zum Wärmetausch oder zum Mischen fluider Materialien Vorrichtungen bekannt, bei denen in eine Rohrleitung mehrere aufeinanderfolgende und gegenseitig verdrehte Mischelemente in Form von kurzen schraubenförmig gebogenen Bändern eingesetzt sind, die den Fluidstrom in zwei Teilströme von gleichförmigem Querschnitt unterteilen. Dabei sind die aneinander angrenzenden Stirnkanten der aufeinanderfolgenden Elemente unter einem Winkel zueinander angeordnet. Die dadurch unterteilten Ströme werden in sich vermischt und beim Übergang zum nächsten Element erneut in Teilströme aufgeteilt. Jeder Teilstrom erhält danach Anteile der beiden Teilströme des vorangegangenen Mischelementes (vgl. DE-PS 3 861,86 622 und 1 557 118).

Es sind ferner in einen Strömungskanal einsetzbare Mischelemente bekannt, die aus sich einander berührenden und Strömungskanäle bildenden Lagen bestehen. Die Längsachsen der einzelnen Strömungskanäle innerhalb einer jeden Lage laufen mindestens gruppenweise im wesentlichen parallel zueinander. Dagegen sind die Längsachsen der Strömungskanäle von benachbarten Lagen gegeneinander geneigt. Zwischen den einzelnen Lagen können über Durchströmöffnungen Austausche zwischen den Teilströmen entstehen (vgl. die DE-OS 2 205 371 und 2 320 741).

Um lose in eine Rohrleitung eingesetzte Mischelemente besser in ihrer Lage zu sichern und leichter herstellen zu können, ist es bei tordierten Bandelementen bekannt, in einem in Rohrlängsrichtung weisenden Endabschnitt jeweils einen Schlitz zum Eingreifen des benachbarten oder nachfolgenden Bandelementes zu ermöglichen (vgl. DE-PS 2 058 071 und US-PS 3 804 376).

Bei allen Mischvorgängen ist neben der Aufteilung in Teilströme die Scherwirkung des jeweiligen Mischelementes für den Mischerfolg massgeblich. Je nach der Art der Beanspruchung wird eine Veränderung von Form und Lage der gegeneinander gleitenden gekrümmten Materialschichten erreicht. Die Art und die Intensität dieser Beanspruchung ist von der jeweiligen Ausbildung der in dem durchströmten Rohrabschnitt durch die Einbauelemente gebildeten Strömungskanal abhängig.

Bei den vorgenannten Vorrichtungen, bei denen gleichförmige Halbkreisquerschnitte als Teilströmungskanäle gebildet werden, erhält man ein unveränderliches Verhältnis von Teilungs- und Scherwirkung. Selbst bei einer Veränderung der Steigung bleibt dieses Verhältnis im wesentlichen konstant. Eine Steigerung der Scherwirkung zur Anpassung an bestimmte Stoffeigenschaften kann daher nur durch eine Steigerung der Elementenzahl erreicht werden. Aufgrund dieser Tatsache sowie aufgrund der Schwierigkeit, im Vergleich zum Durchmesser kurze Elemente herzustellen, ergeben sich für die meisten Anwendungsfalle relativ grosse Mischstrecken. So ist es oft nur möglich, eine Elementenlänge von dem 1,25- bis l,5fachen des Elementendurchmessers herzustellen.

Ausserdem nehmen die Schwierigkeiten bei der Verformung zu schraubenförmig gebogenen Bändern infolge der extremen Quer- und Längsverzerrungen des Bandes mit steigendem Durchmesser erheblich zu. Es besteht somit eine Abhängigkeit zwischen Materialdicke und Elementendurchmesser. So wird in den bekannten Fällen vorausgesetzt, dass bei einem sehr zähen Material, z. B. V2A-Stahl, das 0,075fache des Durchmessers für die Materialdicke vorgesehen werden muss, um ein Reissen oder Verformen des Ele-s mentes im unerwünschten Sinne zu vermeiden. Dies schliesst die Herstellung solcher Elemente bei grossem Durchmesser aus Bandmaterial aus. Vielmehr ist man dabei gezwungen, grosse Elemente auf dem Wege eines üblichen Giessverfah-rens herzustellen.

