EP1787712A1 - Mischvorrichtung für Flüssigkeiten - Google Patents
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- EP1787712A1 EP1787712A1 EP05110886A EP05110886A EP1787712A1 EP 1787712 A1 EP1787712 A1 EP 1787712A1 EP 05110886 A EP05110886 A EP 05110886A EP 05110886 A EP05110886 A EP 05110886A EP 1787712 A1 EP1787712 A1 EP 1787712A1
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
- B01F25/52—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle with a rotary stirrer in the recirculation tube
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- B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
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- B01F35/71—Feed mechanisms
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- B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
- B01F2101/36—Mixing of ingredients for adhesives or glues; Mixing adhesives and gas
Definitions
- the invention is based on a device for mixing a liquid first and at least one liquid or non-liquid further component according to the preamble of the first claim.
- the invention is based on a mixing device which is cleaned after use and reused with all its elements.
- Mixing devices by means of which two or more components are mixed into a completely or partially mixed product, are used in various industrial sectors, for example in the adhesives industry.
- Static mixers which have no driven elements (see eg [1], WO 02/32562 A1 ), are particularly suitable for mixing low viscosity materials.
- US 4'191'480 is a static mixer known by means of which solids can be mixed with liquids. After passing through the components to be mixed by this static mixer results in a mixed product whose mixing can be improved only by using other mixing devices. In order to achieve a desired mixing ratio, the currents of the supplied components must also be precisely adjusted.
- the mixing devices described can hardly be used flexibly. So it is hardly possible to use these mixing devices in exposed areas, for example on a scaffolding.
- the invention has for its object to provide an improved mixing device of the type mentioned.
- the mixing device according to the invention is intended to allow the simple and precise metering of two or more components and the rapid and homogeneous mixing thereof to a degree that is determined by the user.
- inventive mixing device should be simple in design, inexpensive to produce, flexible to use and easy to use and can be cleaned and maintained with little effort. There are compact, easy to transport, especially portable, devices realized.
- the inventive mixing device for storage and transport should take up little space.
- the device according to the invention serves to mix a first liquid and at least one liquid, viscous or pulverulent further component which can be introduced into the mixing chamber of a mixing body and after carrying out the mixing process in the form of a mixed product from this again be removed.
- mixed product refers to a product which consists of mixing the components K1, K2, and optionally other components K3, K4,. Understood. In particular, it also includes reaction products which result from mixing these components.
- the mixing body is a self-contained, preferably annular, pipe system whose interior forms the mixing chamber through which the mixed product can be cyclically transported by means of a conveying element.
- a plurality of inlet openings are provided, through which the components to be mixed are supplied. Furthermore, at least one outlet opening is provided, from which the mixed product can be removed.
- the inlet openings and the outlet opening optionally also an additionally provided overflow opening, can be lockable by means of manually or automatically actuated mechanical or electromechanical valves.
- a conventional tap or an electromechanical valve can be provided at the outlet opening, which is actuated by means of a control unit.
- the inlet valves may have outlet openings with resilient or elastically pressed sealing elements adjacent thereto, which are displaced under pressure of a supplied component, so that the component can flow through the outlet openings into the mixing chamber; a return flow is prevented.
- An inlet opening can also be associated with two valves, of which the first valve controls the supply of a component and the subsequent second valve only prevents the reflux of the mixed product.
- the mixing device according to the invention offers various particularly simple possibilities for metering the mixing components, wherein it should be noted that a resulting filling with components is required, which allows to circulate the mixed product in the mixing chamber.
- the advantages of the invention are particularly evident particularly when only a few volume percent of one or more further components are supplied to a first component.
- the main options for dosing the components are as follows.
- the mixing chamber is only partially filled with the first component, after which the further components are supplied.
- the metering can take place before the supply of the components, for example by means of gravimetric or volumetric methods, or during the supply of the components, for example by means of measuring devices, by means of which the fill level of the mixing chamber is monitored. It is possible to use a metering chamber, in which the components are controlled, for example by means of measuring instruments or by metering, optionally by means of piston pumps, introduced and then transferred into the mixing chamber.
- the mixing chamber is completely filled with the first component, after which the volume of the mixing chamber is changed or a certain volume fraction of the first component is removed from the mixing chamber and the vacant volume fraction is filled by one of the further components.
- the mixing chamber is therefore used in this case as a metering unit, so that only a further device for metering the other components is needed.
- dosing, metering or dosing may be provided in the mixing chamber, which are shifted by the required amount of this to create the desired volume fraction.
- a vessel in which the corresponding volume fraction of the first component is introduced through the outlet valve or an overflow valve.
- a measuring sensor which detects the level within the vessel and emits a corresponding electrical signal to a control unit which controls a valve by means of which the inlet opening of the expansion vessel can be locked.
- a dosing with a dosing which can be transferred after filling with a second or further component in the filled with the first component mixing chamber, in which the dosing chamber is detected by the first component and circulated through the mixing chamber.
- the mixing chamber itself can be used as a dosing unit since it has a known volume. It is now possible to assemble the mixing body from various elements, in particular tubular elements and connecting devices, which are chosen such that a desired volume of the mixing chamber results. It is also possible to use adjustable tube elements, by means of which, for example by telescoping, a desired volume is adjustable.
- the mixing device according to the invention can therefore be constructed in one piece or in a modular manner with several pipe system parts which can be connected to one another and are preferably provided in different sizes, so that the mixed product can be produced with a desired volume.
- angle elements and straight tube elements are provided.
- the straight tube elements can be provided particularly simply with the inlet, outlet and / or overflow openings, optionally the metering bodies, the static mixer and / or the conveying element.
- Particularly advantageous is the use of a single piece of pipe, which is provided with all the essential functional elements of the mixing device and which is connectable with a flexible hose-like or rigid or hard-elastic tubular extension piece such that a closed, annular mixing chamber is formed.
- ring flanges are provided, for example, which are preferably screwed with the straight pipe elements. After use of the mixing device, this can be disassembled and cleaned in a simple manner and stored in small storage spaces and be transported. If several straight tube elements are provided, they are preferably provided with different diameters, so that they are slidable into one another. Also possible is the use of expandable tubular elements, such as bellows elements, by means of which the volume of the mixing chamber is adjustable.
- the intended, the promotion and circulation of the mixed product serving conveyor element can be configured in various ways and be driven in various ways. It can be arranged in the mixing chamber or outside the mixing chamber.
- the conveying element acts in the form of a squeezing pump from the outside by means of crushing force on a region of the pipe system which is elastic at least in the region of the squeeze pump.
- the squeezing force is usually transmitted by rotating rollers on the pipe system, which is here typically designed in a tubular shape. This will squeeze the tube.
- the mixed product is moved in the direction of flow.
- the inner cross section of the tube expands again, so that the mixed product can flow into this area in the flow direction.
- the conveying element which has, for example, the shape of a screw or a propeller, rotatably supported by a shaft so that it can be rotated by rotation of the shaft or by direct magnetic action on the conveying element.
- the shaft connected rigidly to the conveying element can be rotated manually or by means of an electric motor.
- the conveying element can also be axially moved back and forth to promote the mixed product.
- the conveyor element for example, articulated wing or scooping elements, which open or close depending on the direction of movement.
- the conveying element may be provided with permanent magnets, which are acted upon by an external magnetic field in order to rotate or to move the conveying element in the mixing chamber back and forth.
- the external magnetic field can be generated by means of coils of a drive unit or by means of permanent magnets, which are arranged on a magnet holder, which surrounds the mixing device preferably in an annular manner.
- By rotation, displacement or switching of the external magnetic field for example by changing the currents in the coils of the drive unit or by moving or rotating the magnet holder, the conveying element can be moved accordingly.
- the conveying element preferably serves not only the promotion, but also the mixing of the mixed product.
- the mixed product can be circulated until a desired mixing of the components is achieved. Since the appropriately designed conveying element can detect and swirl the entire stream of the mixed product, a particularly efficient mixing process can be realized.
- the conveying element can serve as a dynamic mixer, which stirs and mixes the components supplied.
- a dynamic mixer which stirs and mixes the components supplied.
- a static mixer is provided in the mixing chamber, which is cyclically passed through by the mixing product during the mixing process.
- the mixing device according to the invention works simultaneously as a dynamic and static mixer, whereby an optimal efficiency is achieved.
- a gaseous medium in particular air or an inert gas, such as nitrogen, are introduced through one of the inlet openings into the mixing chamber, through which the mixed product is ejected under pressure through the outlet opening.
- an inert gas such as nitrogen
- the finished mixed product can also be applied.
- the mixing body or its elements are preferably made of optionally coated material such as plastic or metal, which is inert with respect to the components to be mixed and the resulting mixed product.
- the geometry of the mixing body can be chosen in various ways.
- the mixing body can be round or rectangular.
- the geometry of the mixing body should advantageously be selected so that all areas of the mixing chamber and the parts projecting into the mixing chamber are well-lapped, and in particular no areas are formed which are not or only poorly circulated.
- the operation of the device can be completely manual or even partially or completely automated.
- the device can be very compact and can be realized in dimensions of less than 2 m, in particular less than 1 m, length, width and height.
- Such devices are also lightweight, that is easy to transport, especially portable, i. less than 30 kg, in particular less than 20 kg, preferably less than 10 kg.
- the device according to the invention can be used in particular for the mixing of reactive components.
- the components K2 which react with the component K1 or under the influence of the component K1 with itself.
- FIG. 1 shows an inventive mixing device 1 with a simple designed annular mixing body 10, the interior of which forms the mixing chamber 100, through which a mixed product MP by means of a conveying element 7 is cyclically transportable.
- a plurality of lockable inlet openings 101, 102, 103, 104 are provided, through the components to be mixed K1, K2, K3 and K4, which are guided in lines 91, 92, 93 and 94, into the mixing chamber 100th are insertable.
- a closable outlet opening 109 is provided, from which the finished mixed product MP can exit into an outlet line 99.
- the inlet openings 101, 102, 103 are provided with check valves 51, 52, 53 which prevent the mixed product MP from flowing back into the supply lines 91, 92, 93, 94 of the components K1, K2, K3, K4.
- a vent screw 5000 is provided with a vent channel 5001 in an opening 1050 through which air can escape from the mixing chamber 100 when the components to be mixed K1, K2 are filled.
- the outlet opening 109 is closed with a manually operable valve or tap, which in the simplest embodiment consists of a shaft rotatable by means of a wheel 590 with a passage opening 591 which is rotatable into the outlet channel.
- the components K1, K2, ... introduced under pressure into the mixing chamber 1, mixed after startup of the drive device and then discharged in the form of the mixed product MP through the output valve 59 and the output line 99.
- the annular mixing body 10 may, of course, have any other shapes and be designed, for example, circular, oval or elliptical.
- FIG. 1a shows the structure of the check valve 53, which has a valve body 500 with an axial bore and outlet openings 501, which can be locked by means of a ball 5034 which is supported by an elastic element or a metal spring 5033 which rests on an insert element 504, is pushed upwards.
- Figure 2 shows the mixing device 1 of Figure 1 with a manually operable mechanical drive device 75, 750 for the conveyor element 7 ", which is held by a double-sided shaft 75 which is manually driven by a crank 750.
- Fig. 2 also shows preferably designed valves 51, 52, through which the components K1, K2 are inserted into the mixing chamber 100.
- the various valves are of course only shown for example. Usually as uniform as possible valves are used.
- FIG. 2a shows the valve 51, whose valve body 500 provided with outlet openings 501 is enclosed by an elastic tube 5031 which releases the outlet openings 501 under pressure of the supplied first component K1 and subsequently closes them again so that the mixed product MP does not enter the conduit 91 can.
- Figure 2b shows the valve 52, the valve body 500 of which is enclosed by an elastic cap 5032, which has a stretchable outlet opening 50321; which is expanded under pressure of the supplied second component K2, this can happen and then closes again, so that the mixed product MP can not penetrate into the conduit 91.
- FIG. 3 shows the mixing device 1 of FIG. 1 with an electric drive 70 for the conveying element 7 ".
- the shaft 75 provided with the conveying element 7" is driven by means of an electric motor 70, which is switched on and off by means of a switch 79.
- the shaft 75 is mounted within the mixing chamber 100 by means of bearing elements 76, so that it only exits the mixing body 10 on one side and has to be provided there with sealing elements.
- FIG. 3 further shows metering devices, such as metering bodies 81A, 81B, by means of which the (free) volume of the mixing chamber 100 can be adjusted, and an expansion vessel 8 into which the component K1 can be metered out. Shown is also a level indicator 4, by means of which the level can be read accurately.
- metering devices such as metering bodies 81A, 81B, by means of which the (free) volume of the mixing chamber 100 can be adjusted, and an expansion vessel 8 into which the component K1 can be metered out.
- a level indicator 4 by means of which the level can be read accurately.
- the mixture of two components, a liquid first component K1 and a liquid, viscous or powdery second component K2 runs on the basis of the mixing device 1 of Figure 2 as follows.
- the components K1, K2 to be mixed can be metered into the mixing chamber 100 and mixed there. This can be done in the traditional way by gravimetric or volumetric dosing, which is possible with known effort.
- the level can be read on the level indicator 4 on the measuring scale 40 and the second component K2 are supplied until a correspondingly calculated level is reached.
- the mixing device 1 On the basis of the mixing device 1 according to the invention, however, this effort can be largely avoided by completely filling the mixing chamber 100, which has a known volume, with the first component K1, for example water, in a first step. Subsequently, a clearance for the second component K2 is created in the mixing chamber 100. For example, a certain volume of the first component K1 is discharged through the manually operable valve 55 into the first expansion vessel 8 or discharged through the outlet opening 109. Alternatively, the metering screw 81A or the piston 81 B can be turned out of the mixing body 10 or moved out until the volume fraction provided for the second component K2 is released. If air can not flow into the vacated volume, the second component K2 is automatically sucked into the mixing chamber 100 by the resulting vacuum. For example, with each revolution of the metering screw 81A, exactly 5 ml of the second component K2 is introduced into the mixing chamber 100.
- the dosing with the mixing device 1 shown in FIG. 4 is particularly simple and has three inlet valves 51, 52, 53, a metering screw 81A and a pressure relief valve 510.
- the supply lines to the inlet valves 51, 52, 53 or these themselves can be closed by means of closing devices 910, 920, 930.
- a first Step is, after opening the first closing device 910, the mixing chamber 1 with the first component K1 (eg water) filled until it exits the pressure relief valve 510, that is, until the mixing chamber 100 is completely filled with the first component K1.
- the first component K1 eg water
- a second step the first closing device 910 is closed again, the second closing device 920 is opened and the metering screw 81A is rotated by n revolutions from the mixing chamber 100, whereby a corresponding volume of the second component K2 is automatically sucked into the mixing chamber 100.
- the second closing device 920 is closed again, the third closing device 920 is opened and the metering screw 81A is rotated by m revolutions from the mixing chamber 100, whereby a corresponding volume of the third component K3 is automatically sucked into the mixing chamber 100.
- the drive device is preferably put into operation already after filling the first component K1, so that the other components are added continuously.
- the mixed product MP will now be circulated through the mixing chamber 100 until the desired degree of mixing occurs.
- the entire mixed product MP is included with each cycle in the mixing process, so that the desired degree of mixing is achieved with high efficiency and minimal time.
- the outlet opening 109 and the outlet valve 59 is opened and the finished mixed product MP emptied from the mixing chamber 100.
- the emptying or the discharge of the mixed product MP is preferably carried out under pressure of a gaseous medium L, such as air, which is introduced, for example, through one of the inlet openings (see Figure 1, valve 54) in the mixing chamber 100.
- the mixed product MP exiting from the mixing chamber 100 under pressure of the gaseous medium L can be temporarily stored or applied directly.
- FIGS. 5a, 5b and 5c show metering devices which make it possible to provide a selectable volume of the second component K2 in a metering chamber 1000.
