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Mischvorrichtung für Strömungsmittel
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Strömungsmitteln,
insbesondere eine Mischvorrichtung, die nur mit einem in ihr selbst erzeugten Strömungsmitteldruck
arbeitet und bei welcher das Mischungsverhältnis leicht einstellbar ist.
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Bei einer bisherigen Mischvorrichtung dieser Art wird ein (einem Strom)
zuzumischendes Strömungsmittel mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung, etwa einer
Pumpe o.dgl., unter einen hohen Druck gesetzt und von einem Einlaß her in einen
Durchgang eingeleitet. Diese bisherige Vorrichtung benötigt nicht nur die Druckerzeugungseinrichtung,
vielmehr ist bei ihr auch die Steuerung des Mischungsverhältnisses schwierig, wobei
die Vorrichtung außerdem große Abmessungen besitzt.
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Bei einer anderen bisherigen Mischvorrichtung wird, ohne die Verwendung
einer Druckerzeugungseinrichtung, eine Venturiwirkung ausgenützt, wobei der Druck
im Durchgang unter
dem Atmosphärendruck gehalten wird und ein zuzumischendes
Strömungsmittel in den Durchgang eingesaugt wird. Bei dieser Vorrichtung ist die
Ansaugung schwierig, wenn im Durchgang ein höherer Druck herrscht. Wenn das Drosselverhältnis
des Venturirohrs größer ist, kann das zu vermischende Strömungsmittel wirksam angesaugt
werden.
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Wenn hierbei jedoch die Strömungsmenge oder Durchsatzgeschwindigkeit
im Venturirohr größer ist, tritt auch ein größerer Druckabfall auf. Für den wirksamen
Einsatz dieser bisherigen Vorrichtung müssen somit das optimale Drosselverhältnis
und die GröBe des Venturirohrs entsprechend der Strömungsmenge geändert werden.
Bei einer solchen Änderung des Drosselverhältnisses des Venturirohrs ist der optimale
Saugdruckbereich für ein Venturirohr schmal, und der Saugdruckzustand selbst wird
instabil, während der Druckabfall durch das Venturirohr außerhalb eines optimalen
Saugdruckbereichs ansteigt. Dies bedeutet, daß der nutzbare Strömungsmengenbereich
begrenzt ist. Um nun ein zuzumischendes Strömungsmittel unter verschiedenen Drücken
und Strömungs- oder Durchsatzmengen mittels eines Venturirohrs einführen zu können,
ist bei der bisherigen Vorrichtung am Venturirohr eine Umführungs (rohr) leitung
vorgesehen, so daß das Strömungsmittel in die Mischvorrichtung in einer für das
Ansaugen durch das Venturirohr geeigneten Strömungsmenge eingeleitet werden kann.
Bei einer solchen Mischvorrichtung müssen jedoch mehrere Ventile zur Steuerung der
Mischbedingungen gleichzeitig eingestellt werden, so daß sich die Einstellung von
Strömungsmenge und Mischverhältnis als schwierig erweist und die Mischvorrichtung
selbst kompliziert wird. Durch die erforderliche Umführungsleitung wird weiterhin
die Vorrichtung insgesamt größer, so daß auch ein entsprechend großer Aufstellplatzbedarf
gegeben ist. Wenn beispielsweise ein flüssiger Kunstdünger für landwirtschaftliche
Zwecke mit einer solchen, ein Venturirohr aufweisenden und mit der Umführungsleitung
versehenen Mischvorrichtung gemischt werden soll, wird die
Vorrichtung
insgesamt groß, so daß sich Schwierigkeiten bezüglich Aufstellung und Betrieb der
Vorrichtung ergeben, weil sie in einem Gewächshaus einen größeren Raum einnimmt
und mit zahlreichen Ventilen versehen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Ausschaltung der
den bisherigen Mischvorrichtungen dieser Art anhaftenden Mängel und Nachteile durch
Schaffung einer kleinen, leichten Strömungsmittel-Mischvorrichtung, bei welcher
ein zu mischendes Strömungsmittel mittels Saugdrucks (suction) in einem weiten Bereich
von Strömungs- oder Durchsatzmengen in einen Durchgang einführbar ist, auch wenn
im Durchgang ein hoher Druck herrscht, und bei welcher das Strömungsmittel-Mischverhältnis
bei niedrigerem Druckabfall und ohne die Notwendigkeit für eine Umführungsleitung
beliebig einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Mischvorrichtung für Strömungsmittel
erfindungsgemäß gelöst durch einen Mischkörper mit einem Strömungsmittel-Einlaß,
einem Strömungsmittel-Auslaß und mehreren mit beiden in Verbindung stehenden Durchgängen,
durch einen in mindestens einem Durchgang angeordneten Mechanismus zur beliebigen
Änderung der Querschnittsfläche des Durchgangs und durch mindestens einen Zulaß
oder Einlaß zur Einführung eines zuzumischenden Strömungsmittels in den anderen
Durchgang bzw. die anderen Durchgänge unter einem Saugdruck.