io Ausser den bereits beschriebenen Vorrichtungen mit kontinuierlich schraubenförmig gebogenen Mischelementen sind auch solche der einleitend näher genannten Art bekanntgeworden (FR-PS 2 209 601), bei denen die Mischelemente aus aneinandergereihten dreieckförmigen Blechzu-15 Schnittbereichen bestehen. Dabei ist jedes Mischelement aus drei gleichen, entlang der Längskante fest miteinander verbundenen Blechteilen aufgebaut, wobei jedes Blechteil aus einem ebenen Zuschnitt gebogen wird. Hierbei weisen die von dem Blechzuschnitt gebildeten Dreieckflächen eine un-2o terschiedliche Form und Grösse auf und stossen mit ihren Dreieckspitzen in einem gemeinsamen Punkt zusammen. Die benachbarten Dreieckflächen der bekannten Mischelemente weisen eine unterschiedliche Neigung auf. Die hierdurch bedingte Änderung der Querschnittsverhältnisse der dem Fluid 25 zur Verfügung stehenden Mischkanäle führt zwar zu einer grossen Scherwirkung im Material, jedoch werden durch die starke Abnahme des Verhältnisses von hydraulischem Durchmesser zum Rohrquerschnitt auch unterschiedliche Druckverluste verursacht. Auch der Aufbau der bekannten 30 Anordnung vorgenannter Art ist relativ aufwendig und kompliziert, insbesondere wenn Vorrichtungen mit grösserem Durchmesser hergestellt werden sollen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die Schwierigkeiten der bekannten Ausführungsformen zu vermeiden und 35 eine Vorrichtung der eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, bei der die Herstellung auch bei grossen Durchmessern einfach ist, Elemente mit im Vergleich zum Durch- • messer geringer Länge ohne Schwierigkeiten für jeden Anwendungsfall hergestellt werden können, eine bei geringen 40 Druckverlusten wesentlich bessere Mischwirkung in dem hier angegebenen allgemeinen Sinne erzielt wird und vor allem eine wesentlich leichtere und genauere Anpassung der Beanspruchung des Materials an die geforderten Verhältnisse allein durch die Formgebung erreicht werden kann. 45 Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Gegenstand der Ansprüche 2 bis 14 sind Weiterbildungen dieser Erfindung.

Bei der neuen Vorrichtung wird die Scherwirkung durch eine besondere kaskadenförmig abgestufte Strömungskanal-50 ausbildung verbessert, insbesondere im Verhältnis zu der Aufteilung in Teilchenströme. Das bedeutet, dass bei gleicher Elementenlänge die Beanspruchung des durch das Element strömenden Materials bei der neuen Ausbildung wesentlich höher ist, so dass eine wesentlich intensivere Misch-55 Wirkung erzielt wird. Dadurch wird die Voraussetzung geschaffen, dass man die Länge der Mischstrecke im Verhältnis zum Durchmesser des Mischelementes klein halten kann. Die neue Vorrichtung gestattet vor allen Dingen eine Herstellung des Mischelementes unabhängig von der Material-60 dicke. Insbesondere können auch bei grossem Durchmesser die Mischelemente weiterhin aus Blechen hergestellt werden. Insbesondere kann die Materialdicke merklich kleiner als das 0,075fache des Elementendurchmessers betragen. Wegen der dadurch ermöglichten Vergrösserung der Durchström-65 querschnitte lassen sich die Stauverluste an den Elementenenden wesentlich verringern. Auch kann für die Herstellung der Mischelemente ein weniger zähes Material verwendet werden. Man erhält aufgrund der neuen Ausbildung

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selbst bei geringeren Materialdicken eine Verbesserung der Formsteifigkeit.

Durch die obengenannte erfmdungsgemässe Ausbildung der Vorrichtung erreicht man, dass sich über die gesamte axiale Länge der Mischelemente ein gleichbleibender hydraulischer Durchmesser quer zur Rohrachse ergibt, wobei das Verhältnis von hydraulischem Durchmesser zum Rohrquerschnitt konstant bleibt. Hierdurch kann trotz der intensiven Mischung ein relativ geringer Druckverlust eingehalten werden.

In ein und derselben Vorrichtung können, wie dies üblich ist, mehrere gleiche oder ähnliche Elemente hintereinander angeordnet sein. So können die Elemente mit ihren Stirnkanten in gegenseitiger Berührung stehen. Es kann zwischen diesen aber auch ein gegenseitiger Abstand vorgesehen sein. Eine Lagesicherung und Orientierung der Elemente kann durch Schlitze in den Stirnabschnitten erreicht werden.