- the component K2 is introduced into the metering chamber 1000 and the level measured by means of a dipstick 4, which is held by a float. After reaching the desired level, the metered volume of the component K2 is transferred via the connecting line 92 into the mixing chamber 100 by air is injected through the valve 53 d in the metering chamber 1000. In certain cases, a gravimetric transfer is possible.
- FIG. 6 shows a metering device provided with three input lines 92, 900, 901 with a drum chamber 1030 in which a metering drum 3 is rotatably mounted by means of a shaft 32.
- the metering drum 3 has a plurality of metering chambers 31 which are rotatable, for example, by rotation of the shaft 32 into the mixing chamber 100 (shown in FIG. 6).
- the drum chamber 1030 is in this embodiment an integral part of the mixing body 10 and has on the boundary plates 1035, 1036 only inlet and outlet openings 102, through which at certain drum positions a medium in the metering chamber 31 into or out of the metering chamber 31 is also transferable.
- the boundary plates 1035, 1036 and optionally provided sealing elements ensures that the supplied media can only get into the metering chamber 31 and the mixed product MP can not escape from the mixing chamber 100. It is possible to use one or more metering chambers 31.
- the metering device of Figure 6 functions as follows.
- one of the metering chambers 31 is connected to the first input line 900 and the output line 900 ', through which a rinsing agent, optionally air, is guided in order to empty and rinse the dosing chamber 31.
- the metering chamber 31 is connected to the second input line 901, through which a gaseous medium L, optionally air or nitrogen, is passed in order to dry the metering chamber 31.
- the metering chamber 31 is connected to the input line 92, which leads to a component K2 to be mixed, which is introduced either only in the metering chamber 31 or through this to an outlet line 92 '.
- the metering chamber 31 can be rotated into the mixing chamber 100 in which it is flushed by the first component K1. Subsequently, the now filled with the first component K1 metering chamber 31 is further rotated to the first position, where the first component K1 is ejected from the metering chamber 31. The filling and emptying of the dosing 31 now takes place until the filled dosage is reached. If a plurality of metering chambers 31 are provided, the process described during a rotation of the metering drum 3 is carried out sequentially for each metering chambers 31. Of course, fourth and further positions can be provided, where other components can be added. Of course, it is also possible that all components are supplied sequentially via the same line 92.
- This device with the metering drum 3 can be advantageously automated by the shaft 32 of the metering drum 3 is driven for example by means of a controlled electric motor.
- the drum chamber 1030 may also be provided with an opening, which, however, is to be sealed at the edges.
- FIG. 6a shows the metering device of FIG. 5 with three output lines 900 ', 901' and 92 '.
- the lines 900, 900 '; 901, 901 'and 92, 92' each be part of a closed circuit.
- FIG. 6b shows the metering device of FIG. 5 with only one outlet line 900 ', through which the liquid taken up from the mixing chamber 100 is led away.
- the air supplied from the second conduit 901, on the other hand, is discharged through an opening 10361 to the environment.
- the metering chamber 31 is closed by the limiting plate 1036 on one side.
- the annular mixing body 10 may consist of one or more parts.
- FIG. 7 shows the mixing device 1 of FIG. 1 with a first tube element 111, which can be connected to various second tube elements 112 by means of connecting elements 110.
- a tubular, flexible second tubular element 112A can be connected to the first tubular element 111.
- tubular elements 112B, 112C of different sizes of metal or plastic can be used, which make it possible to set a certain volume of the mixing chamber 100.
- the tubular members 111, 112 may also be stretchable or otherwise adjustable, for example, provided with bellows members 1120C.
- tube elements to be connected to one another are used, whose inner and outer diameters are matched to one another, and whose ends are provided with mutually corresponding inner and outer threads, so that they can be screwed together in a simple manner.
- the use of elastic tube elements 111; 112 also allows a defined expansion of the mixing chamber 100 under pressure of the supplied components K1, K2, K3, .... Under pressure, for example, the elastic bellows elements 1120C expand to the required extent.
- the mixing body 10 can therefore be designed such that the volume of the mixing chamber 100 can be set to a fixed value before the start of the mixing process and / or that the volume during the mixing process under pressure of the supplied components K1, K2, K3 is set variably to a specific value.
- a tubular elastic tube member 112A may be expanded to a certain volume under pressure of the supplied first component K1, after which a volume of the second component K2 is supplied under pressure, thereby resulting in further expansion of the elastic tube member 112A.
- the mixing device 1 shown in Figure 7 is at the output of the first pipe element 111, then the inlet valves 51, 52 also optionally provided with a static mixer 2 through which the mixed product MP either swirled or divided into largely laminar flow streams that individually be transferred from first into different second cross-sectional segments of the mixing chamber 100.
- a static mixer 2 By using the static mixer 2, the mixing process can be further accelerated.
- the parts 111, 112 of the mixing body 10 can be detached from each other and easily cleaned and then deposited in a space-saving.
- FIG. 8 shows the mixing device 1 of FIG. 1 with electrically controlled valves 51 ', 52', 53 ', which are coupled with mechanical non-return valves 51, 52, 53.
- Only the supply of air L serving electrically controlled valve 54 ' is not coupled to a check valve, so that for example when filling the first component K1, the air can escape through the valve 54'.
- an electrically controlled overflow valve 55 ' may be provided, through which liquid can be transferred into a vessel.
- the controllable valves 51 ', 52', ..., 54 ' are connected by control lines 61, 62, ..., 64 to a control unit 6, by means of which also preferably the drive unit 70 and is controllable.
- the control of the device, in particular the dosage can on the basis of the control unit. 6 also be carried out fully automatically.
- sensor 800 (see Figure 3) are provided, by means of which, for example, the level of an expansion vessel 8 measured and the associated valve 55 (see Figure 8) is actuated.
- the temperature of the mixed product MP can also be measured and optionally a heating element can be controlled.
- valves used for the mixing device 1 can also be controlled in other ways, for example pneumatically or hydraulically.
- the mixing device 1 of Figure 8 further comprises two optionally provided static mixers 2a, 2b, which are arranged near the outlet openings of the valves 52, 53, through which the components K2 and K3 are introduced into the mixing chamber 100. This allows the components K2 and K3 to rapidly mix into the mixing product after entering the mixing chamber 100.
- the conveying element 7, 7 'mounted rotatably on or with the shaft 75 or axially displaceably mounted along the shaft 75 is preferably driven by magnetic force.
- FIG. 9 shows the conveying element 7 of FIG. 1 configured as a magnetic rotor, which has rigidly arranged wing elements 71, which are held between the shaft 75 and a magnet ring 72 provided with magnets.
- the mixed product MP is conveyed by the wing members 71 in the flow direction.
- the mounted on the magnet ring 72 magnets made, for example, AlNiCo, SmCo, NdFeB.
- high energy magnets are used from the rare earths. These materials are characterized by their high energy product of more than 300 kJ per cubic meter. Of practical importance are materials of the lanthanide group, in particular samarium cobalt (SmCO) and neodymium iron boron (NdFeB).
- an external magnetic field which, as shown in FIGS. 9, 10, 11 and 12, is produced by means of electrical coils 700 or 700 A, 700 B or by means of an external magnet holder or an external magnet ring 7000, 7000 ', the conveying element 7 7 'are set in motion.
- a rotating magnetic field is generated by means of the coils 700, which detects and rotates the conveying element 7 designed as a magnet rotor, on which the permanent magnets are aligned in an alternating manner.
- a permanent magnet outer magnet holder or an external magnet ring 7000, which is coupled to the magnet rotor 7, that the fields of the associated permanent magnets of the inner magnet ring 72 and the outer magnet ring 7000 in are aligned in the same direction and reinforce each other.
- the inner magnetic ring 72 and the outer magnetic ring 7000 are therefore rigidly coupled together. If the outer magnetic ring 7000 is rotated manually or by a motor, therefore, the desired rotation of the magnetic ring 72, whereupon the wing elements 71 swirl the mixed product MP and promote through the mixing chamber 100.
- FIG. 11 shows the axially displaceably mounted conveying element 77 'of FIG. 2 in a further embodiment with wing elements 710, which are rotatably mounted by means of shafts 711 between two positions.
- the wing elements 710 are unfolded and convey the mixed product MP in the one displacement direction.
- the conveying element 7 ' can also be provided with a screen element, which closes when being pushed through the mixed product MP and opens when pulled through the mixing product MP. If the conveyor element 7 'designed in this way is now moved back and forth along the shaft 75, the mixed product MP will always only be in one direction promoted.
- the inner magnetic ring 72 is preferably equipped in this embodiment with permanent magnets same radial polar alignment (NN -).
- an external magnetic ring 7000 'with permanent magnets is again provided, which are aligned radially in the same direction as the permanent magnets of the conveying element 7', whereby a coupling between the inner and the outer magnetic ring 7 ', 7000' results.
- additional return elements 7050 ', 7500 are provided by which the poles of the permanent magnets facing away from each other are tightly coupled.
- the outer magnet ring 7000 'therefore always floats at the level of the inner magnet ring 72, which, however, follows the movements of the outer magnet ring 7000' and can be driven thereby.
- the outer magnet ring 7000 'itself can be driven manually or by motor.
- the use of hard magnetic magnets outside the mixing chamber 100 to form the magnetic field allows a particularly advantageous contactless coupling of the conveyor element 7, 7 'with an outer drive unit 7, the energy only for the drive of the conveyor element 77 and 77' and not for the production of the Magnetic field must spend.
- FIG. 13 shows a mixing device 1 according to the invention with an annular mixing body 10 which has a straight tube element 111 and a supplementary flexible, elastic or rigid supplementary element 112A or 112B.
- all functional elements of the mixing device 1 namely the drive 7 with the conveying element 7, optionally provided static mixer 2, the inlet and outlet valves 51, 52, 53, 59 and a metering body 81A are provided.
- the inventive mixing device 1 can be constructed very compact in this way. If a hose is used as supplementary element 112A, the dimensions of the mixing device 1 for storage and transport reduce to the dimensions of the straight pipe element 111.
- a hard elastic plastic pipe or a light metal tube 112B can be used, for example by means of two Flange elements 110 is connected to the straight pipe element 111.
- the mixing devices 1 shown in FIGS. 1 to 13 can also be used flexibly.
- the mixing devices 1 can easily be carried to a place of use, where appropriate assembled and used there.
- the mixing device 1 has been described and illustrated in preferred embodiments. On the basis of the teaching according to the invention, however, further expert designs can be realized.
- various forms of the mixing body 10 are realized, which have a self-contained mixing chamber 100, which, however, may have any, for example ring or circular course.
- further drive and control mechanisms and of course also other valves can be used, which are connected in a manner known to those skilled in the mixing body 10, for example screwed or welded.
- the materials of the device parts can be selected as needed.
- the device is suitable for mixing a liquid component and at least one further liquid, viscous or powdery component (K1, K2, ).
- the device is suitable for mixing reactive compounds.
- the device is suitable for mixing a reactive component K2 into a liquid component K1, it being possible for the reactive component K2 either to react with the liquid component K1 or to react with itself under the influence of the liquid component K1.
- it is often important to prevent an uncontrolled reaction.
- Such reactions are frequently encountered, for example, in polymerization or oligomerization reactions. In such reactions, it is often necessary to mix the component K2 in the smallest possible concentration in the component K1.
- the amount of component K1 is preferably much higher than components K2, K3.
- the ratio of mass of K1 used to mass of the mixed product is ⁇ 0.5, in particular ⁇ 0.6, preferably ⁇ 0.7.
- low molecular weight polymers or oligomers can be prepared by the component K1 is hydrogen peroxide or a dispersion of an organic peroxide and the component K2 is a (meth) acrylate.
- the component K1 represents a polyisocyanate, eg. Example, a diisocyanate of the formula OCN-R "-NCO, to which the component K2 is added and which is a polyamine, for example a diamine of the formula H 2 N-R'-NH 2 , or a solution thereof in a solvent, and wherein R 'and R "each represent a divalent organic radical, an adduct of formula (II) can be prepared very efficiently.
- a polyisocyanate eg. Example, a diisocyanate of the formula OCN-R "-NCO, to which the component K2 is added and which is a polyamine, for example a diamine of the formula H 2 N-R'-NH 2 , or a solution thereof in a solvent, and wherein R 'and R "each represent a divalent organic radical, an adduct of formula (II) can be prepared very efficiently.
- a further illustrative example of the use of the device according to the invention is the preparation of molecules which are prepared via an intramolecular reaction, in particular under an intramolecular ring formation.
- An example of this is schematically the reaction of a diol HO-R'-OH as component K2 with a carboxylic acid dichloride CICO-R "-COCl as component K3 and a base in a solvent as component K1 to an intramolecular diester (III) .
- the polyester formation (IV) (m >> 1) can thus be reduced to a large extent become.
- a preferred example of the use of the device according to the invention is shown for the preparation of aqueous silane solutions.
- component K1 is water or an aqueous solution to which at least one silane and / or at least one titanate is added as component K2
- a homogeneous aqueous solution can be obtained by means of the device according to the invention without causing precipitations or turbidity caused by higher oligomeric siloxanes or titanates are obtained form.
- component K1 contains at least one acid in addition to water.
- the acid can be organic or inorganic.
- Organic acids are on the one hand carboxylic acids, in particular a carboxylic acid, which is selected from the group consisting of formic, acetic, propionic, trifluoroacetic, oxalic, malonic, succinic, maleic, fumaric and citric acid and amino acids, in particular aspartic acid and glutamic acid.
- acetic acid is preferable.
- suitable organic acids are those which contain a sulfur atom or a phosphorus atom.
- Such organic acids are in particular organic sulfonic acids.
- Organic sulfonic acid is understood as meaning compounds which have an organic radical having carbon atoms and at least one -SO 3 H functional group.
- the aromatic sulfonic acid may be mononuclear or polynuclear, and one or more sulfonic acid groups may be present. For example, these may be 1- or 2-naphthalenesulfonic acid, 1,5-naphthalenedisulfonic acid, benzenesulfonic acid or alkylbenzenesulfonic acids.
- the component K1 may comprise further constituents, which, however, may also be added separately as further components K3, K4,....
- additives are solvents, inorganic fillers, catalysts and stabilizers, dyes or pigments.
- component K2 comprises at least one silane.
- organosilane or “silane” for short in this document refers to compounds in which on the one hand at least one, usually two or three, hydrolyzable group is bonded directly to the silicon atom, and on the other at least one directly to the Silicon atom (via a Si-C bond) have bound organic radical and have no Si-O-Si bonds.
- the silanes, or their silane groups have the property of hydrolyzing on contact with moisture.
- titaniumate in the present document refers to compounds in which at least one, usually two or three, typically four, hydrolyzable group are bonded directly to the titanium atom.
- silanes which have the corresponding functional group, in this case an aminoalkylsilane, epoxyalkylsilane, alkylsilane, ( Meth) acryloxysilane, mercaptoalkylsilane and vinylsilane.
- silanes are aminosilanes, epoxysilanes, mercaptosilanes, (meth) acrylatosilane and alkylsilanes.
- aminosilanes on the one hand, in particular aminosilanes of the formula (V) are suitable.
- aminosilanes particularly suitable as aminosilanes are those reaction products prepared by the reaction of aminosilanes of the formula (V) and an amino reactive compound ( ARV ), the amino reactive compound containing at least one functional group capable of reacting with a primary or secondary amino group and the aminosilane of formula (V) has at least one secondary or primary amino group.
- R 1 is an alkyl group having 1 to 8 C atoms, preferably a methyl or an ethyl group.
- R 1 is preferably a methyl group.
- X is a hydrolyzable group, in particular the group OR 2 , where R 2 is an alkyl group having 1 to 5 C atoms, preferably a methyl group or an ethyl group or an isopropyl group. R 2 is preferably a methyl group or an ethyl group.
- R 3 is a linear or branched alkylene group having 1 to 4 carbon atoms.
- R 3 is preferably a propylene group.