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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine Mischvorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt längs der
Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 111-1
II in Fig. 1 und Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Mischen
von landwirtschaftlichem Kunstdünger, auf welche die Erfindung angewandt ist.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Mischvorrichtung weist ein Mischkörper
1 einen Strömungsmittel-Einlaß 1a und einen -Auslaß ib auf. Im Mischkörper 1 festgelegte
Durchgänge sind durch eine Trennwand 2 in einen Durchgang 1c veränderbaren Querschnitts
und einen Mischdurchgang oder -kanal 1d unterteilt. Im variablen Durchgang 1c ist
ein lotrecht bewegbarer Schieber 3 angeordnet, durch dessen lotrechte Verschiebung
die Querschnittsfläche des Durchgangs 1c beliebig geändert werden kann.
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An der Seite des Mischkörpers 1 ist ein Zulaß oder Einlaß 4 zur Einleitung
eines zuzumischenden Strömungsmittels in den Mischdurchgang 1d an diesen mittels
einer Leitung 4a angeschlossen.
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Ein über den Einlaß 1a zuströmendes Strömungsmittel wird durch die
Trennwand 2 aufgeteilt, um den variablen Durchgang 1c und den durch die Trennwand
2 davon getrennten Mischdurchgang 1d zu durchströmen, wobei sich die Teilströme
am Auslaß 1b wieder vereinigen und gemeinsam aus dem Mischkörper 1 ausströmen. Die
Querschnittsfläche des variablen Durchgangs 1c ist durch lotrechte Verstellung des
in ihr angeordneten Schiebers 3 änderbar, wobei auch die Strömungsmenge des den
variablen Durchgang 1c durchströmenden Strömungsmittels und die Strömungs- oder
Durchsatzmenge des den Mischdurchgang 1 d durchströmenden Strömungsmittels entsprechend
änderbar sind. Auf diese Weise kann die Strömungsmenge im Mischdurchgang 1d eingestellt
und dementsprechend der Druck im Mischdurchgang ld geändert werden. Durch
diese
Druckeinstellung im Mischdurchgang 1d kann eine gewünschte Menge des zuzumischenden
Strömungsmittels über den Einlaß 4a angesaugt werden.
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Durch lotrechte Verstellung des Schiebers 3 im variablen Durchgang
1c kann mithin erfindungsgemäß, unabhängig von der Strömungsmenge des Strömungsmittels
im Mischkörper 1, im Mischdurchgang 1d einfach ein für das Ansaugen des zuzumischenden
Strömungsmittels optimaler Druck eingestellt werden, durch den dieses Strömungsmittel
effektiv in den Mischdurchgang 1d angesaugt wird. Das Mischungsverhältnis des zuzumischenden
Strömungsmittels läßt sich also sehr einfach durch Betätigung des Schiebers 3 einstellen.