In aller Regel ist das Mischelement von einem Rohrmantel eng umschlossen. Allerdings spielen die Toleranzen im Bereich der Umfangskante des Elementes und der Rohrinnenwand keine besondere Rolle, da Spalte in diesem Bereich die Mischwirkung oder die Funktion der neuen Vorrichtung nicht beeinträchtigen. Insbesondere ist auch bei grossen Abmessungen ein Herstellen durch Giessen nicht notwendig. Die Herstellung aus Metallblechen hat den grossen Vorteil, dass auch bei grossen Durchmessern das Element aus ebenen Blechzuschnitten hergestellt werden kann.

Die neue Vorrichtung kann auch als Kondensator oder Verdampfer zur Herstellung von Brennstoffgemischen und vor allem auch zum Einbringen von Luftsauerstoff in der biologischen Aufwasserbereitung eingesetzt werden.

Die kaskadenförmigen Strömungskanäle der neuen Vorrichtung können so ausgebildet sein, dass die kaskadenför-mig aneinander anschliessenden Stufen sich quer zum Rohr von Rohrwandung zu Rohrwandung erstrecken. Jedes Element kann auch aus zwei in Längsrichtung parallel zur Rohrachse verlaufenden Elementabschnitten bestehen, so dass die Stufen sich jeweils quer von der Elementenachse zur Rohrwandung erstrecken. In beiden Fällen ist eine verzerrungsfreie Herstellung allein durch Biegen eines ebenen Bleches möglich. Die Grösse der Dreieckflächenbereiche kann gleich sein oder variieren. Insbesondere ist auch eine Variationsmöglichkeit der Biegewinkel möglich, wobei sich der Winkel selbst bei einem einzelnen Element über die Länge des Elementes ändern kann, um so eine Anpassung an die fortschreitende Konsistenzänderung des Materials zu erreichen.

Die Herstellung kann aus ebenen Blechzuschnitten, und zwar entweder einem bandförmigen Blechzuschnitt oder aus einer Blechronde, erfolgen. Bei der Herstellung aus einem bandförmigen Zuschnitt verlaufen die Längskanten des gebogenen Mischelementes im wesentlichen schraubenlinien-förmig mit gleichbleibender Steigung und bestehen im wesentlichen aus den Schmalseiten der Dreieckflächen. Jede Dreieckfläche erstreckt sich quer zum Mischelement über die ganze Blechbreite. Jeweils zwei aufeinanderfolgende, in Querrichtung entgegengesetzt orientierte Dreieckflächen bilden miteinander einen Winkel und begrenzen eine der Kaskadenstufen, deren Tiefe durch die gegenüber der Längsachse flacheren Dreieckflächen und deren Höhe durch die steil verlaufenden Dreieckflächen bestimmt werden.

Durch die Wahl der Grösse des spitzen Winkels der Dreieckflächen können Stufenhöhe und -tiefe ohne Änderung des Elementdurchmessers verändert werden. Dadurch erhält man eine leichte Anpassungsmöglichkeit an die jeweilige Mischaufgabe.

Beim Ubergang vom Laborversuch zum technischen Massstab erhält man die Elemente auf einfache Weise durch dreidimensionale massstäbliche Vergrösserung ohne Änderung der Winkel und ohne Änderung der Umrissform der Dreieckflächen. Bei Herstellung aus einem Rondenabschnitt ist die Längsachse des Mischelementes zugleich die Fügekante der beiden identischen Blechabschnitte. Auch hier weisen die schraubenförmigen Längskanten gleichförmige Steigung auf und werden durch Dreieckschmalseiten gebildet. Jeweils zwei entgegengesetzt orientierte, in Längsrichtung aneinander anschliessende Dreieckflächen jedes Blechabschnittes bilden zusammen eine Stufe. Durch Veränderung der Grösse des spitzen Winkels erhält man eine feinere oder gröbere Abstufung und eine Anpassung an die Mischaufgabe. Je grösser der Flächenunterschied der beiden Dreieckflächen ist, um so länger wird das Element und umgekehrt. Auch hier ist eine dreidimensionale massstäbliche Vergrösserung beim Übergang vom Laborversuch zur Praxis möglich.

Bei beiden Ausführungsformen ändert sich die Stufenhöhe quer zur Achse des Mischelementes. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Verbesserung des Wärmeüberganges durch Wirbelwalzen, die sich an den Stufen bilden. Die dabei auftretenden Wirbel vereinigen sich zu grösseren Wirbelpaaren und werden wieder zu kleineren Wirbelpaaren aufgeteilt.

Man erhält neben der einfachen Herstellungsweise eine umfangreiche Anpassungsmöglichkeit an verschiedene Mischaufgaben.