- R 4 is H or a linear or branched alkylene group having 1 to 10 C atoms or a substituent of the formula (VI)
- R 5 is H or a linear or branched alkylene group having 1 to 10 C atoms or a linear or branched alkylene group having 1 to 10 C atoms with further hetero atoms or a substituent of the formula (VI)
- Particularly advantageous radicals of a linear alkylene group having 1 to 10 C atoms with further heteroatoms R 5 are the radicals CH 2 CH 2 NH 2 and CH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2 .
- a stands for a value 0, 1 or 2, in particular for 0 or 1.
- a stands for 0.
- aminosilanes of the formula (V) are 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyldimethoxymethylsilane, 3-amino-2-methylpropyltrimethoxysilane, 4-aminobutyltrimethoxysilane, 4-aminobutyldimethoxymethylsilane, 4-amino-3-methylbutyl trimethoxysilane, 4-amino-3,3-dimethylbutyl-trimethoxysilane, 4-amino-3,3-dimethylbutyl-dimethoxymethylsilane, 2-aminoethyltrimethoxysilane, 2-aminoethyl-dimethoxymethylsilane, aminomethyltrimethoxysilane, aminomethyl-dimethoxymethylsilane, aminomethylmethoxydimethylsilane, N-methyl- 3-aminopropyltrimethoxysilane, N-ethyl-3-
- Preferred aminosilanes of the formula (V) are aminosilanes which are selected from the group comprising aminosilanes of the formula (VII), (VIII) and (IX).
- the most preferred aminosilanes of formula (V) are the aminosilanes 3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, 3- [2- (2-aminoethylamino) ethylamino] -propyltrimethoxysilane, Bis (trimethoxysilylpropyl) amine and tris (trimethoxysilylpropyl) amine.
- the aminosilane is a reaction product of an aminosilane of formula (V) as described above and having at least one secondary or primary amino group, with a compound ( ARV ) having at least one functional group which is substituted with a primary or secondary amino group can react.
- This functional group which can react with a primary or secondary amino group, is preferably an epoxy group. But there are also other groups, such as isocyanate groups or activated double bonds, conceivable. Particularly suitable compounds with epoxy groups are epoxysilanes. Preferred compounds ( ARV ) which can react with the aminosilane of the formula (V) with at least one secondary or primary amino group are epoxysilanes of the formula (X)
- R 1 'in this case represents an alkyl group having 1 to 8 C atoms, preferably a methyl or an ethyl group.
- R 2 ' is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
- R 3 ' is a linear or branched alkylene group having 1 to 4 C atoms and a' is 0, 1 or 2, in particular 0 or 1.
- R 1 ' is in particular a methyl group.
- R 2 ' is preferably a methyl group or an ethyl group or an isopropyl group. As particularly preferred, R 2 'is a methyl group or an ethyl group.
- R 3 ' is preferably propylene.
- the index a ' preferably stands for 0.
- epoxysilanes are 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane and 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane.
- Preferred epoxysilanes are 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane and 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane.
- the most preferred epoxy silane is 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane.
- the aminosilane of formula (V) which is used for the reaction product are in addition to N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl-trimethoxysilane and N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl-triethoxysilane, preferably N- (2 Aminopropyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, in particular aminosilanes of the formula (VII) or (VIII), in particular 3-aminopropyltrimethoxysilane, bis (trimethoxysilylpropyl) amine, 3-aminopropyltriethoxysilane and bis (triethoxysilylpropyl) amine. Preference is given to 3-aminopropyltrimethoxysilane and bis (trimethoxysilylpropyl) amine.
- reaction product may or may not have primary or secondary amino groups.
- reaction products are compounds of the formula (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV) and (XVI).
- the compounds of the formulas (XI), (XII) and (XIII) are obtained from the reaction of N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane and 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane.
- the compounds of formulas (XIV) and (XV) are obtained from the reaction of 3-aminopropyltrimethoxysilane and 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane.
- the compound of the formula (XVI) is obtained from the reaction of bis (trimethoxysilylpropyl) amine and 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane.
- amine-reactive compounds ( ARV ) with activated double bonds are, for example, ⁇ , ⁇ -unsaturated compounds, in particular maleic diesters, fumaric diesters, citraconic diesters, acrylates, methacrylates, cinnamates, itaconic, vinylphosphonic for example those from malonic diesters and aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde or benzaldehyde.
- Such amine-reactive compounds form Michael adducts in which the amine adds to the double bond.
- reaction products are Michael adducts of 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyldimethoxymethylsilane, 4-amino-3,3-dimethylbutyltrimethoxysilane, 4-amino-3,3-dimethylbutyl-dimethoxymethylsilane, aminomethyltrimethoxysilane or aminomethyl- dimethoxymethylsilane on dimethyl maleate, diethyl or dibutyl ester, acrylic acid tetrahydrofurfuryl, isobornyl, hexyl, lauryl, stearyl, 2-hydroxyethyl or 3-hydroxypropyl ester, phosphonic acid dimethyl, diethyl or dibutyl ester, Acrylonitrile, 2-pentenenitrile, fumaronitrile or ⁇ -nitrostyrene, as well as the analogues of said aminosilanes with ethoxy instead of the methoxy groups on the
- amine-reactive compounds ( ARV ) with isocyanate groups are isocyanatosilanes or polyisocyanates.
- Particular examples of isocyanatosilane are 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane and 3-isocyanatopropyltriethoxysilane.
- polyisocyanates examples include 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate (TDI) and any desired mixtures of these isomers, 4,4'-, 2,4'- and 2,2'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) and any desired mixtures of these and others Isomers, 1,3- and 1,4-phenylene diisocyanate, 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-diisocyanatobenzene, 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), 2-methylpentamethylene-1,5-diisocyanate, 2, 2,4- and 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate (TMDI), 1,12-dodecamethylene diisocyanate, cyclohexane-1,3- and - 1,4-diisocyanate and any mixtures of these isomers, 1-isocyanato -3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl
- the silane is an epoxysilane
- the epoxysilanes as described above as amine reactive compounds ( ARV ) are preferable.
- Examples of mercaptosilane as silane are 3-mercaptopropyltrimethoxysilane and 3-mercaptopropyltriethoxysilane.
- Examples of (meth) acrylatosilane silanes are 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and 3-methacryloxypropyltriethoxysilane.
- silane is an alkylsilane
- silanes with C 1 -C 6 -alkyl radicals for example methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane and butyltrimethoxysilane.
- Component K2 may contain other ingredients. However, these further components can also be added separately as components K3, K4, etc. Such further constituents are, in particular, surfactants, solvents, inorganic fillers, catalysts and stabilizers, dyes or pigments.
- surfactants natural or synthetic substances can be used which reduce the surface tension of the water or other liquids in solutions.
- Surfactants also called wetting agents, anionic, cationic, nonionic or ampholytic surfactants or mixtures thereof can be used.
- a ratio of silane to surfactant is between 5: 1 and 1: 2.
- the optimum ratio of silane to surfactant is, in particular for aminosilanes as silanes, a value of 3: 1 to 2: 3. It is preferable that the component K2 has not less than 33% by weight, more preferably not less than 40% by weight of silane. It is advantageous if component K2 has not more than 1% by weight, in particular not more than 0.5% by weight, of water.
- component K2 consists essentially only of silane and surfactant. Under “essential” is understood here that the sum of the weight of silane and Tenside more than 90 wt .-%, in particular more than 95%, preferably more than 99 wt .-%, based on the weight of the component K2, is.
- the invention also relates to a method for mixing at least a least one liquid component and at least one further liquid, viscous or powdery component (K1, K2,%) By means of a device as described above.
- these desired low molecular weight compounds can be obtained in a relatively high concentration, without having to separate off solvents in large quantities.
- inventive devices are preferred, on the one hand have a strong circulation of the component K1, or the mixed product, in the loop and in which at or immediately after the introduction of the respective components, in particular the component K2, turbulent flows. Therefore, the use of static mixers 2 or of the conveying element 7, 7 ', 7 ", in particular in the direction of flow immediately after or in the vicinity of the inlet openings 101, 102, 103 or the metering chamber 31, is preferred It may be advantageous if a plurality of conveying elements 7,7 ', 7 "and / or static mixer 2 are used.
- the metered addition of the components is preferably carried out slowly. This can be done by continuous addition or pulse-like addition.
- the metering rate must be adjusted to the reactivity of the components, the flow rate, the concentration, the viscosity and turbulence in the mixing chamber, especially at or after the entry of the components into the mixing chamber.
- the process is as follows.
- the mixing chamber 100 is filled with the component K1.
- the component K2 is then metered in with circulation by means of conveying elements 7, 7 ', 7 "of the component K1, so that there is a mixture of K1 and K2 or reaction products formed therefrom in the chamber, which are likewise circulated
- the mixing chamber 100 is now filled, for example, any possible foaming in a completely filled mixing chamber 100 is absent or greatly suppressed.
- the mixing chamber 100 is now not completely filled with liquid and, for example, there is still air or an inert gas such as nitrogen in the mixing chamber Such filling may be advantageous, for example, in terms of better mixing.
- the device After the desired mixing product of the desired quality is obtained, it is removed through an outlet opening 109 of the device. Subsequently, the device can be used for further mixing operations. It may be advantageous that the device is carried out after the emptying of the mixed product from the device, a cleaning process of the device.
- the mixing chamber can be filled with a solvent or the component K1 and circulated and then emptied and possibly dried by air or gas. The performance of such cleaning operations can also be carried out automatically, for example after a certain number of mixing and emptying operations or after certain periods of time.
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Abstract
Description
- Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Mischen von einer flüssigen ersten und mindestens einer flüssigen oder nicht-flüssigen weiteren Komponente nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Insbesondere geht die Erfindung von einer Mischvorrichtung aus, die nach Gebrauch gereinigt und mit all ihren Elementen wieder verwendet wird.
- Mischvorrichtungen, mittels derer zwei oder mehr Komponenten zu einem vollständig oder teilweise durchmischten Produkt vermischt werden, kommen in verschiedenen Industriebereichen, beispielsweise in der Klebstoffindustrie, zur Anwendung.
- Bekannt sind statische Mischer, bei denen das Mischen durch wiederholte Teilung des Mischprodukts erfolgt, sowie dynamische Mischer, bei denen das Mischprodukt mittels eines bewegten Elements mehrfach geteilt oder verwirbelt wird.
- Statische Mischer, die keine angetriebenen Elemente aufweisen (siehe z.B. [1],
WO 02/32562 A1 - Aus [2],
US 4'191'480 ist ein statischer Mischer bekannt, mittels dessen Feststoffe mit Flüssigkeiten gemischt werden können. Nach dem Durchlauf der zu mischenden Komponenten durch diesen statischen Mischer entsteht ein Mischprodukt, dessen Durchmischung sich nur mittels der Verwendung weiterer Mischvorrichtungen verbessern lässt. Um ein gewünschtes Mischverhältnis zu erzielen, müssen die Ströme der zugeführten Komponenten zudem präzise eingestellt werden. - Aus [3],
US 4'264'212 ist ein weiterer statischer Mischer bekannt, der insbesondere zur Mischung von Baustoff-Komponenten geeignet ist. Bei diesem statischen Mischer wird eine flüssige Komponente, beispielsweise Wasser, durch ein Rohrelement geführt, das in Flussrichtung zuerst ein divergierendes und anschliessend ein konvergierendes Teil aufweist. Das divergierende Teil des Rohrelements ist mit Zufuhrleitungen verbunden, durch die die weiteren zu mischenden, flüssigen oder festen, beispielsweise pulverförmigen Komponenten zuführbar sind. Diese Mischvorrichtung ist daher besonderes einfach aufgebaut, erlaubt jedoch keine genügend homogene Durchmischung der Komponenten, wie sie für verschiedene Anwendungen erforderlich ist. - Aus [4],
US 5'240'327 und [5],US 6'024'481 sind der Mischung von Flüssigkeiten dienende dynamische Mischer bekannt, die eine Mischkammer aufweisen, in der von einer Antriebsachse gehaltene Mischelemente bewegt werden. Aus [6],US 2004/0190372 A1 ist ein dynamischer Mischer mit einer in einem Container enthaltenen Mischtasche bekannt, in der Flüssigkeiten mittels eines magnetischen Rührstabes durchmischt werden. Bei diesen grossvolumigen Mischvorrichtungen wird eine genügend gute Durchmischung erst nach einer relativ langen Mischdauer erzielt. - Damit eine Kontamination der Mischkomponenten vermieden wird, ist es gemäss [6] erforderlich, dass die Teile der Mischvorrichtung, die mit dem Mischprodukt in Berührung kommen, vor Inbetriebnahme der Mischvorrichtung gut gereinigt werden. Dies ist bei den in [4] und [5] beschriebenen Mischvorrichtungen, die weitgehend geschlossene Mischkammern aufweisen, kaum möglich. Bei der in [6] gezeigten Mischvorrichtung ist die Reinigung einfacher. Dafür ist, aufgrund der Verwendung einer Mischtasche, die gesamte Mischvorrichtung deutlich aufwendiger gestaltet.
- Bei der Mischung mehrer Komponenten ist zudem deren präzise Dosierung von Bedeutung, was bei den oben beschriebenen Vorrichtungen nur mittels relativ aufwendigen Dosierungsmassnahmen und/oder Dosiervorrichtungen möglich.
- Weiterhin sind die beschriebenen Mischvorrichtungen kaum flexibel einsetzbar. So ist es kaum möglich, diese Mischvorrichtungen an exponierten Stellen, beispielsweise auf einem Baugerüst einzusetzen.
- Für die Lagerung und den Transport der beschriebenen Mischvorrichtungen wird zudem relativ viel Platz benötigt.
- Wenn mit reaktiven Komponenten gearbeitet wird, ist es bekannt, dass zur Verhinderung von Oligomeren in hohen Verdünnung gearbeitet wird, wie beispielsweise durch ein langsames Zutropfen einer hoch verdünnten Komponente unter starkem Rühren zu einer ebenfalls stark verdünnten zweiten Komponente. Auf diese Weise lassen sich jedoch lediglich geringe Konzentrationen an gewünschten Substanzen herstellen, und deshalb muss vielfach wieder aufkonzentriert werden, zum Beispiel durch Abdestillieren von Lösungsmittel, was einen zusätzlichen Aufwand bedeutet und deshalb auch eine Verteuerung der Herstellkosten mit sich bringt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Mischvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.
- Insbesondere soll die erfindungsgemässe Mischvorrichtung die einfache und präzise Dosierung von zwei oder mehreren Komponenten und das rasche und homogene Mischen derselben in einem Mass erlauben, dass vom Anwender festgelegt wird.
- Ferner soll die erfindungsgemässe Mischvorrichtung einfach ausgestaltet, kostengünstig herstellbar, flexibel einsetzbar sowie einfach bedienbar sein und mit nur geringem Aufwand gereinigt und gewartet werden können. Es sind kompakte, leicht transportierbare, insbesondere tragbare, Vorrichtungen realisierbar.
- Weiterhin soll die erfindungsgemässe Mischvorrichtung für die Lagerung und den Transport nur wenig Raum in Anspruch nehmen.
- Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die erfindungsgemässe Vorrichtung dient dem Mischen einer ersten flüssigen und mindestens einer flüssigen, zähflüssigen oder pulverförmigen weiteren Komponente, die in die Mischkammer eines Mischkörpers einführbar und nach Durchführung des Mischprozesses in Form eines Mischprodukts aus dieser wieder entnehmbar sind.
- Unter der Bezeichnung "Mischprodukt" (als "MP" abgekürzt) wird im gesamten vorliegenden Dokument ein Produkt, welches aus dem Mischen der Komponenten K1, K2, und gegebenenfalls weiteren vorhandenen Komponenten K3, K4, ...etc. verstanden. Insbesondere umfasst es auch Reaktionsprodukte, welche beim Mischen dieser Komponenten resultieren.
- Erfindungsgemäss ist der Mischkörper ein in sich geschlossenes, bevorzugt ringförmiges, Rohrsystem, dessen Innenraum die Mischkammer bildet, durch die das Mischprodukt mittels eines Förderelements zyklisch transportierbar ist.