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Bei der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist außerdem der Mischdurchgang
1d, in den das zuzumischende Strömungsmittel eingeführt wird, von einem variablen
Durchgang 1c zur Einstellung der Strömungsmenge getrennt. Infölgedessen kann nicht
nur der Saugdruck- bzw. Unterdruckzustand stabilisiert werden, vielmehr kann auch
die Größe des Saugdrucks durch Einstellung der Strömungsmenge im variablen Durchgang
1c einfach innerhalb eines weiten Bereichs geändert werden. Darüber hinaus ist hierbei
auch der Druckabfall im Durchgang kleiner.
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Bei der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung läßt sich also der Druck
im Mischdurchgang 1d einfach regeln. Dabei kann unter Ausnützung eines Druckgefälles
zwischen dem Einlaß la oder dem Auslaß ib und dem Mischdurchgang ld nicht nur das
zuzumischende Strömungsmittel in den Mischdurchgang 1d eingeführt bzw. angesaugt,
sondern auch der Druck im Mischdurchgang 1d auf einen negativen Druck (Unteratmosphärendruck)
eingestellt werden, so daß das zuzumischende Strömungsmittel unter einem Saugdruck
durch Ausnützung eines Druckunterschieds bzw. -gefälles gegenüber dem Atmosphärendruck
und
ohne Zuhilfenahme irgendeiner anderen Energieform in den Mischdurchgang ld eingeleitet
werden kann.
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Weiterhin ist für den Mischvorgang keine Umführungsleitung nötig,
so daß die erfindungsgemäße Mischvorrichtung kleine Abmessungen und niedriges Gewicht
erhält und somit die Aufstellung oder der Einbau der Vorrichtung einfach ist.
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Die über die Einlässe 1a und 4a einzuführenden Strömungsmittel können
eine Flüssigkeit oder ein Gas, gegebenenfalls mit feinen Feststoff- oder Flüssigkeitsteilchen
beladen, sein.
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Bei der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist für die Gewährleistung
der gewünschten Mischwirkung mindestens ein variabler Durchgang 1c vorgesehen, doch
können gewünschtenfalls auch mehrere, vorzugsweise 1 bis 4 Mischdurchgänge 1c vorhanden
sein. Im Fall von fünf oder mehr variablen Durchgängen kann zwar die angestrebte
Mischwirkung sicher gewährleistet werden, doch verringert sich dabei die Betriebsleitung.
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Mit mindestens je einem Mischdurchgang 1d und einem Einlaß 4a läßt
sich die gewünschte Mischwirkung vorteilhaft erzielen, doch kann die Zahl von Mischdurchgängen
ld und Einlässen 4a in Abhängigkeit von der Zahl oder der Art des bzw. der zu mischenden
Strömungsmittel entsprechend gewählt werden.
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Es können auch mehrere Einlässe 4a in einen Mischdurchgang 1d münden.
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Die Querschnittsform des Mischdurchgangs 1d ist zwar nicht kritisch,
doch wird eine Kreisform oder eine einer Kreisform ähnliche Mehreckform, z.B. eine
mindestens fünfeckige Form, bevorzugt.
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Wenn das zugeführte Strömungsmittel eine Flüssigkeit ist, kann mit
einem geraden, rohrförmigen (zylindrischen) Mischdurchgang 1d eine zweckmäßige Mischleistung
erzielt werden. Vorzugsweise verkleinert sich jedoch die Querschnittsfläche des
Mischdurchgangs vom Einlaßende aus auf einen kleinsten Querschnitt im mittleren
Bereich, um sich anschließend zum Auslaßende hin wieder allmählich zu vergrößern.