Im Gegensatz zu den bekannten schraubenförmig verlaufenden Halbkreiskanälen der Elemente aus schraubenförmig gebogenen Bändern wird bei der neuen Vorrichtung die Strömung nicht nur um die hydraulische Mitte des Strömungskanals verdreht, wobei die Strömungsschichten konzentrisch um den Mittelpunkt herum gekrümmt sind; vielmehr erfolgt eine vielfältige Beanspruchung der gegeneinander gleitenden Schichten der Strömung im Bereich der kaskadenförmigen Stufen, die unterschiedliche Stufenhöhe quer zur Rohrachse aufweisen. Auch die Stufenbreiten variieren.

Die Stufenhöhen und die Stufenbreiten wechseln sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Die Form und Lage der Schichten sowie ihre Schichtung wird infolge der auftretenden Wegunterschiede ständig quer und längs zum Rohr von Stufe zu Stufe verändert. Für die Form und Lage der Schichten ist dabei die Stufenausbildung, ihre Anzahl sowie die Grösse des Anströmwinkels massgebend. Der Fachmann hat dabei zahlreiche Variationsmöglichkeiten, um eine optimale Anpassung an die gegebenen Verhältnisse zu erhalten. So können die Elemente bei gleichem Anströmwinkel in ihrer Stufenzahl verändert werden. Die Folge ist bei konstantem Anströmwinkel gleichzeitig eine Veränderung der Stufenbreite und der Stufentiefe. Geht man von einem Element mit gleichgrossen Dreieckflächenbereichen aus, so ergibt sich der Anströmwinkel aus 90° plus dem halbierten Neigungswinkel. Bei aus verschiedengrossen Flächenbereichen gebildeten Elementen ergibt sich der Anströmwinkel aus dem Neigungswinkel zwischen den kleinen und den grossen Flächenbereichen. Eine Veränderung der Stufenzahl bei konstantem Anströmwinkel lässt sich durch Veränderung der Grösse der Flächenbereiche bzw. durch Veränderung des spitzen Winkels des dreieckförmigen Umrisses erreichen. Eine Veränderung des Biegewinkels zwischen benachbarten Flächenbereichen hat eine Änderung des Anströmwinkels zur Folge. Ausserdem ändert sich bei konstanter Verdrehung des Elementes von beispielsweise 180° das Verhältnis von Länge des Elementes zu seinem Durchmesser.

Bei Elementen aus unterschiedlich grossen Dreieckflächenbereichen ist für den Anströmwinkel die Stufenzahl und die Elementenlänge und für die Stufentiefe und Stufenbreite das Flächenverhältnis zwischen den grossen und den kleinen

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Dreieckflächenbereichen massgeblich. Bei sehr grossen Unterschieden ergeben sich kleine Stufenzahlen. Bei einem Anströmwinkel von nahezu 90 " ergibt sich eine sehr geringe Elementenlänge. Diese kann weniger als die Hälfte des Durchmessers betragen. Die Stufenhöhe ist dabei sehr niedrig, die Stufenfläche oder -breite sehr gross.

Aufgrund dieser unterschiedlichen Strömungskanalausbildung ist auch die Beanspruchung der gegeneinander gleitenden Schichten unterschiedlich. Dies ergibt sich insbesondere auch durch den zickzackförmigen oder kaskadenför-migen Verlauf über die Rohrlängsachse durch die entsprechende Ausbildung der Stufen. Dies hat sich besonders vorteilhaft bei extremen Unterschieden der Viskosität der zu behandelnden oder zu mischenden Fluide erwiesen. Die sonst gefürchtete Kanalbildung bleibt aus.

Beim Biegen der Mischelemente aus bandförmigen Zuschnitten oder Ronden können sowohl linksdrehende als auch rechtsdrehende Elemente erhalten werden.

Um im Bereich des Neigungswinkels die Stufenausbildung in gewünschter Weise zur Beeinflussung der Scherwirkung verändern zu können, kann man die Stufen mit einem entsprechenden Material, z.B. einer Spachtelmasse, ausfüllen. Dadurch erhält man zusätzlich eine Steigerung der Formbeständigkeit und Steifigkeit.