- Im Mischkörper sind mehrere Eintrittsöffnungen vorgesehen, durch die die zu mischenden Komponenten zuführbar sind. Ferner ist wenigstens eine Austrittsöffnung vorgesehen, aus der das Mischprodukt entnehmbar ist. Die Eintrittsöffnungen und die Austrittsöffnung, gegebenenfalls auch eine zusätzlich vorgesehene Überlauföffnung, können mittels manuell oder automatisch betätigten mechanischen oder elektromechanischen Ventilen abschliessbar sein. Beispielsweise kann an der Auslassöffnung ein konventioneller Hahn oder ein elektromechanisches Ventil vorgesehen sein, das mittels einer Steuereinheit betätigt wird. Die Einlassventile können Auslassöffnungen mit daran anliegenden elastischen oder elastisch dagegen gedrückten Dichtungselementen aufweisen, die unter Druck einer zugeführten Komponente verdrängt werden, so dass die Komponente durch die Auslassöffnungen in die Mischkammer hinein strömen kann; ein Rückfluss hingegen verhindert wird. Einer Eintrittsöffnung können dabei auch zwei Ventile zugeordnet sein, von denen das erste Ventil die Zufuhr einer Komponente steuert und das anschliessende zweite Ventil lediglich den Rückfluss des Mischprodukts verhindert.
- Die erfindungsgemässe Mischvorrichtung bietet verschiedene besonders einfache Möglichkeiten zur Dosierung der Mischkomponenten, wobei zu beachten ist, dass eine resultierende Füllung mit Komponenten erforderlich ist, die erlaubt, das Mischprodukt in der Mischkammer zu zirkulieren. Die Vorteile der Erfindung treten insbesondere dann besonders deutlich hervor, wenn einer ersten Komponente nur wenige Volumenprozente einer oder mehrerer weiterer Komponenten zugeführt werden. Die hauptsächlichen Möglichkeiten zur Dosierung der Komponenten sind folgende.
- Beispielsweise wird die Mischkammer mit der ersten Komponente nur teilweise gefüllt, wonach die weiteren Komponenten zugeführt werden. Die Dosierung kann bereits vor der Zufuhr der Komponenten, beispielsweise mittels gravimetrischer oder volumetrischer Verfahren, oder während der Zufuhr der Komponenten, beispielsweise mittels Messvorrichtungen erfolgen, anhand derer der Füllstand der Mischkammer überwacht wird. Möglich ist die Verwendung einer Dosierkammer, in die die Komponenten kontrolliert, beispielsweise mittels Messgeräten oder mittels Dosierkolben, gegebenenfalls mittels Kolbenpumpen, eingeführt und anschliessend in die Mischkammer transferiert werden.
- Vorzugsweise wird die Mischkammer mit der ersten Komponente jedoch vollständig gefüllt, wonach das Volumen der Mischkammer verändert oder ein bestimmter Volumenanteil der ersten Komponente aus der Mischkammer entfernt und der frei gewordene Volumenanteil durch eine der weiteren Komponenten gefüllt wird. Die Mischkammer dient in diesem Fall daher selbst als Dosiereinheit, so dass nur eine weitere Vorrichtung zur Dosierung der weiteren Komponenten benötigt wird. Beispielsweise können Dosierkörper, Dosierschrauben oder Dosierzylinder, in der Mischkammer vorgesehen sein, die um das erforderliche Mass aus dieser verschoben werden, um den gewünschten Volumenanteil zu schaffen. Möglich ist die Verwendung eines Gefässes, in das der entsprechende Volumenanteil der ersten Komponente durch das Auslassventil oder ein Überlaufventil eingeführt wird. Möglich ist auch die Verwendung eines Messfühlers, der den Füllstand innerhalb des Gefässes erfasst und ein entsprechendes elektrisches Signal an eine Steuereinheit abgibt, die ein Ventil steuert, mittels dessen die Eintrittsöffnung des Expansionsgefässes abschliessbar ist.
- Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Dosierkörpers mit einer Dosierkammer, die nach Füllung mit einer zweiten oder weiteren Komponente in die mit der ersten Komponente gefüllte Mischkammer transferiert werden kann, in der die Dosierkammer von der ersten Komponente erfasst und durch die Mischkammer zirkuliert wird.
- Wie oben erwähnt, kann die Mischkammer selbst als Dosiereinheit verwendet werden, da sie ein bekanntes Volumen aufweist. Möglich ist nun, den Mischkörper aus verschiedenen Elementen, insbesondere Rohrelementen und Verbindungsvorrichtungen zusammenzusetzen, die derart gewählt sind, dass ein gewünschtes Volumen der Mischkammer resultiert. Möglich ist ferner die Verwendung justierbarer Rohrelemente, mittels derer, beispielsweise durch Ineinanderverschieben, ein gewünschtes Volumen einstellbar ist.
- Die erfindungsgemässe Mischvorrichtung kann daher einstückig oder modular mit mehreren miteinander verbindbaren Rohrsystemteilen aufgebaut sein, die vorzugsweise in verschiedenen Grössen vorgesehen sind, so dass das Mischprodukt mit einem gewünschten Volumen produziert werden kann. Vorzugsweise sind Winkelelemente sowie gerade Rohrelemente vorgesehen. Besonders einfach können die geraden Rohrelemente mit den Eintritts-, Austritts- und/oder Überlauföffnungen, gegebenenfalls den Dosierkörpern, dem statischen Mischer und oder dem Förderelement versehen werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines einzelnen Rohrstücks, das mit allen wesentlichen Funktionselementen der Mischvorrichtung versehen ist und das mit einem flexiblen schlauchartigen oder starren oder hartelastischen rohrartigen Ergänzungsstück derart verbindbar ist, dass eine abgeschlossene, ringförmige Mischkammer gebildet wird.
- Zur Verbindung der Rohrsystemteile werden beispielsweise Ringflanschen vorgesehen, die mit den geraden Rohrelementen vorzugsweise verschraubbar sind. Nach Gebrauch der Mischvorrichtung kann diese zerlegt und in einfacher Weise gereinigt und in kleinen Stauräumen versorgt und transportiert werden. Sofern mehrere gerade Rohrelemente vorgesehen sind, werden diese vorzugsweise mit unterschiedlichen Durchmessern versehen, so dass sie ineinander verschiebbar sind. Möglich ist ferner die Verwendung von dehnbaren Rohrelementen, wie Balgelementen, mittels derer das Volumen der Mischkammer einstellbar ist.
- Das vorgesehene, der Förderung und Zirkulation des Mischprodukts dienende Förderelement kann verschiedenartig ausgestaltet sein und auf verschiedene Arten angetrieben werden. Es kann in der Mischkammer oder ausserhalb der Mischkammer angeordnet sein.
- In einer Ausführungsform wirkt das Förderelement in Form einer Quetschpumpe von aussen mittels Quetschkraft auf einen Bereich des Rohrsystems, welches zumindest in dem Bereich der Quetschpumpe elastisch ist. Die Quetschkraft wird üblicherweise durch sich drehende Rollen auf das Rohrsystem, welches hier typischerweise in Schlauchform ausgestaltet ist, übertragen. Dadurch wird das Rohr abgequetscht. Durch die Bewegung der Rollen in Richtung der Flussrichtung wird das Mischprodukt in die Flussrichtung fortbewegt. Nach Entlastung des Rohrs durch Wegnahme der Quetschkraft, weitet sich der Innenquerschnitt des Rohrs wieder aus, so dass das Mischprodukt in diesen Bereich in Flussrichtung nachströmen kann.
- In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist das Förderelement, das beispielsweise die Form einer Schraube oder eines Propellers aufweist, mittels einer Welle drehbar gehalten, so dass dieses durch Drehung der Welle oder durch direkte magnetische Einwirkung auf das Förderelement gedreht werden kann. Beispielsweise kann die starr mit dem Förderelement verbundene Welle manuell oder mittels eines Elektromotors gedreht werden. Ferner kann das Förderelement auch axial vor- und zurück verschoben werden, um das Mischprodukt zu fördern. Dazu weist das Förderelement beispielsweise gelenkig gehaltene Flügel- oder Schöpfelemente auf, die sich in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung öffnen oder schliessen.
- Ferner kann das Förderelement mit Permanentmagneten versehen sein, auf die ein äusseres magnetisches Feld einwirkt, um das Förderelement in der Mischkammer zu rotieren oder vor- und zurück zu verschieben. Dadurch erfolgt kein mechanischer Eingriff in die Mischkammer, weshalb entsprechende Vorrichtungsteile und Dichtungselemente entfallen.
- Das äussere Magnetfeld kann mittels Spulen einer Antriebseinheit oder mittels Permanentmagneten erzeugt werden, die an einer Magnethalterung angeordnet sind, welche die Mischvorrichtung vorzugsweise ringförmig umschliesst. Durch Rotation, Verschieben oder Umschalten des äusseren Magnetfeldes, beispielsweise durch Änderung der Ströme in den Spulen der Antriebseinheit oder durch Verschieben oder Drehen der Magnethalterung, kann das Förderelement entsprechend bewegt werden.
- Das Förderelement dient dabei vorzugsweise nicht nur der Förderung, sondern auch der Durchmischung des Mischprodukts. Das Mischprodukt kann dabei solange zirkuliert werden, bis eine gewünschte Durchmischung der Komponenten erreicht ist. Da das entsprechend ausgestaltete Förderelement den gesamten Strom des Mischprodukts erfassen und durchwirbeln kann, kann ein besonders effizienter Mischprozess realisiert werden.
- Das Förderelement kann als dynamischer Mischer dienen, der die zugeführten Komponenten durchwirbelt und vermischt. Möglich ist natürlich auch, dass eine weitgehend laminare Förderung des Mischprodukts erzielt wird. Dies wird beispielsweise angestrebt, falls dies die Eigenschaften der Komponenten erfordern und/oder falls in der Mischkammer zusätzlich wenigstens ein statischer Mischer vorgesehen ist, der während des Mischprozesses vom Mischprodukt zyklisch durchlaufen wird. Vorzugsweise arbeitet die erfindungsgemässe Mischvorrichtung jedoch gleichzeitig als dynamischer und statischer Mischer, wodurch eine optimale Effizienz erzielt wird.
- Zur raschen und vollständigen Entleerung der Mischkammer nach Beendigung des Mischprozesses und nach Öffnung der Auslassöffnung kann ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft oder ein Inertgas, wie Stickstoff, durch eine der Eintrittsöffnungen in die Mischkammer eingelassen werden, durch das das Mischprodukt unter Druck durch die Auslassöffnung ausgestossen wird. In demselben Arbeitsschritt kann das fertig gestellte Mischprodukt auch appliziert werden.
- Der Mischkörper oder dessen Elemente bestehen vorzugsweise aus gegebenenfalls beschichtetem Material wie Kunststoff oder Metall, das hinsichtlich der zu mischenden Komponenten und des resultierenden Mischprodukts inert ist.
- Die Geometrie des Mischkörpers kann verschiedenartig gewählt werden. Beispielsweise kann der Mischkörper rund oder rechteckig ausgestaltet sein. Die Geometrie des Mischkörper sollte vorteilhaft so gewählt werden, dass alle Bereiche der Mischkammer und der in die Mischkammer einragenden Teile gut umspült werden, und sich insbesondere keine Bereiche bilden, welche nicht oder nur schlecht umgewälzt werden.
- Der Betrieb der Vorrichtung kann vollständig manuell oder auch teilweise oder vollständig automatisiert erfolgen.
- Die Vorrichtung kann sehr kompakt sein und in Dimensionen von weniger als 2 m, insbesondere von weniger als 1 m, Länge, Breite und Höhe realisierbar. Derartige Vorrichtungen lassen sind ebenfalls leicht, das heisst leicht transportierbar, insbesondere tragbar, d.h. weniger als 30 kg, insbesondere weniger als 20 kg, bevorzugt weniger als 10 kg, konstruieren.
- Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung insbesondere für das Mischen von reaktiven Komponenten verwendet werden kann. Insbesondere eignet sie sich für die Komponenten K2, welche mit der Komponente K1 oder unter dem Einfluss der Komponente K1 mit sich selber reagieren. Als besonders geeignet gezeigt hat sich die Vorrichtung zur Herstellung von wässrigen Silanen, bei denen die Komponente K1 Wasser umfasst oder daraus besteht und die Komponente K2 ein Silan umfasst oder daraus besteht. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass mit diesem Verfahren die Bildung von unerwünschten höher molekularen Oligomeren oder Reaktionsprodukten verhindert oder zumindest stark reduziert werden kann.
- Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es sind nur die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Medien und die Drehrichtungen sind mit Pfeilen angegeben.
- Es zeigen:
- Fig. 1
- eine erfindungsgemässe Mischvorrichtung 1 mit einem mit Eintrittsöffnungen 101, 102, 103 und einer Austrittsöffnung 109 versehenen Mischkörper 10, der eine Mischkammer 100 umfasst, in der die zu mischenden Komponenten mittels eines Förderelements 7 zirkuliert und durchmischt werden, das mittels eines Magnetantriebs 70 angetrieben wird;
- Fig. 1a
- eine Schnittdarstellung eines Ventils 53, das in die in Figur 1 gezeigte Eintrittsöffnung 103 eingesetzt ist;
- Fig. 2
- die Mischvorrichtung 1 von Figur 1 mit einer manuell betätigbaren mechanischen Antriebsvorrichtung 75, 750 für das Förderelement 7" sowie mit vorzugsweise ausgestalteten Ventilen 51, 52, 53 und einer Entlüftungsschraube 5000;
- Fig. 2a
- das Ventil 51 von Figur 2, dessen mit Austrittsöffnungen 501 versehener Ventilkörper 500 von einem elastischen Schlauch 5031 umschlossen ist, der die Austrittsöffnungen 501 unter Druck freigibt;
- Fig. 2b
- das Ventil 52 von Figur 2, dessen Ventilkörper 500 von einer elastischen Kappe 5032 umschlossen ist, die eine dehnbare Austrittsöffnung 50321 aufweist;;
- Fig. 3
- die Mischvorrichtung 1 von Figur 1 mit einem elektrischen Antrieb 70 für das Förderelement 7" sowie Dosiervorrichtungen wie Dosierkörper 81A, 81 B und Expansionsgefässe 8;
- Fig. 4
- die Mischvorrichtung 1 von Figur 3 mit zwei Dosierschrauben 81A und einem Überdruckventil 510;
- Fig.5a-c
- eine Dosierkammer 1000 mit Ventilen 52d, 53d und Dosiervorrichtungen 4, 81 B;
- Fig. 6
- eine mit drei Eingangsleitungen 92, 900, 901 versehene Dosiervorrichtung mit einer Dosiertrommel 3, in der eine Dosierkammer 31 vorgesehen ist, die in die Mischkammer 100 hinein drehbar ist;
- Fig. 6a
- die Dosiervorrichtung von Figur 5 mit drei Ausgangsleitungen;
- Fig. 6b
- die Dosiervorrichtung von Figur 5 mit einer Ausgangsleitung;
- Fig. 7
- die Mischvorrichtung 1 von Figur 1 mit einem ersten Rohrelement 111, das mit verschiedenen zweiten Rohrelementen 112 verbindbar ist;
- Fig. 8
- die Mischvorrichtung 1 von Figur 1 mit elektrisch gesteuerten Ventilen 51', 52', 53', die mit mechanischen Rückschlagventilen 51, 52, 53 gekoppelt sind;
- Fig. 9
- das mit Permanentmagneten versehene Förderelement 7 von Figur 1, dass mittels eines von Spulen induzierten Drehfeldes angetrieben wird;
- Fig. 10
- das mit Permanentmagneten versehene, drehbar gelagerte Förderelement 7 von Figur 1, dass mit einer drehbaren äusseren Magnethalterung 7000 gekoppelt ist;
- Fig. 11
- das mit Permanentmagneten versehene, axial verschiebbar gelagerte Förderelement 7 von Figur 1, dass mittels von Spulen 700A, 700B zwischen einer ersten und einer zweiten Position verschiebbar ist;
- Fig. 12
- das mit Permanentmagneten versehene, axial verschiebbar gelagerte Förderelement 7 von Figur 1, dass mit einem axial verschiebbaren äusseren Magnethalterung 7000' gekoppelt ist; und
- Fig. 13
- eine erfindungsgemässe Mischvorrichtung 1 mit einem ringförmigen Mischkörper 10, der ein gerades Rohrelement 111 mit allen Funktionselementen der Mischvorrichtung 1 und ein ergänzendes flexibles oder starres Ergänzungselement 112 bzw. 112' aufweist.