Besonders vorteilhaft bildet der Bereich der kleinsten Querschnittsfläche über eine
bestimmte Länge einen geraden (zylindrischen) Abschnitt, dessen Länge kleiner ist
als das Doppelte des Durchmessers eines Kreises mit derselben Fläche wie dieser
engste Durchgangsabschnitt. Wenn diese Länge mehr als das Doppelte des Durchmessers
eines Kreises mit derselben Fläche wie die Mindestquerschnittsfläche des geraden
Durchgangsabschnitts beträgt, ergeben sich ein Anstieg des Druckabfalls und eine
Verringerung der Saugdruckgröße. Vorzugsweise beträgt die Mindestquerschnittsfläche
5 - 100 m2. Obgleich unter 5 mm2 ein zufriedenstellendes Mischen nicht unmöglich
ist, ist das Ansaugvolumen klein, und der Druckabfall ist groß. Oberhalb von 100
mm2 ist keine Ansaugung möglich, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels
niedrig ist.
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Die Querschnittsform des Einlasses 4a ist ebenfalls nicht besonders
kritisch. Vorzugsweise beträgt die Querschnittsfläche des Einlasses 4a 10 - 90 %
der Querschnittsfläche des Mischdurchgangs 1d bzw. seiner Mindestquerschnittsfläche,
falls er eine solche Mindestquerschnittsfläche festlegt.
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Obgleich bei einer weniger als 10 % der Querschnittsfläche des Mischdurchgangs
1d betragenden Querschnittsfläche des Einlasses 4a möglicherweise eine Ar.saugung
stattfinden kann, ist in diesem Fall das Mischvolumen kleiner, und es kann evtl.
kein hohes Mischverhältnis erreicht werden. Bei einer Querschnittsfläche des Einlasses
4a von mehr als 90 % derjenigen des Mischdurchgangs 1d kann vorausgesetzt werden,
daß die Querschnittsfläche des Mischdurchgangs 1d beträchtlich
vergrößert
ist, so daß die Strömungsgeschwindigkeit in ihm abnimmt und ein Vermischen durch
Ansaugung kaum mehr möglich sein dürfte.
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Der variable Durchgang 1c kann jede beliebige Querschnittsform besitzen,
sofern sich seine Querschnittsfläche nach Belieben ändern läßt; diese Änderung kann
auf beliebige Weise, z.B. kontinuierlich oder intermittierend erfolgen.
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Zu diesem Zweck kann ein Schieberventil, ein Flügelventil, ein Absperrhahn,
ein Kugelventil, ein Nadelventil o.dgl. verwendet werden. Wahlweise kann die Querschnittsfläche
durch Auswechseln von Einsätzen unterschiedlicher Durchlaßquerschnitte geändert
werden.
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Die Länge der Trennwand zur Unterteilung des Durchgangs unterliegt
zwar keinen besonderen Einschränkungen, doch sollte sie vorzugsweise weniger als
das Doppelte eines Kreises mit einer Fläche entsprechend der Querschnittsfläche
des Einlasses 1a betragen. Oberhalb dieses Werts läßt sich zwar die erfindungsgemäß
angestrebte Wirkung auch zufriedenstellend erzielen, doch wird in diesem Fall die
Vorrichtung größer.
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An der Einlaß leitung 4 kann ein Durchsatzmengenmesser, etwa ein Strömungsmesser,
oder eine Druckmeßeinrichtung angeordnet sein, um damit das Ansaugvolumen zu bestimmen.
Das Mischungsverhältnis läßt sich auf diese Weise einfach messen und einstellen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine vergleichsweise unkomplizierte
Form, und sie läßt sich einfach durch maschinelle (spanabhebende) Bearbeitung, Gießen,
Spritzgießen im Kokillenguß oder auf andere Weise herstellen.