Insbesondere können die Oberflächen auch beschichtet sein. Als Schichtmasse eignen sich beispielsweise katalyti-sche, absorbierende, adsorbierende, schleifende oder polierende Massen. In einigen wenigen Fällen könnte das Element auch aus solchen Massen selbst geformt sein. Bei zusammengesetzten Elementen können die Elementabschnitte durch Schweissen, Löten oder Kleben, insbesondere aber durch angeformte oder gesonderte Überlappungsabschnitte miteinander fest verbunden werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht ein Mischelement zum Einsetzen in einen Rohrabschnitt einer Vorrichtung gemäss der Erfindung;

Fig. 2 einen bandförmigen Zuschnitt, aus dem ein Element nach Fig. 1 geformt werden kann;

Fig. 3 in Seitenansicht ein abgewandeltes Element zur Verwendung in der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine ringförmige Blechronde, aus der das Mischelement nach Fig. 3 hergestellt werden kann;

Fig. 5 in Draufsicht ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Blechronde zur Herstellung eines abgewandelten Mischelementes;

Fig. 6 und Fig. 7 verschiedene Überlappungsteile, die zum Verbinden der Hälften eines mehrteiligen Mischelementes verwendet werden können.

Das in Fig. 1 gezeigte Mischelement 1 lässt sich durch einfaches Biegen entlang der Biegelinien 3 aus einem ebenen, bandförmigen Blechzuschnitt 20 herstellen. Das Element ist aus gleich grossen dreieckförmigen Flächenbereichen 4 und 5 gebildet, die über die Biegelinien 3 aneinander anschliessen und in unterschiedlichen Ebenen zueinander geneigt angeordnet sind. Die dreieckförmigen Flächenbereiche 4 und 5 sind in entgegengesetzter Richtung quer zur Längsrichtung des Mischelementes 1 orientiert. Somit werden die beiden Längskanten 7 und 8 des Mischelementes jeweils im Wechsel von den Schmalseiten 9 der dreieckförmigen Flächenbereiche 4 und 5 und den - gegebenenfalls abgeschnittenen - Spitzen 10 dieser Flächenelemente gebildet. Die Schmalseiten 9 können durch die geraden Längskanten des Blechzuschnittes 20 gebildet sein. Bei der Herstellung des Blechzuschnittes können aber auch die Schmalseiten 9 nach aussen konvex gekrümmt sein, wie dies bei 9a gestrichelt in Fig. 2 angedeutet ist. Der Winkel, der an der Längskante 7 oder 8 liegenden Spitze ist mit 6 bezeichnet. Die Breite der Schmalseite jeder Dreieckfläche ist mit 14 und die Breite der abgeschnittenen Spitze mit 13 bezeichnet. Die vorderen und rückwärtigen Stirnkanten sind mit 11 und 12 angegeben. Je nach Grösse des Winkels 6 ergeben sich grössere oder kleinere Dreieckflächenbereiche. Die Dreieckflächenbereiche sind unter Bildung von kaskadenförmigen Stufen zickzackförmig um die Biegelinien 3 gebogen, wobei die Biegung so erfolgt, dass das Element gleichzeitig um seine Längsmittellinie oder seine Längsachse tordiert ist, wobei je nach der Biegerichtung die Tordierung im Linkssinne oder im Rechtssinne erfolgen kann. Das Element wird bei solchen Elementen üblich in einen Rohrabschnitt eingesetzt, dessen lichte Weite der Breite des Blechelementes im wesentlichen entspricht. Von der Torsionsachse des Elementes aus gesehen verändert sich die Stufenhöhe nach den Längskanten 7 und 8 hin. Durch die abgeschnittenen Spitzen 10 ergibt sich ein zickzackför-miger Verlauf der Längskanten. Sind die Spitzen nicht abgeschnitten, kann man auch einen glatten schraubenförmigen Verlauf der Längskanten gewährleisten. In Fig. 1 ist schematisch unter dem Blechelement die Torsion des Elementes bei 15 um die Längsachse 15a des Elementes wiedergegeben, die mit der Achse des Rohrabschnittes zusammenfällt. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Endkanten 11 zur Rohrachse geneigt. Würde man an die Endkanten anschliessende Dreieckbereiche 4 und 5 entlang der Winkel halbierend abschneiden, so erhielte man Endkanten, die senkrecht zur Rohrachse verlaufen. Selbst bei dünnen Materialien ergeben sich aufgrund der zickzackförmigen oder kaskadenförmigen Ausbildung grosse Steifigkeit und Formbeständigkeit. Be-schichtungen erhalten auf den zueinander geneigten Flächen eine gute Verankerung.

Bei dem Zuschnitt 20 ist bei 23 ein halbiertes Flächenelement mit der Stirnkante 21 gezeigt, die senkrecht zur Rohrachse verläuft.