- Figur 1 zeigt eine erfindungsgemässe Mischvorrichtung 1 mit einem einfach ausgestalteten ringförmigen Mischkörper 10, dessen Innenraum die Mischkammer 100 bildet, durch die ein Mischprodukt MP mittels eines Förderelements 7 zyklisch transportierbar ist. An der oberen Seite des Mischkörpers 10 sind mehrere abschliessbare Eintrittsöffnungen 101, 102, 103, 104 vorgesehen, durch die zu mischende Komponenten K1, K2, K3 und K4, die in Leitungen 91, 92, 93 und 94 geführt sind, in die Mischkammer 100 einführbar sind. Auf der unteren Seite ist eine abschliessbare Austrittsöffnung 109 vorgesehen, aus der das fertig bearbeitete Mischprodukt MP in eine Auslassleitung 99 austreten kann.
- Die Eintrittsöffnungen 101, 102, 103 sind mit Rückschlagventilen 51, 52, 53 versehen, die verhindern, dass das Mischprodukt MP in die Zufuhrleitungen 91, 92, 93, 94 der Komponenten K1, K2, K3, K4 zurück fliessen kann. Ferner ist eine Entlüftungsschraube 5000 mit einem Entlüftungskanal 5001 in einer Öffnung 1050 vorgesehen, durch die Luft aus der Mischkammer 100 entweichen kann, wenn die zu mischenden Komponenten K1, K2 eingefüllt werden. Die Austrittsöffnung 109 ist mit einem manuell betätigbaren Ventil oder Hahn abgeschlossen, der in der einfachsten Ausgestaltung aus einer mittels eines Rads 590 drehbaren Welle mit einer Durchlassöffnung 591 besteht, die in den Auslasskanal hinein drehbar ist.
- Bei dieser besonders einfachen Ausgestaltung der Mischvorrichtung 1 können die Komponenten K1, K2, ... unter Druck in die Mischkammer 1 eingeführt, nach Inbetriebnahme der Antriebsvorrichtung durchmischt und anschliessend in Form des Mischprodukts MP durch das Ausgangsventil 59 und die Ausgangsleitung 99 abgeführt werden. Der ringförmige Mischkörper 10 kann natürlich beliebige andere Formen aufweisen und beispielsweise kreisrund, oval oder elliptisch ausgestaltet sein.
- Fig. 1a zeigt den Aufbau des Rückschlagventils 53, das einen Ventilkörper 500 mit einer axialen Bohrung und Austrittsöffnungen 501 aufweist, die mittels einer Kugele 5034 abschliessbar sind, die von einem elastischen Element, bzw. einer Metallfeder 5033, das auf einem Einsatzelement 504 ruht, nach oben gedrückt wird.
- Figur 2 zeigt die Mischvorrichtung 1 von Figur 1 mit einer manuell betätigbaren mechanischen Antriebsvorrichtung 75, 750 für das Förderelement 7", das von einer zweiseitig gelagerten Welle 75 gehalten ist, die mittels einer Kurbel 750 manuell antreibbar ist.
- Fig. 2 zeigt ferner vorzugsweise ausgestaltete Ventile 51, 52, durch die die Komponenten K1, K2 in die Mischkammer 100 einführbar sind. Die verschiedenen Ventile sind natürlich nur beispielsweise gezeigt. Normalerweise werden möglichst einheitliche Ventile verwendet.
- Figur 2a zeigt das Ventil 51, dessen mit Austrittsöffnungen 501 versehener Ventilkörper 500 von einem elastischen Schlauch 5031 umschlossen ist, der die Austrittsöffnungen 501 unter Druck der zugeführten ersten Komponente K1 freigibt und anschliessend wieder verschliesst, so dass das Mischprodukt MP nicht in die Leitung 91 eindringen kann.
- Figur 2b zeigt das Ventil 52, dessen Ventilkörper 500 von einer elastischen Kappe 5032 umschlossen ist, die eine dehnbare Austrittsöffnung 50321 aufweist; die unter Druck der zugeführten zweiten Komponente K2 aufgeweitet wird, diese passieren lässt und sich anschliessend wieder verschliesst, so dass das Mischprodukt MP nicht in die Leitung 91 eindringen kann.
- Figur 3 zeigt die Mischvorrichtung 1 von Figur 1 mit einem elektrischen Antrieb 70 für das Förderelement 7". Die mit dem Förderelement 7" versehene Welle 75 wird mittels eines Elektromotors 70 angetrieben, der anhand eines Schalters 79 ein- und ausgeschaltet. Vorzugsweise wird die Welle 75 innerhalb der Mischkammer 100 mittels Lagerelementen 76 gelagert, so dass sie nur einseitig aus dem Mischkörper 10 austritt und dort mit Dichtungselementen versehen werden muss.
- Figur 3 zeigt ferner Dosiervorrichtungen, wie Dosierkörper 81A, 81B, mittels derer das (freie) Volumen der Mischkammer 100 justierbar ist, und ein Expansionsgefäss 8, in die die Komponente K1 dosiert ausgelassen werden kann. Gezeigt ist ferner eine Füllstandsanzeige 4, anhand derer der Füllstand präzise abgelesen werden kann.
- Die Mischung zweier Komponenten, einer flüssigen ersten Komponente K1 und einer flüssigen, zähflüssigen oder pulverförmigen zweiten Komponente K2 verläuft anhand der Mischvorrichtung 1 von Figur 2 wie folgt.
- Einerseits können die zu mischenden Komponenten K1, K2 dosiert in die Mischkammer 100 eingeführt und dort gemischt werden. Dies kann in traditioneller Weise durch gravimetrische oder volumetrische Dosierung geschehen, was mit bekanntem Aufwand möglich ist. Alternativ kann der Füllstand an der Füllstandsanzeige 4 an der Messskala 40 abgelesen und die zweite Komponente K2 zugeführt werden, bis ein entsprechend kalkulierter Füllstand erreicht ist.
- Anhand der erfindungsgemässen Mischvorrichtung 1 kann dieser Aufwand jedoch weitgehend vermieden werden, indem in einem ersten Schritt die Mischkammer 100, die ein bekanntes Volumen aufweist, mit der ersten Komponente K1, beispielsweise Wasser, vollständig gefüllt wird. Anschliessend wird in der Mischkammer 100 ein Freiraum für die zweite Komponente K2 geschaffen. Beispielsweise wird ein bestimmtes Volumen der ersten Komponente K1 durch das manuell betätigbare Ventil 55 in das erste Expansionsgefäss 8 abgeführt oder durch die Austrittsöffnung 109 ausgelassen. Alternativ kann die Dosierschraube 81A oder der Kolben 81 B soweit aus dem Mischkörper 10 hinausgedreht bzw. hinausgefahren werden, bis der für die zweite Komponente K2 vorgesehene Volumenanteil freigegeben ist. Sofern in das frei gewordene Volumen nicht Luft einströmen kann, wird durch das entstehende Vakuum automatisch die zweite Komponente K2 in die Mischkammer 100 eingesaugt. Beispielsweise werden mit jeder Umdrehung der Dosierschraube 81A genau 5 ml der zweiten Komponente K2 in die Mischkammer 100 eingeführt.
- Besonders einfach gelingt die Dosierung mit der in Figur 4 gezeigten Mischvorrichtung 1, die drei Einlassventile 51, 52, 53, eine Dosierschraube 81A und ein Überdruckventil 510 aufweist. Die Zufuhrleitungen zu den Einlassventilen 51, 52, 53 oder diese selbst können mittels Schliessvorrichtungen 910, 920, 930 verschlossen werden. In einem ersten Schritt wird, nach dem Öffnen der ersten Schliessvorrichtung 910 die Mischkammer 1 mit der ersten Komponente K1 (z.B. Wasser) gefüllt, bis diese aus dem Überdruckventil 510 austritt, d.h. bis die Mischkammer 100 vollständig mit der ersten Komponente K1 gefüllt ist. In einem zweiten Schritt wird die erste Schliessvorrichtung 910 wieder geschlossen, die zweite Schliessvorrichtung 920 geöffnet und die Dosierschraube 81A um n Umdrehungen aus der Mischkammer 100 gedreht, wodurch ein entsprechendes Volumen der zweiten Komponente K2 automatisch in die Mischkammer 100 eingesaugt wird. In einem dritten Schritt wird die zweite Schliessvorrichtung 920 wieder geschlossen, die dritte Schliessvorrichtung 920 geöffnet und die Dosierschraube 81A um m Umdrehungen aus der Mischkammer 100 gedreht, wodurch ein entsprechendes Volumen der dritten Komponente K3 automatisch in die Mischkammer 100 eingesaugt wird. Die Antriebsvorrichtung wird vorzugsweise bereits nach Einfüllen der ersten Komponente K1 in Betrieb gesetzt, so dass die weiteren Komponenten kontinuierlich zugemischt werden.
- Das Mischprodukt MP wird nun solange durch die Mischkammer 100 zirkuliert werden, bis der gewünschte Durchmischungsgrad eintritt. Das gesamte Mischprodukt MP wird dabei mit jedem Zyklus in den Mischprozess einbezogen, so dass der angestrebte Durchmischungsgrad mit hoher Effizienz und minimalem zeitlichem Aufwand erreicht wird.
- Nach Abschluss des Mischprozesses wird die Auslassöffnung 109 bzw. das Auslassventil 59 geöffnet und das fertig gestellte Mischprodukt MP aus der Mischkammer 100 entleert. Das Entleeren bzw. die Abgabe des Mischprodukts MP erfolgt vorzugsweise unter Druckeinwirkung eines gasförmigen Mediums L, wie Luft, das beispielsweise durch eine der Eintrittsöffnungen (siehe Figur 1, Ventil 54) in die Mischkammer 100 eingeführt wird. Das unter Druck des gasförmigen Mediums L aus der Mischkammer 100 austretende Mischprodukt MP kann zwischengespeichert oder unmittelbar appliziert werden.
- In den Figuren 5a, 5b und 5c sind Dosiervorrichtungen gezeigt, die es erlauben, ein wählbares Volumen der zweiten Komponente K2 in einer Dosierkammer 1000 bereit zu stellen.
- In Figur 5a wird die Komponente K2 in die Dosierkammer 1000 eingeführt und der Füllstand mittels eines Messstabs 4 gemessen, der von einem Schwimmer gehalten ist. Nach Erreichen des gewünschten Füllstandes wird das dosierte Volumen der Komponente K2 über die Verbindungsleitung 92 in die Mischkammer 100 transferiert, indem Luft durch das Ventil 53d in die Dosierkammer 1000 eingepresst wird. In gewissen Fällen ist auch eine gravimetrischer Transfer möglich.
- In Figur 5b die Komponente K2 durch das Ventil 52d in die Dosierkammer 1000 eingesaugt, indem ein Dosierkolben 81 B um ein bestimmtes Mass aus dieser entfernt wird. In Figur 5c wird der Dosierkolben 81 B zurückgeführt, wodurch das Ventil 52d schliesst und das dosierte Volumen der Komponente K2 über die Verbindungsleitung 92 in die Mischkammer 100 transferiert wird.
- Figur 6 zeigt eine mit drei Eingangsleitungen 92, 900, 901 versehene Dosiervorrichtung mit einer Trommelkammer 1030, in der eine Dosiertrommel 3 mittels einer Welle 32 drehbar gelagert ist. Die Dosiertrommel 3 weist mehrere Dosierkammern 31 auf, die beispielsweise durch Drehung der Welle 32 in die Mischkammer 100 hinein drehbar sind (gezeigt in Figur 6). Die Trommelkammer 1030 ist in dieser Ausgestaltung integraler Bestandteil des Mischkörpers 10 und weist an den Begrenzungsplatten 1035, 1036 lediglich Eintritts- und Austrittsöffnungen 102 auf, durch die an bestimmten Trommelpositionen ein Medium in die Dosierkammer 31 hinein oder aus der Dosierkammer 31 hinaus transferierbar ist. Durch die Begrenzungsplatten 1035, 1036 und gegebenenfalls vorgesehene Dichtungselemente wird sichergestellt, dass die zugeführten Medien nur in die Dosierkammer 31 gelangen kann und das Mischprodukt MP auch nicht aus der Mischkammer 100 austreten kann. Möglich ist die Verwendung von einer oder mehreren Dosierkammern 31.
- Die Dosiervorrichtung von Figur 6 funktioniert wie folgt. In einer ersten Position ist ein der Dosierkammern 31 mit der ersten Eingangsleitung 900 und der Ausgangsleitung 900' verbunden durch die ein Spülmittel, gegebenenfalls Luft, geführt wird, um die Dosierkammer 31 zu entleeren und zu spülen. In einer optional vorgesehenen zweiten Position ist die Dosierkammer 31 mit der zweiten Eingangsleitung 901 verbunden, durch die ein gasförmiges Medium L, gegebenenfalls Luft oder Stickstoff geführt wird, um die Dosierkammer 31 zu trocknen. In einer dritten Position ist die Dosierkammer 31 mit der Eingangsleitung 92 verbunden, die eine zu mischende Komponente K2 führt, die entweder nur in die Dosierkammer 31 eingeführt oder durch diese hindurch zu einer Ausgangsleitung 92' geführt wird. Weiter kann die Dosierkammer 31 in die Mischkammer 100 gedreht werden, in der sie von der ersten Komponente K1 durchspült wird. Anschliessend wird die nun mit der ersten Komponente K1 gefüllte Dosierkammer 31 weiter in die erste Position gedreht, wo die erste Komponente K1 aus der Dosierkammer 31 ausgestossen wird. Das Füllen und Entleeren der Dosierkammer 31 erfolgt nun so oft, bis die gefüllte Dosierung erreicht ist. Sofern mehrere Dosierkammern 31 vorgesehen sind erfolgt der beschriebene Vorgang während einer Drehung der Dosiertrommel 3 sequentiell für jede Dosierkammern 31. Selbstverständlich können auch vierte und weitere Positionen vorgesehen werden, an denen weitere Komponenten aufgenommen werden können. Möglich ist natürlich auch, dass alle Komponenten sequentiell über dieselbe Leitung 92 zugeführt werden.
- Diese Vorrichtung mit der Dosiertrommel 3 kann vorteilhaft automatisiert werden, indem die Welle 32 der Dosiertrommel 3 beispielsweise mittels eines gesteuerten Elektromotors angetrieben wird.
- Damit die Dosiertrommel 3 manuell erfasst und gedreht werden kann, kann die Trommelkammer 1030 auch mit einer Öffnung versehen sein, die jedoch an den Rändern abzudichten ist.
- Figur 6a zeigt die Dosiervorrichtung von Figur 5 mit drei Ausgangsleitungen 900', 901' und 92'. Beispielsweise können die Leitungen 900, 900'; 901, 901' und 92, 92' je Bestandteil eines geschlossenen Kreislaufs sein.
- Figur 6b zeigt die Dosiervorrichtung von Figur 5 mit nur einer Ausgangsleitung 900', durch die die aus der Mischkammer 100 aufgenommene Flüssigkeit weggeführt wird. Die von der zweiten Leitung 901 zugeführte Luft wird hingegen durch eine Öffnung 10361 an die Umgebung abgegeben. In der dritten Position wird die Dosierkammer 31 durch die Begrenzungsplatte 1036 einseitig abgeschlossen.