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Die Mischvorrichtung kann jedoch im Spritz- oder Kokillenguß
kostensparend
und mit hohem Maßhaltigkeitsgrad auf Massenfertigungsbasis hergestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung eignet sich vorteilhaft für
das Mischen und Verdünnen von flüssigen Düngemitteln und landwirtschaftlichen Chemikalien,
für das Zumischen von Zusätzen zu Flüssigtreibstoffen, wie Benzin usw., für das
Mischen und Herstellen von Schmieröl, für das Zumischen eines Zusatzes zu Brenngas
und dgl. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist kompakt gebaut und einfach auf das
gewünschte Mischungsverhältnis einzustellen sowie einfach zu betreiben. Außerdem
ist sie im Vergleich zu den bisherigen Strömungsmittel-Mischvorrichtungen sehr wirtschaftlich,
weil sie nur mit einem durch ein durchströmendes Strömungsmittel erzeugten (Unter-)Druck
arbeitet und für das Mischen von Strömungsmittel keine Druckerzeugungseinrichtung
oder Umführungsleitung benötigt.
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Im folgenden ist ein Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung für landwirtschaftliche Zwecke beschrieben, obgleich die Erfindung keineswegs
hierauf beschränkt ist.
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Beispiel Eine Strömungsmittel-Mischvorrichtung der Art nach Fig. 1
mit einer Gesamtlänge von 200 mm wurde nach üblicher Spritzgießtechnik aus einem
Kunstharz (Nylon) hergestellt und für das Mischen von flüssigen landwirtschaftlichen
Düngemitteln benutzt. Die einzelnen Teile nach Fig. 1 besaßen die in der folgenden
Tabelle angegebenen Abmessungen:
Tabelle Teile Abmessungen 1a 50
mm Durchmesser 1b 50 mm Durchmesser 1c 50 mm Länge ld 6 mm Mindestdurchmesser 4a
4 mm Durchmesser Die in Fig. 4 dargestellte Flüssigkunstdünger-Mischvorrichtung
umfaßt eine Rohrleitung 5, einen Mischkörper 6, ein Handrad 7 für einen Ventilschieber,
einen Strömungsmesser 8, einen Schwimmer 9, einen Absperrhahn 10, einen Behälter
11 für flüssigen Kunstdünger 12 und einen Schlauch 13 zum Ansaugen des Kunstdüngers.
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Die Strömungs- oder Durchsatzmengenregelung im variablen Durchgang
erfolgt mittels des Ventilschiebers. Der Strömungsmesser 8 dient zur Messung der
Durchsatzmenge an in die Mischvorrichtung eingesaugtem Kunstdünger. Der Absperrhahn
10 dient zur Einstellung der angesaugten Kunstdüngermenge.
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Wenn der variable Durchgang 1c vollständig verschlossen ist, strömt
Wasser nur durch den Mischdurchgang 1d, und das Ansaugen von flüssigem Kunstdünger
setzt ein bei einer Wasser-Durchsatzmenge von 25 1/min, indem der Schlauch 13 einfach
in den Behälter 11 eingeführt wird; die maximale Ansaugmenge an Kunstdünger beträgt
dabei 2,3 1/min. Durch allmähliches Schließen des Absperrhahns 10 kann die Ansaugmenge
auf jeden beliebigen Wert unter der maximalen Ansaugmenge eingestellt werden. Wenn
der Ventilschieber allmählich geöffnet wird, kann eine große Wassermenge den variablen
Durchgang 1c durchströmen; im voll geöffneten Zustand des
variablen
Durchgangs 1c erreicht die Wasserdurchsatzmenge eine Größe von 300 1/min. Der flüssige
Kunstdünger wird in diesem Zustand weiterhin in den Mischdurchgang 1d eingesaugt,
wobei der Druckabfall über die Vorrichtung nur 0,3 kg/cm2 beträgt.
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Der flüssige Kunstdünger kann somit in einem gewünschten Mischungsverhältnis
innerhalb eines weiten Bereichs von Strömungs- oder Durchsatzmengen zugemischt werden,
indem die erfindungsgemäße Mischvorrichtung einfach in eine Wasserleitung eingeschaltet
wird. Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung ist somit leicht bedienbar und einbaubar.
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