Das in Fig. 3 gezeigte Mischelement 30 ist aus zwei Elementenhälften A und B zusammengesetzt, die entlang der Mischelementachse 31 zusammengefügt sind. Innerhalb jeder Mischelementenhälften wechseln zueinander geneigte und entgegengesetzt quer zur Achse 31 orientierte Dreieck-flächenbereiche 34 und 35 miteinander ab. Die Dreieckflächenbereiche 34 stossen mit ihrer schmalen Dreieckseite, die Flächenbereiche 35 mit ihrer Spitze 54 im Bereich der Elementachse 31 zusammen. Die Flächenbereiche 34 sind kleiner als die Flächenbereiche 35. Die Flächenbereiche 34 liegen jeweils paarweise in einer gemeinsamen Ebene, während die Flächenbereiche 35 der beiden Hälften A und B in unterschiedlichen Ebenen liegen. Der Spitzenwinkel 50, 51 der Flächenbereiche 34 ist gleich gross, der Spitzenwinkel 52, 53 der Flächenbereiche 35 ist ebenfalls gleich gross. Die Hälften A und B sind jeweils aus einem ebenen ringförmigen Blech-rondenabschnitt 36 gebildet und spiegelbildlich entlang der Längsachse 31 zusammengesetzt. Die Endkanten des Elementes können unterschiedlich ausgebildet sein. In Fig. 3 ist die untere Endkante 60 rechtwinklig zur Elementachse 31 angeordnet. Würde der Schnitt am unteren Bereich des Elementes entlang der Dreieckkanten 61 erfolgen, so ergäbe sich am unteren Ende ein stumpfer Winkel. Am oberen Ende der Fig. 3 ist ein solcher stumpfer Winkel gezeigt, der durch die Kanten 41a gebildet ist. Würde der Schnitt entlang der Kanten 41b erfolgen, so ergäbe sich ein überstumpfer Winkel der beiden Endkantenbereiche.

Gemäss der Blechronde nach Fig. 4 sind die Biegeiin/t; 37 und 38 so orientiert, dass in der Ronde die Biegelinien ?7 im geringen Abstand auf der einen Seite der Rondenmiite 39 vorbeilaufen, während die Biegelinien 38 auf der entgegenge5

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setzten Seite im grossen Abstand von der Rondenmitte an dieser vorbeilaufen. Die Blechronde wird bei 40 und 41 durchschnitten, wobei die Schnittlinie entlang der Biegelinien 40a bzw. 40b am Punkt 40 bzw. der Biegelinien 41a oder 41b am Punkt 41 erfolgen kann, je nachdem welcher Verlauf der Endkanten im Element nach Fig. 3 erreicht werden soll. Die Innenkante 31a der ringförmigen Blechronde wird beim Biegen des Blechrondenabschnittes entlang der Biegelinie 37, 38 in die gerade Linie gestreckt, die mit der Elementachse 31 zusammenfällt. Entlang dieser Innenkante werden die beiden Elementenhälften A und B miteinander durch Löten, Schweissen, Kleben oder dgl. verbunden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung mit Hilfe von Überlappungsabschnitten. So können im Inneren der Ronde, die Abfall ist, an die Kanten 31a anschliessende dreieckförmige Verlängerungen vorgesehen sein, die sich über die kleineren Dreieckabschnitte 34 der anderen Hälfte schieben und mit dieser in der gleichen Ebene liegen. Über diese angeformten Überlappungen kann eine feste Verbindung der Elementenhälften erfolgen. Es können aber auch gesonderte Überlappungsabschnitte vorgesehen sein, wie sie bei 79 und 80 in Fig. 6 und 7 dargestellt sind. Diese sind den in gleicher Ebene liegenden Dreieckflächenabschnitten angepasst und überlappen zwei solche zusammengehörige Dreieckabschnitte der beiden Elementenhälften A und B. Der Überlappungsteil nach Fig. 6 dient zur Verbindung der Elementenhälften des Elementes nach Fig. 3. In Fig. 7 ist ein Überlappungsteil gezeigt, der bei einem Element verwendet werden kann, das aus der abgewandelten Ronde nach Fig. 5 hergestellt werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der zentrale Kreis, der sich durch die tangentiale Lage der Verlängerungen der Biegelinien 37 ergibt, in seinem Durchmesser so gewählt, dass er gleich der Länge der Schmalseite 31a eines der kleineren Dreieckflächenbereiche 34 ist.