- Der ringförmige Mischkörper 10 kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen. Figur 7 zeigt die Mischvorrichtung 1 von Figur 1 mit einem ersten Rohrelement 111, das mittels Verbindungselementen 110 mit verschiedenen zweiten Rohrelementen 112 verbindbar ist. Beispielsweise kann ein schlauchförmiges, flexibles zweites Rohrelement 112A an das erste Rohrelement 111 angeschlossen werden. Ferner sind Rohrelemente 112B, 112C unterschiedlicher Grösse aus Metall oder Kunststoff verwendbar, die es erlauben, ein bestimmtes Volumen der Mischkammer 100 zu einzustellen. Die Rohrelemente 111, 112 können auch dehnbar oder anderweitig justierbar, beispielsweise mit Balgelementen 1120C versehen sein. Ferner sind miteinander zu verbindende Rohrelemente verwendbar, deren Innen- und Aussendurchmesser aufeinander abgestimmt sind, und deren Enden mit zueinander korrespondierenden Innen- und Aussengewinden versehen sind, so dass sie sich in einfacher Weise miteinander verschrauben lassen. Für einzelne Anwendungen mag es auch genügen, wenn die Rohrelemente ineinander gestossen werden, wobei das Volumen der Mischkammer 100 wiederum wählbar eingestellt werden kann.
- Die Verwendung elastischer Rohrelemente 111; 112 erlaubt ferner eine definierte Expansion der Mischkammer 100 unter Druck der zugeführten Komponenten K1, K2, K3, .... Unter Druck dehnen sich beispielsweise die elastischen Balgelemente 1120C um das erforderliche Mass. Der Mischkörper 10 kann daher derart ausgestaltet sein, dass das Volumen der Mischkammer 100 vor Beginn des Mischprozesses fix auf einen festen Wert eingestellt werden kann und/oder dass das Volumen während des Mischprozesses unter Druck der zugeführten Komponenten K1, K2, K3 variabel auf einen bestimmten Wert eingestellt wird. Ein schlauchförmiges elastisches Rohrelement 112A kann beispielsweise unter Druck der zugeführten ersten Komponente K1 auf ein bestimmtes Volumen expandiert werden, wonach unter Druck ein Volumen der zweiten Komponente K2 zugeführt wird, wodurch eine weitere Expansion des elastischen Rohrelements 112A resultiert.
- Die in Figur 7 gezeigte Mischvorrichtung 1 ist an am Ausgang des ersten Rohrelements 111, anschliessend an die Einlassventile 51, 52 ferner optional mit einem statischen Mischer 2 versehen, durch den das Mischprodukt MP entweder verwirbelt oder in weitgehend laminar verlaufende Teilströme aufgeteilt wird, die individuell aus ersten in unterschiedliche zweite Querschnittsegmente der Mischkammer 100 überführt werden. Vorteilhaft ist eine Verwirbelung. Durch die Verwendung des statischen Mischers 2 kann der Mischprozess weiter beschleunigt werden.
- Nach Gebrauch der in Figur 7 gezeigten Mischvorrichtung 1 können die Teile 111, 112 des Mischkörpers 10 voneinander gelöst und problemlos gereinigt und anschliessend raumsparend deponiert werden.
- Figur 8 zeigt die Mischvorrichtung 1 von Figur 1 mit elektrisch gesteuerten Ventilen 51', 52', 53', die mit mechanischen Rückschlagventilen 51, 52, 53 gekoppelt sind. Lediglich das der Zufuhr von Luft L dienende elektrisch gesteuerte Ventil 54' ist nicht mit einem Rückschlagventil gekoppelt, so dass beispielsweise beim Einfüllen der ersten Komponente K1 die Luft durch das Ventil 54' entweichen kann. Optional kann ein elektrisch gesteuertes Überlaufventil 55' vorgesehen sein, durch das Flüssigkeit in ein Gefäss transferiert werden kann. Die steuerbaren Ventile 51', 52', ..., 54' sind durch Steuerleitungen 61, 62, ..., 64 mit einer Steuereinheit 6 verbunden, mittels der vorzugsweise auch die Antriebseinheit 70 und steuerbar ist. Die Steuerung der Vorrichtung, insbesondere die Dosierung kann anhand der Steuereinheit 6 auch vollautomatisch durchgeführt werden. Dazu werden vorzugsweise Messfühler 800 (siehe Figur 3) vorgesehen, mittels derer beispielsweise der Füllstand eines Expansionsgefässes 8 gemessen und das zugehörige Ventil 55 (siehe Figur 8) betätigt wird. Ferner kann auch die Temperatur des Mischprodukts MP gemessen und gegebenenfalls ein Heizelement gesteuert werden.
- Die für die Mischvorrichtung 1 verwendeten Ventile können natürlich auch in anderer Weise, beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch, steuerbar sein.
- Die Mischvorrichtung 1 von Figur 8 weist ferner zwei optional vorgesehene statische Mischer 2a, 2b auf, die nahe der Austrittsöffnungen der Ventile 52, 53 angeordnet sind, durch die die Komponenten K2 und K3 in die Mischkammer 100 eingeführt werden. Dies erlaubt, die Komponenten K2 und K3 nach dem Eintreten in die Mischkammer 100 rasch in das Mischprodukt einzumischen.
- Wie oben beschrieben wurde, wird das an oder mit der Welle 75 drehbar oder entlang der Welle 75 axial verschiebbar gelagerte Förderelement 7, 7' vorzugsweise durch Magnetkraft angetrieben.
- Figur 9 zeigt das als Magnetrotor ausgestaltete Förderelement 7 von Figur 1, das starr angeordnete Flügelelemente 71 aufweist, die zwischen der Welle 75 und einem mit Magneten versehenen Magnetring 72 gehalten sind. Während der Drehung des Magnetrotor 7 wird das Mischprodukt MP durch die Flügelelemente 71 in Flussrichtung gefördert. Die auf den Magnetring 72 aufgesetzten Magnete beispielsweise aus AlNiCo, SmCo, NdFeB gefertigt. Vorzugsweise werden Hochenergie-Magnete aus den seltenen Erden verwendet. Diese Materialien zeichnen sich durch ihr hohes Energieprodukt von über 300 kJ pro Kubikmeter aus. Von praktischer Bedeutung sind dabei Materialien der Lanthanidengruppe, insbesondere Samarium-Cobalt (SmCO) und Neodymium-Eisen-Bor (NdFeB).
- Durch Anlegen eines äusseren Magnetfeldes, das wie in den Figuren 9, 10, 11 und 12 gezeigt, mittels elektrischen Spulen 700 bzw. 700A, 700B oder mittels einer äusseren Magnethalterung bzw. eines äusseren Magnetrings 7000, 7000' erzeugt wird, kann das Förderelement 7, 7' in Bewegung versetzt werden.
- In Figur 9 wird mittels der Spulen 700 ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, welches das als Magnetrotor ausgestaltete Förderelement 7, auf dem die Permanentmagnete alternierend ausgerichtet sind, erfasst und dreht.
- In Figur 10 ist ausserhalb des Mischkörpers 10 eine mit Permanentmagneten versehene äussere Magnethalterung, bzw. ein äusserer Magnetring 7000, vorgesehen, der derart mit dem Magnetrotor 7 gekoppelt ist, dass die Felder der einander zugeordneten Permanentmagnete des inneren Magnetrings 72 und des äusseren Magnetrings 7000 in gleicher Richtung ausgerichtet sind und sich gegenseitig verstärken. Der innere Magnetring 72 und der äussere Magnetring 7000 sind daher starr miteinander gekoppelt. Sofern der äussere Magnetring 7000 manuell oder motorisch gedreht wird, erfolgt daher auch die gewünschte Drehung des Magnetrings 72, wonach die Flügelelemente 71 das Mischprodukt MP verwirbeln und durch die Mischkammer 100 fördern.
- Figur 11 zeigt das axial verschiebbar gelagerte Förderelement 77' von Figur 2 in einer weiteren Ausgestaltung mit Flügelelementen 710, die mittels Wellen 711 zwischen zwei Positionen drehbar gelagert sind. In der ersten Position sind die Flügelelemente 710 aufgefaltet und fördern das Mischprodukt MP in die eine Verschiebungsrichtung. In die andere Verschiebungsrichtung werden die Flügelelemente 710 zugefaltet, so dass das Mischprodukt MP ungehindert passieren kann. Alternativ kann das Förderelement 7' auch mit einem Schirmelement versehen werden, das sich beim Stossen durch das Mischprodukt MP schliesst und beim Ziehen durch das Mischprodukt MP öffnet. Sofern das derart ausgestaltete Förderelement 7' nun entlang der Welle 75 vor- und zurückgeführt wird, wird das Mischprodukt MP stets nur in eine Richtung gefördert. Der innere Magnetring 72 ist bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise mit Permanentmagneten gleicher radialer Polausrichtung (N-N-...) bestückt.
- Sofern nun Ströme in unterschiedlichen Richtungen durch die in Figur 11 gezeigten Spulen 700A, 700B geführt werden, werden Felder unterschiedlicher Polarität ausgebildet, von denen eines den inneren Magnetring 72 in eine Richtung anzieht und das andere diesen in dieselbe Richtung abstösst. Durch einfaches Umschalten der Ströme kann das Förderelement 7' somit axial vor und zurück verschoben und das Mischprodukt MP gefördert werden.
- In Figur 12 ist wiederum ein äusserer Magnetring 7000' mit Permanentmagneten vorgesehen, die radial in gleicher Richtung ausgerichtet sind, so wie die Permanentmagnete des Förderelements 7', wodurch eine Kopplung zwischen dem inneren und dem äusseren Magnetring 7', 7000' resultiert. Um die Kopplung zwischen den Magnetringen 7', 7000' zu verbessern, sind zusätzlich Rückschlusselemente 7050', 7500 vorgesehen, durch die die voneinander abgewandten Pole der Permanentmagnete eng gekoppelt werden. Der äussere Magnetring 7000' schwebt daher stets auf der Höhe des inneren Magnetrings 72, der jedoch den Bewegungen des äusseren Magnetrings 7000' folgt und dadurch angetrieben werden kann. Der äussere Magnetring 7000' selbst kann manuell oder motorisch angetrieben werden.
- Das Förderelement 7 bzw. 7' kann daher ohne mechanischen Eingriff in die Mischkammer 100 mittels von aussen einwirkenden Magnetkräften gedreht oder axial verschoben werden. Die Verwendung von hartmagnetischen Magneten ausserhalb der Mischkammer 100 zur Bildung des Magnetfeldes erlaubt eine besonders vorteilhafte berührungslose Kopplung des Förderelements 7, 7' mit einer äusseren Antriebseinheit 7, die Energie lediglich für den Antrieb des Förderelements 77 bzw. 77' und nicht für die Erzeugung des Magnetfeldes aufwenden muss.
- Figur 13 zeigt eine erfindungsgemässe Mischvorrichtung 1 mit einem ringförmigen Mischkörper 10, der ein gerades Rohrelement 111 und ein ergänzendes flexibles, elastisches oder starres Ergänzungselement 112A bzw. 112B aufweist. Im oder am geraden Rohrelement 111 sind alle Funktionselemente der Mischvorrichtung 1, nämlich der Antrieb 7 mit dem Förderelement 7, der optional vorgesehen statische Mischer 2, die Einlass- und Auslassventile 51, 52, 53, 59 und ein Dosierkörper 81A vorgesehen. Die erfindungsgemässe Mischvorrichtung 1 kann in dieser Art sehr kompakt aufgebaut werden. Sofern ein Schlauch als Ergänzungselement 112A verwendet wird, reduzieren sich die Abmessungen der Mischvorrichtung 1 für die Lagerung und den Transport auf die Abmessungen des geraden Rohrelements 111. Anstelle eines Schlauches kann auch ein hartelastisches Kunststoffrohr oder ein Leichtmetall rohr 112B verwendet werden, das beispielsweise mittels zwei Flanschelementen 110 mit dem geraden Rohrelement 111 verbunden wird.
- Aufgrund des einfachen Aufbaus und der geringen Abmessungen sind die in den Figuren 1 bis 13 gezeigten Mischvorrichtungen 1 auch flexibel einsetzbar. Die Mischvorrichtungen 1 können problemlos zu einem Einsatzort getragen, gegebenenfalls dort erst zusammengebaut und verwendet werden.
- Die erfindungsgemässe Mischvorrichtung 1 wurde in bevorzugten Ausgestaltungen beschrieben und dargestellt. Anhand der erfindungsgemässen Lehre sind jedoch weitere fachmännische Ausgestaltungen realisierbar. Insbesondere sind verschiedene Formen des Mischkörpers 10 realisier, der eine in sich geschlossene Mischkammer 100 aufweisen, die jedoch einen beliebigen, beispielsweise ring- oder kreisförmigen Verlauf aufweisen kann. Ferner sind weitere Antriebs- und Steuermechanismen und selbstverständliche auch andere Ventile einsetzbar, die in einer dem Fachmann bekannten Weise mit dem Mischkörper 10 verbunden, z.B. verschraubt oder verschweisst werden. Ferner sind natürlich auch die Materialien der Vorrichtungsteile bedarfsweise wählbar.
- Die Vorrichtung ist geeignet zum Mischen einer flüssigen Komponente und mindestens einer weiteren flüssigen, zähflüssigen oder pulvrigen Komponente (K1, K2,...).
- Insbesondere eignet sich die Vorrichtung zum Vermischen von reaktiven Verbindungen. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung für das Einmischen einer reaktiven Komponente K2 in eine flüssige Komponente K1, wobei die reaktive Komponente K2 entweder mit der flüssigen Komponente K1 reagieren kann oder unter dem Einfluss der flüssigen Komponente K1 mit sich selber reagieren kann. In diesen Fällen ist es vielfach wichtig eine unkontrollierte Reaktion zu verhindern. Derartige Reaktionen sind beispielsweise in Polymerisierungs- oder Oligomerisierungsreaktionen vielfach anzutreffen. In derartigen Reaktionen ist es vielfach nötig, die Komponente K2 in einer möglichst kleinen Konzentration in die Komponente K1 einzumischen.
- Die Menge der Komponente K1 ist vorzugsweise viel höher als die Komponenten K2, K3...Typischerweise ist das Verhältnis von Masse des eingesetzte K1 zu Masse des Mischproduktes ≥ 0.5, insbesondere ≥ 0.6, bevorzugt ≥ 0.7.
- So lassen sich beispielsweise niedermolekulare Polymere oder Oligomere herstellen, indem die Komponente K1 Wasserstoffperoxid oder eine Dispersion eines organischen Peroxides darstellt und die Komponente K2 ein (Meth)acrylat darstellt.
- Ein weiteres illustrierendes Beispiel für den Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt sich in der Herstellung von Addukten von Polyisocyanaten und Polyaminen. Stellt die Komponente K1 ein Polyamin, z. B. ein Diamin der Formel H2N-R'-NH2, oder eine Lösung davon in einem Lösungsmittel, dar, zu dem die Komponente K2 zudosiert wird und welche ein Polyisocyanat, z. B. ein Diisocyanat der Formel OCN-R"-NCO, ist und wobei R' und R" jeweils einen divalenten organischen Rest darstellen, kann sehr effizient ein Addukt der Formel (I) hergestellt werden.
- Stellt hingegen die Komponente K1 ein Polyisocyanat, z. B. ein Diisocyanat der Formel OCN-R"-NCO, dar, zu dem die Komponente K2 zudosiert wird und welche ein Polyamin, z. B. ein Diamin der Formel H2N-R'-NH2, oder eine Lösung davon in einem Lösungsmittel, ist und wobei R' und R" jeweils einen divalenten organischen Rest darstellen, kann sehr effizient ein Addukt der Formel (II) hergestellt werden.
- In beiden Fällen kann die Bildung von höher molekularen Addukten stark verringert werden.
- Ein weiteres illustrierendes Beispiel für den Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung stellt die Herstellung von Molekülen, welche über eine intramolekulare Reaktion, insbesondere unter einer intramolekularen Ringbildung, hergestellt werden, dar. Als Beispiel hierfür sei im Folgenden schematisch die Reaktion eines Diols HO-R'-OH als Komponente K2 mit einem Carbonsäuredichlorid CICO-R"-COCI als Komponente K3 und einer Base in einem Lösungsmittel als Komponente K1 zu einem intramolekularen Diester (III) aufgezeigt. Die Polyesterbildung (IV) (m>>1) kann somit zu einem Grossteil vermindert werden.
- Ein bevorzugtes Beispiel für den Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt sich für die Herstellung von wässrigen Silanlösungen.
- Stellt die Komponente K1 Wasser oder eine wässrige Lösung dar, zu welcher mindestens ein Silan und/oder mindestens ein Titanat als Komponente K2 zudosiert wird, kann mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung eine homogene wässrige Lösung erhalten werden, ohne dass sich Ausfällungen oder Trübungen, welche durch höhere oligomere Siloxane oder Titanate hergerufen werden, bilden.
- Die Komponente K1 enthält in dieser bevorzugten Ausführungsform neben Wasser mindestens eine Säure. Die Säure kann organisch oder anorganisch sein. Organische Säuren sind einerseits Carbonsäuren, insbesondere eine Carbonsäure, welche ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Ameisen-, Essig-, Propion-, Trifluoressig-, Oxal-, Malon-, Bernstein-, Malein-, Fumar- und Zitronensäure sowie Aminosäuren, insbesondere Asparginsäure und Glutaminsäure. Bevorzugt sind Säuren die einen pKa zwischen 4.0 und 5 aufweisen. Derartige Säuren verfügen wegen ihrem pKa über eine ausgezeichnete Pufferwirkung in dem für die vorliegende Erfindung optimalen pH-Bereich von 3.5 bis 4.5, welcher nach dem Mischen der Komponenten K1, K2, ... resultiert. Unter "pKa" versteht der Chemiker bekannterweise den negativen dekadischen Logarithmus der Säuredissoziationskonstante Ka: pKa = -log10Ka.
- Als Carbonsäure ist Essigsäure bevorzugt. Als organische Säuren sind anderseits auch solche geeignet, welche ein Schwefelatom oder ein Phosphoratom enthalten. Derartige organische Säuren sind insbesondere organische Sulfonsäuren. Unter organischer Sulfonsäure werden Verbindungen verstanden, welche einen Kohlenstoff-Atome aufweisenden organischen Rest sowie mindestens eine funktionelle Gruppe -SO3H aufweisen. Die aromatische Sulfonsäure kann ein- oder mehrkernig sein und es können eine oder mehrere Sulfonsäure-Gruppen vorhanden sein. Beispielswiese können dies 1- oder 2-Napthalinsulfonsäure, 1,5-Napthalindisulfonsäure, Benzolsulfonsäure oder Alkylbenzolsulfonsäuren sein.
- Die Komponente K1 kann weitere Bestandteile umfassen, welche aber auch separat als weitere Komponenten K3, K4,... zugegeben werden können. Beispiele für derartige Zusätze sind Lösungsmittel, anorganische Füllstoffe, Katalysatoren und Stabilisatoren, Farbstoffe oder Pigmente.
- In der beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Komponente K2 mindestens ein Silan.
- Mit dem Begriff "Organosilan" oder kurz "Silan" werden im vorliegenden Dokument Verbindungen bezeichnet, in denen zum einen mindestens eine, meistens zwei oder drei, hydrolysierbare Gruppe direkt an das Silicium-Atom gebunden ist, und die zum anderen mindestens einen direkt an das Silicium-Atom (über eine Si-C-Bindung) gebundenen organischen Rest aufweisen und keine Si-O-Si-Bindungen aufweisen. Die Silane, beziehungsweise deren Silangruppen, haben die Eigenschaft, bei Kontakt mit Feuchtigkeit zu hydrolysieren. Dabei bilden sich Organosilanole, das heisst Silicium-organische Verbindungen enthaltend eine oder mehrere Silanolgruppen (Si-OH-Gruppen) und, durch nachfolgende Kondensationsreaktionen, Organosiloxane, das heisst Silicium-organische Verbindungen enthaltend eine oder mehrere Siloxangruppen (Si-O-Si-Gruppen).
- Mit dem Begriff "Titanat" werden im vorliegenden Dokument Verbindungen bezeichnet, in denen zum einen mindestens eine, meistens zwei oder drei, typischerweise vier, hydrolysierbare Gruppe direkt an das Titanatom gebunden sind.
- Mit Begriffen wie "Aminosilan", "Epoxysilan", "Alkylsilan", "(Meth)acrylatosilan", "Mercaptosilan" und "Vinylsilane" werden Silane bezeichnet, welche die entsprechende funktionelle Gruppe aufweisen, hier also ein Aminoalkylsilan, Epoxyalkylsilan, Alkylsilan, (Meth)acryloxysilan, Mercaptoalkylsilan und Vinylsilan.
- Als Silane sind insbesondere Aminosilane, Epoxysilane, Mercaptosilane, (Meth)acrylatosilan und Alkylsilane geeignet.
- Als Aminosilane sind einerseits insbesondere Aminosilane der Formel (V) geeignet.
- Als Aminosilane sind andererseits insbesondere diejenigen Reaktionsprodukte geeignet, welche durch die Reaktion von Aminosilanen der Formel (V) und einer aminoreaktiven Verbindung (ARV) hergestellt werden, wobei die aminoreaktiven Verbindung mindestens eine funktionellen Gruppe, welche mit einer primären oder sekundären Aminogruppe reagieren kann, enthält und das Aminosilan der Formel (V) mindestens eine sekundäre oder primäre Aminogruppe aufweist.
- Hierbei steht R1 für eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, bevorzugt für eine Methyl- oder für eine Ethylgruppe. R1 steht vorzugsweise für eine Methylgruppe.
- Weiterhin steht X für eine hydrolysierbare Gruppe, insbesondere für die Gruppe OR2, wobei R2 für eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen, bevorzugt für eine Methylgruppe oder für eine Ethylgruppe oder für eine Isopropylgruppe. R2 steht vorzugsweise für eine Methylgruppe oder für eine Ethylgruppe.
- Weiterhin steht R3 für eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 4 C-Atomen. R3 steht vorzugsweise für eine Propylengruppe.
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- Als besonders vorteilhafte Reste einer linearen Alkylengruppe mit 1 bis 10 C-Atomen mit weiteren Heteroatomen R5 gelten die Reste CH2CH2NH2 und CH2CH2NHCH2CH2NH2.
- Schliesslich steht der Index a für einen Wert 0, 1 oder 2, insbesondere für 0 oder 1. Bevorzugt steht a für 0.
- Beispiele für derartige Aminosilane der Formel (V) sind 3-Aminopropyl-trimethoxysilan, 3-Aminopropyl-dimethoxymethylsilan, 3-Amino-2-methylpropyltrimethoxysilan, 4-Aminobutyl-trimethoxysilan, 4-Aminobutyl-dimethoxymethylsilan, 4-Amino-3-methylbutyl-trimethoxysilan, 4-Amino-3,3-dimethylbutyl-trimethoxysilan, 4-Amino-3,3-dimethylbutyl-dimethoxymethylsilan, 2-Aminoethyltrimethoxysilan, 2-Aminoethyl-dimethoxymethylsilan, Aminomethyl-trimethoxysilan, Aminomethyl-dimethoxymethylsilan, Aminomethylmethoxydimethylsilan, N-Methyl-3-Aminopropyl-trimethoxysilan, N-Ethyl-3-Aminopropyl-trimethoxysilan, N-Butyl-3-Aminopropyl-trimethoxysilan, N-Cyclohexyl-3-Aminopropyl-trimethoxysilan, N-Phenyl-3-Aminopropyl-trimethoxysilan, N-Methyl-3-Amino-2-methylpropyl-trimethoxysilan, N-Ethyl-3-Amino-2-methylpropyl-trimethoxysilan, N-Ethyl-3-Aminopropyl-dimethoxy-methylsilan, N-Phenyl-4-Aminobutyl-trimethoxysilan, N-Phenyl-aminomethyl-dimethoxymethylsilan, N-Cyclohexylaminomethyl-dimethoxymethylsilan, N-Methyl-aminomethyl-dimethoxymethylsilan, N-Ethyl-aminomethyl-dimethoxymethylsilan, N-Propyl-aminomethyl-dimethoxymethylsilan, N-Butyl-aminomethyl-dimethoxymethylsilan; N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyl-trimethoxysilan, Bis(trimethoxysilylpropyl)amin, Tris(trimethoxysilylpropyl)amin sowie deren Analoga mit Ethoxy- oder Isopropoxygruppen anstelle der Methoxygruppen am Silicium.
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- Die meist bevorzugten Aminosilane der Formel (V) sind die Aminosilane 3-Aminopropyl-trimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyl-trimethoxysilan, 3-[2-(2-Aminoethylamino)-ethylamino]-propyl-trimethoxysilan, Bis(trimethoxysilylpropyl)amin und Tris(trimethoxysilylpropyl)amin.
- In einer Ausführungsform ist das Aminosilan ein Reaktionsprodukt eines Aminosilans der Formel (V), wie es oben beschrieben worden ist, und welches mindestens eine sekundäre oder primäre Aminogruppe aufweist, mit einer Verbindung (ARV), welche mindestens eine funktionellen Gruppe, welche mit einer primären oder sekundären Aminogruppe reagieren kann.
- Diese funktionelle Gruppe, welche mit einer primären oder sekundären Aminogruppe reagieren kann, ist bevorzugt eine Epoxygruppe. Es sind aber auch andere Gruppen, wie beispielsweise Isocyanat-Gruppen oder aktivierte Doppelbindungen, denkbar. Insbesondere geeignete Verbindungen mit Epoxygruppen sind Epoxysilane. Als bevorzugte Verbindungen (ARV), welche mit dem Aminosilan der Formel (V) mit mindestens einer sekundären oder primären Aminogruppe reagieren kann sind Epoxysilane der Formel (X)
- R1' steht hierbei für eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, bevorzugt für eine Methyl- oder für eine Ethylgruppe. steht. R2' steht für eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen. Weiterhin steht R3' für eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 4 C-Atomen und a' für 0, 1 oder 2, insbesondere für 0 oder 1.
- R1' steht insbesondere für eine Methylgruppe. R2' steht bevorzugt für eine Methylgruppe oder für eine Ethylgruppe oder für eine Isopropylgruppe. Als besonders bevorzugt steht R2' für eine Methylgruppe oder für eine Ethylgruppe. R3' steht bevorzugt für Propylen. Der Index a' steht bevorzugt für 0.
- Als Epoxysilane sind beispielsweise 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-trimethoxysilan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-triethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyl-triethoxysilan und 3-Glycidyloxypropyl-trimethoxysilan.
- Als bevorzugte Epoxysilane gelten 3-Glycidyloxypropyl-triethoxysilan und 3-Glycidyloxypropyl-trimethoxysilan. Das meist bevorzugte Epoxysilane ist 3-Glycidyloxypropyl-trimethoxysilan.
- Das Aminosilan der Formel (V), welches für das Reaktionsprodukt eingesetzt wird, sind neben N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyl-trimethoxysilan und N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyl-triethoxysilan, bevorzugt N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyl-trimethoxysilan, insbesondere Aminosilane der Formel (VII) oder (VIII), insbesondere 3-Aminopropyl-trimethoxysilan, Bis(trimethoxysilylpropyl)-amin, 3-Aminopropyl-triethoxysilan und Bis(triethoxysilylpropyl)amin. Bevorzugt sind 3-Aminopropyl-trimethoxysilan und Bis(trimethoxysilylpropyl)amin.
- Je nach Stöchiometrie des Aminosilans der Formel (V) und der aminreaktiven Verbindung (ARV) kann das Reaktionsprodukt noch primäre oder sekundäre Aminogruppen aufweisen oder nicht.
- Beispiele für derartige Reaktionsprodukte sind Verbindungen der Formel (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV) und (XVI).
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- Selbstverständlich sind auch inter- und intramolekuare weitere Reaktionsprodukte, wie sie durch Ringbildungen und Umesterungsreaktionen erhältlich sind, möglich.
- Beispiele für aminreaktiven Verbindungen (ARV) mit aktivierten Doppelbindungen sind beispielsweise α,β-ungesättigte Verbindungen, insbesondere Maleinsäurediester, Fumarsäurediester, Citraconsäurediester, Acrylsäureester, Methacrylsäureester, Zimtsäureester, Itaconsäurediester, Vinylphosphonsäurediester, Vinylsulfonsäurearylester, Vinylsulfone, Vinylnitrile, 1-Nitroethylene oder Knoevenagel-Kondensationsprodukte wie beispielsweise solche aus Malonsäurediestern und Aldehyden wie Formaldehyd, Acetaldehyd oder Benzaldehyd. Derartige aminreaktive Verbindungen bilden Michael-Addukte, bei denen das Amin an die Doppelbindung addiert. Beispiele derartiger Reaktionsprodukte sind Michael-Addukte von 3-Aminopropyl-trimethoxysilan, 3-Aminopropyl-dimethoxymethylsilan, 4-Amino-3,3-dimethylbutyl-trimethoxysilan, 4-Amino-3,3-dimethylbutyl-dimethoxymethylsilan, Aminomethyl-trimethoxysilan oder Aminomethyl-dimethoxymethylsilan an Maleinsäuredimethyl-, -diethyl- oder -dibutylester, Acrylsäuretetrahydrofurfuryl-, - isobornyl-, -hexyl-, -lauryl-, -stearyl-, 2-hydroxyethyl- oder 3-hydroxypropylester, Phosphonsäuredimethyl-, -diethyl- oder -dibutylester, Acrylnitril, 2-Pentennitril, Fumaronitril oder β-Nitrostyrol, sowie die Analoga der genannten Aminosilane mit Ethoxy- anstelle der Methoxygruppen am Silicium. Insbesondere ist das Michael-Addukt N-(3-Trimethoxysilyl-propyl)-amino-bernsteinsäurediethylester zu nennen.
- Beispiele für aminreaktiven Verbindungen (ARV) mit Isocyantgruppen sind Isocyanatosilane oder Polyisocyanate. Als Isocyanatosilan sind insbesondere 3-Isocyanatopropyl-trimethoxysilan und 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan zu nennen. Als Polyisocyanate sind beispielsweise 2,4- und 2,6-Toluylendüsocyanat (TDI) und beliebige Gemische dieser Isomeren, 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diphenylmethandüsocyanat (MDI) und beliebige Gemische dieser und weiterer Isomeren, 1,3- und 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,3,5,6-Tetramethyl-1,4-diisocyanatobenzol, 1,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI), 2-Methylpentamethylen-1,5-diisocyanat, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethyl-1,6-hexamethylendiisocyanat (TMDI), 1,12-Dodecamethylendüsocyanat, Cyclohexan-1,3- und - 1,4-diisocyanat und beliebige Gemische dieser Isomeren, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (=Isophorondüsocyanat oder IPDI), Perhydro-2,4'- und -4,4'-diphenylmethandiisocyanat (HMDI), 1,4-Diisocyanato-2,2,6-trimethylcyclohexan (TMCDI), m- und p-Xylylendiisocyanat (XDI), 1,3- und 1,4-Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), 1,3- und 1,4-Bis-(isocyanatomethyl)-cyclohexan, Oligomere der vorgenannten Polyisocyanate, sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Polyisocyanate. Bevorzugt sind MDI, TDI, HDI und IPDI, sowie deren Biurete oder Isocyanurate.
- Falls das Silan ein Epoxysilan ist, sind die Epoxysilane, wie sie oben als Aminreaktive Verbindungen (ARV) beschrieben worden sind, vorzuziehen.
- Beispielhaft als Mercaptosilan als Silan sind 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan und 3-Mercaptopropyl-triethoxysilan zu nennen.
- Beispielhaft als (Meth)acrylatosilan als Silan sind 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan und 3-Methacryloxypropyltriethoxysilan zu nennen.
- Falls das Silan ein Alkylsilan ist, sind insbesondere die Silane mit C1-C6-Alkylresten zu nennen, wie beispielsweise Methyltrimethoxysilan, Ethyltrimethoxysilan und Butyltrimethoxysilan.