Das Biegen erfolgt wiederum so, dass die Elementenhälften um die gemeinsame Achse 31 tordiert werden und somit kaskadenförmig abgestufte gewundene Strömungswege begrenzen.

Je grösser das Verhältnis zwischen den Winkeln 50, 51 einerseits und 52, 53 anderseits ist, so kürzer wird das gesamte Element. Die Flächenelemente unterschiedlicher Grösse bilden dabei Stufen mit Stufentiefen entsprechend der Ausdehnung der kleineren dreieckförmigen Flächenbereiche. Die Stufentiefe nimmt von der Elementachse 31 zum Längsrand 36 hin ab. Die Stufenfläche wird durch die Fläche der grossen Dreiecke bestimmt. Diese Fläche nimmt von der Elementachse 31 zu den Längskanten 36 hin zu. Die grossen Flächenbereiche, die nebeneinander liegen und den beiden Reihen B und A angehören, liegen in unterschiedlichen Ebe-5 nen, sind also gegeneinander verdreht.

Bei der Ronde 70 nach Fig. 5 ist ein extremes Flächenverhältnis zwischen den kleineren Dreiecken und den grossen Dreiecken wiedergegeben. Die Biegelinien 71 und 72 laufen in gleichen Abständen beiderseits der Rondenmitte an io dieser vorbei, so dass die Winkelhalbierende 74 der kleineren Dreiecke durch den Rondenmittelpunkt laufen. Die innere Ausnehmung der ringförmigen Ronde ist mehreckig, wobei die Kantenlänge 75 der Länge der Schmalseite der kleineren Dreiecke entspricht. Die Durchtrennung der ringförmigen i5 Ronde erfolgt bei 76 und bei 78. Mit 77 ist die innere Ausnehmung bezeichnet. Man erkennt aus der geringen Länge der Schmalseiten 75, dass man ein Element von sehr niedriger Länge in bezug auf den Durchmesser erhält. Auch hier erfolgt nach dem Durchtrennen ein zickzackförmiges Biegen 20 unter gleichzeitigem Tordieren und ein Zusammensetzen von zwei gleichförmigen Elementen entlang der Elementachse ggfs. unter Zuhilfenahme von Überlappungselementen, wie sie in Fig. 7 bei 80 dargestellt sind. Man erhält hierbei ein Element, dessen Anströmwinkel etwa 108° entspricht und 25 gleich dem Biegewinkel ist. Die Elementenlänge entspricht dem 0,39fachen des Durchmessers. Der Steigungswinkel des Elementes beträgt 72% wobei das Element vier Stufen um-fasst und fünf grosse und fünf kleine Flächenbereiche enthält.

30 Aufgrund der unterschiedlichen Neigungen der Endbereiche und des unterschiedlichen Kantenverlaufes der beiden Kanten jedes Elementes können sich unterschiedliche Beanspruchungen des Materials ergeben, und zwar je in Abhängigkeit von der Anströmrichtung des Elementes. Man erhält 35 somit auch eine weitere Variationsmöglichkeit, indem man das Element um 180° gedreht einbauen kann. Dies gilt für das Element aus der Ronde nach Fig. 4. Bei der Ronde nach Fig. 5 ergeben sich dagegen gleiche Anströmverhältnisse. Man hat es auf diese Weise auf der Hand, die Beanspru-40 chungsverhältnisse zu beeinflussen. Durch sternförmiges Zusammenfügen der Innenkanten mehrerer Elementteile im Bereich der Elementachse können mehr als zwei sich über die Elementenlänge erstreckende Strömungskanäle erhalten werden. Die Elemententeile können entlang der Element-45 achse auch gegenseitig versetzt angeordnet sein.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und fliessfähi-gen Feststoffen während des Passierens eines Rohrabschnittes, in den wenigstens ein den Materialstrom in wenigstens zwei Teilströme unterteilendes und diese gemeinsam um die Rohrachse führendes Mischelement (1; 30) eingesetzt ist, das aus mindestens einem ebenen Blechzuschnitt (20; 36; 70) in aufeinanderfolgende, im wesentlichen ebene, und im wesentlichen dreieckige Flächenbereiche (4,5; 34,35) geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement (1; 30) gleichmässig wendeiförmig um die mit der Rohrachse zusammenfallende Mischelementachse (15a, 31) gebogen ist und aus nur zwei Gruppen von Flächenbereichen (4, 5; 34, 35) besteht, dass jeder dieser Flächenbereiche (4, 5; 34, 35) wenigstens annähernd die Form eines gleichschenklig, spitzwinkligen Dreiecks (4,5, Fig. 2; 34,35, Fig. 3 und 4) oder eines daraus durch Abschneiden dessen Spitze gebildeten Trapezes (4, 5, Fig. 1) hat, dass die Flächenbereiche (4; 34) der einen Gruppe mit denen (5; 35) der anderen Gruppe abwechselnd stufig aufeinander folgen, und dass die Dreieckbzw. Trapezbasen an Flächenbereichen (4; 34) der einen Gruppe denen der Flächenbereiche (5; 35) der anderen Gruppe gegenüberliegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur gleichen Gruppe gehörenden Flächenberei-., che (34 bzw. 35) die gleiche Neigung gegenüber einer die Mischelementachse (31) enthaltenden und durch eine Biegekante (41a, 41b) des betreffenden Flächenbereiches gehende Ebene aufweisen (Fig. 3).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbereiche (34) der einen Gruppe je in einer die Mischelementachse (31) enthaltenden Ebene angeordnet sind (Fig. 3).
4. Vorrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. jedes Mischelement (I) aus einem ebenen, rechteckigen Blechzuschnitt (20) gebogen ist (Fig. 1 und 2).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbereiche (4) der einen Gruppe denen (5) der anderen Gruppe kongruent sind, der spitze Winkel 5 bis 30° beträgt, und die ebenen einander benachbarten Flächenbereiche (4, 5) einen Winkel von 30 bis 120° einschliessen (Fig. 1 und 2).
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das oder jedes Mischelement (30) aus wenigstens zwei gleichen je aus einem Blechzuschnitt (36) geformten Mischelementabschnitten (A, B) besteht, die entlang geradliniger, mit der Mischelementachse (31) zusammenfallender Kanten zusammengefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Mischelementabschnitt (A, B) die abwechselnd aufeinander folgenden, dreieckigen Flächenbereiche (34,35) der beiden Gruppen aufweist, jeder dieser Flächenbereiche sich zwischen der Mischelementachse (31) und der Rohrwandung erstreckt, und die Dreieckbasen der Flächenbereiche (34) der einen Gruppe aller Mischelementabschnitte (A, B) die Fügekanten bilden (Fig. 3 und 4).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei der einen Gruppe angehörenden Flächenbereiche (34), die einander in bezug auf die Mischelementachse (31) gegenüberliegen, und je zu einem der Mischelementabschnitte (A, B) gehören, in einer gemeinsamen, die Mischelementachse (31) enthaltenden Ebene liegen (Fig. 3).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Mischelementachse (31) liegenden Dreieckbasen der Flächenbereiche (34) der einen Gruppe kürzer als die zur Rohrwandung weisenden Dreieckbasen der Flächenbereiche (35) der anderen Gruppe sind (Fig. 3).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Mischelementabschnitt (A,

B) aus einem ringförmigen Blechzuschnitt (36, 70) einer ebenen Blechronde gebogen ist (Fig. 4 und 5).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen der beiden, je einen der Flä-

s chenbereiche (34, 35) begrenzenden Biegelinien (41a, 41b) des in die Ebene abgewickelten Mischelementabschnittes (A, B) unterschiedliche Abstände vom Blechrondenmittelpunkt (39) haben (Fig. 4).
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich-lo net, dass die Verlängerungen der beiden je einen der Flächenbereiche begrenzenden Biegelinien (71, 72) in gleichen Abständen beiderseits des Mittelpunktes des in die Ebene abgewickelten Mischelementabschnittes verlaufen (Fig. 5).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dais durch gekennzeichnet, dass die axiale Abmessung des oder jedes Mischelements kürzer als dessen Durchmesser ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbereiche (34) der einen Gruppe kleiner als die (35) der anderen Grup-

20 pe sind und von der Mischelementachse (31) weg weisende spitze Winkel zwischen 5 und 15° aufweisen, und dass die Flächenbereiche (35) der anderen Gruppe zur Mischelementachse (31) weisende spitze Winkel zwischen 15 und 45° aufweisen, wobei die aufeinanderfolgenden Flächenbereiche 25 (34, 35) der beiden Gruppen von Flächenbereichen in Ebenen liegen, die einen Winkel zwischen 100 und 160° einschliessen (Fig. 3 und 4).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdicke des Mischele-

30 ments merklich kleiner als das 0,075fache des Mischelementdurchmessers ist.