- Die Komponente K2 kann weitere Bestandteile enthalten. Diese weiteren Bestandteile können jedoch auch separat als Komponenten K3, K4 etc. zugefügt werden. Derartige weitere Bestandteile sind insbesondere Tenside, Lösungsmittel, anorganische Füllstoffe, Katalysatoren und Stabilisatoren, Farbstoffe oder Pigmente.
- Als Tenside können natürliche oder synthetische Stoffe verwendet werden, welche in Lösungen die Oberflächenspannung des Wassers oder anderer Flüssigkeiten herabsetzen. Als Tenside, auch Netzmittel genannt, können anionische, kationische, nichtionische oder ampholytische Tenside oder deren Mischungen verwendet werden. Bevorzugt ist ein Verhältnis von Silan zu Tensid zwischen 5:1 und 1:2. Das optimale Verhältnis von Silan zu Tensid beträgt, insbesondere für Aminosilane als Silane, einen Wert von 3:1 bis 2:3. Es ist bevorzugt, dass die Komponente K2 nicht weniger als 33 Gew.-%, insbesondere nicht weniger als 40 Gew.-% an Silan aufweist. Es sit vorteilhaft, wenn die Komponente K2 nicht mehr als 1 Gew.-%, insbesondere nicht mehr als 0.5 Gew.-%, an Wasser aufweist. Besonders bevorzugt besteht die Komponente K2 im Wesentlichen lediglich aus Silan und Tensid. Unter "wesentlich" wird hierbei verstanden, dass die Gewichtssumme von Silan und Tensid mehr als 90 Gew.-%, insbesondere mehr als 95%, bevorzugt mehr als 99 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Komponente K2, beträgt.
- Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Vermischen von mindestens einer wenigsten einer flüssigen Komponente und mindestens einer weiteren flüssigen, zähflüssigen oder pulvrigen Komponente (K1, K2,...) mittels einer Vorrichtung wie sie vorgängig beschrieben wurde.
- Es hat sich erwiesen, dass auf diese Art und Weise eine innige Vermischung ermöglicht ist, so dass lediglich kleine lokale Konzentrationen an reaktiven Verbindungen auftreten, wenn die Komponenten K1 und K2 aufeinander treffen zumindest zum Reaktionszeitpunkt. Dadurch kann die Ausbildung von höhermolekularen Spezies, verhindert oder stark reduziert werden, so dass weitgehend niedermolekulare Verbindungen gebildet werden.
- Des Weiteren lassen sich diese gewünschten nieder molekularen Verbindungen in einer relativ hohen Konzentration erzielen, ohne dass Lösungsmittel in grosser Menge abgetrennt werden muss.
- Deshalb sind besonders erfindungsgemässe Vorrichtungen bevorzugt, die einerseits eine starken Umwälzung der Komponente K1, beziehungsweise des Mischproduktes, in der Ringleitung aufweisen und in welchen beim oder unmittelbar nach dem Einbringungsort der jeweiligen Komponenten, insbesondere der Komponente K2, turbulente Strömungen aufweisen. Deshalb ist der Einsatz von Statikmischern 2 oder des Förderelementes 7,7',7", insbesondere in Flussrichtung unmittelbar nach oder in der Nähe der Einlassöffnungen 101, 102, 103 oder der Dosierkammer 31, bevorzugt. Um eine möglichst effiziente Vermischung zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, wenn mehrere Förderelemente 7,7',7" und/oder Statikmischer 2 eingesetzt werden. Die Zudosierung der Komponenten erfolgt vorzugsweise langsam. Dies kann durch kontinuierliches Zugeben oder durch pulsartiges Zugeben erfolgen. Die Zudosiergeschwindigkeit muss abgestimmt sein auf die Reaktivität der Komponenten, die Fliessgeschwindigkeit, die Konzentration, die Viskosität sowie auf Turbulenz in der Mischkammer insbesondere beim oder nach dem Eintrittsort der Komponenten in die Mischkammer.
- Typischerweise erfolgt das Verfahren wie folgt. Die Mischkammer 100 wird mit der Komponente K1 befüllt. Dann wird unter Umwälzung mittels Förderelemente 7,7',7" der Komponente K1 die Komponente K2 zudosiert, so dass sich in der Kammer eine Mischung von K1 und K2 bzw. daraus gebildeten Reaktionsprodukte befinden, die ebenfalls umgewälzt werden. Nach dem Beenden der Zudosierung der Komponente K2 wird so lange weiterumgewälzt, bis gewünschte Mischprodukt in der gewünschten Qualität vorhanden ist. Es kann von Vorteil sein, dass die Mischkammer 100 nun gefüllt ist. Beispielsweise ist eine allfällig mögliche Schaumbildung in einer vollständig gefüllten Mischkammer 100 nicht vorhanden oder stark unterdrückt. Es kann aber auch Vorteil sein, dass die Mischkammer 100 nun nicht vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, und sich beispielsweise noch Luft oder ein Inertgas wie Stickstoff, in der Mischkammer befindet. Eine derartige Befüllung kann beispielsweise in Bezug auf bessere Durchmischung vorteilhaft sein.
- Nachdem das gewünschte Mischprodukt in der gewünschten Qualität vorliegt, wird dieses durch eine Auslassöffnung 109 der Vorrichtung entnommen. Anschliessend kann die Vorrichtung für weitere Mischvorgänge benutzt werden. Es kann von Vorteil sein, dass die Vorrichtung nach der Entleerung des Mischproduktes aus der Vorrichtung ein Reinigungsvorgang der Vorrichtung erfolgt. So kann die Mischkammer mit einem Lösungsmittel oder der Komponente K1 gefüllt und umgewälzt werden und anschliessend entleert und allenfalls durch Luft oder Gas getrocknet werden. Die Durchführung derartiger Reinigungsvorgänge können auch automatisch, zum Beispiel nach einer gewissen Anzahl von Misch- und Entleerungsvorgängen oder nach gewissen Zeitabschnitten durchgeführt werden.
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- [1]
-
WO 02/32562 A1 - [2]
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US 4'191'480 - [3]
-
US 4'264'212 - [4]
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US 5'240'327 - [5]
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US 6'024'481 - [6]
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US 2004/0190372 A1 -
- 1
- Mischvorrichtung
- 10
- Mischkörper
- 100
- Mischkammer
- 1000
- Dosierkammer
- 1030
- Trommelkammer
- 1035, 1036
- Begrenzungsplatten
- 101, 102, 103
- Einlassöffnungen
- 105
- Überlauföffnung
- 1050
- Überlauföffnung oder Entlüftungsöffnung
- 109
- Auslassöffnung
- 110
- Verbindungselement
- 111
- erstes Rohrelement
- 112A, 112B, 112C
- zweites Rohrelement
- 1120C
- dehnbares Element, Balg
- 2; 2a, 2b
- statischer Mischer
- 3
- Dosiertrommel
- 31
- Dosierkammer in der Dosiertrommel 3
- 32
- Welle der Dosiertrommel 3
- 4
- Messstab, Füllstabanzeige, Messglas
- 40
- Skala
- 5000
- Entlüftungs- und/oder Überlaufschraube
- 5001
- Luftkanal in der Entlüftungsschraube 5000
- 500
- Ventilkörper mit Bohrung
- 501
- seitliche Auslassöffnung
- 502
- Bohrung im Ventilkörper
- 5031
- elastisches Element bzw. Schlauch
- 5032
- elastisches Element bzw. Kappe
- 50321
- Durchlassöffnung in der Kappe 524
- 5033
- elastisches Element bzw. Feder
- 5034
- Kugel
- 504
- Abschlusselement
- 51, ..., 59
- mechanische Ventile
- 51', ..., 59'
- elektromechanische Ventile
- 52d, 53d
- Ventil in der Dosierkammer 1000
- 510
- Überdruckventil
- 590
- Welle mit Rad
- 591
- Bohrung
- 6
- Steuereinheit
- 61, 62, ...
- mit der Steuereinheit 6 verbundene Leitungen
- 7, 7', 7"
- Förderelement
- 70
- Antriebseinheit
- 700
- Spulenpakete
- 7000, 7000'
- äusserer Magnetring, Magnethalterung
- 71, 710
- starre oder drehbar gelagerte Flügelelemente
- 711
- Wellen der drehbar gelagerten Flügelelemente 710
- 72
- (innerer) Magnetring
- 75
- Welle
- 750
- Drehhebel
- 76
- Lagerelement für die Welle 75
- 79
- Schalter
- 8
- Expansionsgefässe
- 800
- Messfühler
- 81A, 81B
- Dosierschraube, Dosierkolben
- 900, 900', 901, 901'
- Leitung, Luftleitung, Gasleitung, Spülleitung
- 91, 92, ...
- Zufuhrleitungen zur Mischkammer 100
- 91', 92'
- Zufuhrleitungen zur Dosierkammer 1000
- 99
- Auslassleitung
- K1, K2, ...
- Mischkomponenten
- L
- Luft, Gas, Stickstoff
- MP
- Mischprodukt
Claims (19)
- Vorrichtung (1) zum Mischen einer flüssigen ersten und wenigstens einer flüssigen, zähflüssigen oder pulverförmigen weiteren Komponente (K1; K2, ...), die in die Mischkammer (100) eines Mischkörpers (10) einführbar und nach Durchführung des Mischprozesses in Form des Mischprodukts (MP) aus dieser wieder entnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkörper (10) ein in sich geschlossenes, vorzugsweise ringförmiges, Rohrsystem ist, dessen Innenraum die Mischkammer (100) bildet, durch die das Mischprodukt (MP) mittels eines Förderelements (7, 7', 7") zyklisch transportierbar ist, wobei im Mischkörper (10) mehrere abschliessbare Eintrittsöffnungen (101, 102, ...) für die Zufuhr der Komponenten (K1, K2, ...) und wenigstens eine abschliessbare Austrittsöffnung (109) für die Entnahme des Mischprodukts (MP) vorgesehen sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (7, 7") von ausserhalb auf das Rohrsystem durch Kraft einwirkt oder dass das Förderelement (7, 7") mittels einer Welle (75) drehbar ist oder dass das Förderelement (7'), welches das Mischprodukt (MP) nur in einer Richtung praktisch ungehindert passieren lässt, entlang der Welle (75) vor und zurück verschiebbar gehalten ist, wobei das Förderelement (7, 7') oder die Welle (75) mittels eines mechanischen, elektromechanischen oder magnetischen Antriebs (70, 75, 750) antreibbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer (100) wenigstens ein statischer Mischer (2, 2a, 2b), der während des Mischprozesses vom Mischprodukt (MP) zyklisch durchlaufen wird, vorzugsweise in Flussrichtung nahe anschliessend an die Eintrittsöffnungen (102, 103, ...) der weiteren Komponenten (K2, K3, ...) angeordnet ist, wobei vorzugsweise jeder der weiteren Komponenten (K2, K3, ...) ein statischer Mischer (2a, 2b) zugeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dassa) im Mischkörper (10) wenigstens eine Überlauföffnung (105; 1050) vorgesehen ist, aus der das Mischprodukt (MP) oder die noch unvermischte erste Komponente (K1), vorzugsweise in einer einstellbaren Dosis, austreten kann; und/oder, dassb) im Mischkörper (10) wenigstens ein Dosierkörper, wie eine Dosierschraube (81A) oder ein Dosierkolben (81 B), vorgesehen ist, der aus der Mischkammer (100) vorzugsweise um ein wählbares Volumen verschoben werden kann; so dass in der Mischkammer (100) ein freier Volumenanteil resultiert, der mittels einer weiteren Komponente (K2, K3, ...) ausgefüllt werden kann; und/oder, dassc) eine mit der Mischkammer (100) verbundene Dosierkammer (1000) vorgesehen ist, in die anhand einer Messvorrichtung (4) und/oder mittels eines bewegten Kolbens (81 B) ein bestimmtes Volumen einer Komponente (K2; K3; ...) einführbar und mittels Zufuhr eines gasförmigen Mediums (L) oder Einfahren des Kolbens (81 B) in die Mischkammer (100) transferierbar ist; und/oder, dassd) eine mit einer Dosierkammer (31) versehene Dosiertrommel (3) vorgesehen ist, die innerhalb einer an den Mischkörper (10) angrenzenden und vorzugsweise geschlossen Trommelkammer (1030) derart drehbar gelagert ist, dass die beidseitig geöffnete Dosierkammer (31) in einer ersten Position der Dosiertrommel (3) dicht abgeschlossen mit der Zufuhrleitung (92) und oder mit der Zufuhrleitung (92) und der Abfuhrleitung (92') einer Komponente (K2; K3; ...) verbunden ist und in einer zweiten Position geöffnet in die Mischkammer 100 hineinragt.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiertrommel (3) derart drehbar gelagert ist, dass die Dosierkammer (31) in einer dritten Position der Dosiertrommel (3) mit einer Spülleitung (900) und/oder in einer vierten Position mit einer Gasleitung (901) verbunden ist, mittels denen die Dosierkammer (31) gespült und ausgeblasen und gegebenenfalls getrocknet werden kann.
- Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des durch die Überlauföffnung (105; 1050) austretenden Mischprodukts (MP) oder der ersten Komponente (K1) mittels eines Expansionsgefässes (8; 80) mit vorzugsweise einstellbarem Volumen begrenzt ist, wobei vorzugsweise ein Messfühler (800) vorgesehen ist, mittels dessen der Füllstand elektrisch erfassbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Eintrittsöffnungen (103) der Zufuhr und/oder dem Auslass eines gasförmigen Mediums (L), wie Luft oder Stickstoff, dient, das unter Druck von einem Kompressor oder einem Druckgasbehälter in die Mischkammer (100) einführbar oder aus diesem auslassbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Eintritts-, Austritts- und/oder Überlauföffnungen (101, 102, ...; 109) mittels eines, vorzugsweise manuell, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuerten, Ventils (51, ..., 59; 51', ..., 59') abgeschlossen ist und/oder dass an die Eintrittsöffnungen (101, 102, ...) ein mechanisches Ventil (51, ..., 59) anschliesst, das in die Mischkammer (100) hineinragt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkörper (10) einstückig oder aus einem oder mehreren miteinander lösbar verbundenen Rohrsystemteilen, wie einem ersten, vorzugsweise geraden, und einem zweiten, vorzugsweise gekrümmten Rohrelement (111, 112), aufgebaut ist, wobei vorzugsweise wenigstens ein gerades erstes Rohrelement (111) mit den Eintritts-, Austritts- und/oder Überlauföffnungen (101, 102, ...; 109), dem statischen Mischer (2), den Dosierkörpern (81) und/oder dem Förderelement (7, 7', 7") versehen und mit wenigstens einem flexiblen, hartelastischen oder starren, gegebenenfalls dehnbaren zweiten Rohrelement (112) verbunden ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkörper (10) oder dessen Elemente aus Material wie Kunststoff oder Metall bestehen, das hinsichtlich der zu mischenden Komponenten (K1, K2, ...) und des resultierenden Mischprodukts (MP) inert ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise mit einem Steuerprogramm versehene Steuereinheit (6) vorgesehen ist, mittels der wenigstens eines der Ventile (51, ..., 59), ein Antriebseinheit (70) für das Förderelement (7, 7', 7"), und/oder wenigstens eine insbesondere der Zufuhr einer Komponente (K1, K2, ...) dienende Pumpe, vorzugsweise in Abhängigkeit der vom Messfühler (800) abgegebenen Signale, steuerbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (7, 7') mittels einer Welle drehbar oder verschiebbar gelagert und mit Permanentmagneten versehen ist, die mit Permanentmagneten einer ausserhalb des Mischkörpers (10) dreh- oder verschiebbar gelagerten, vorzugsweise ringförmigen Magnethalterung (7000, 7000') gekoppelt oder mit einem mittels Spulen (700; 700A,' 700B') erzeugbaren Magnetfeld koppelbar sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Förderelement (7, 7") Förderelemente (71) aufweist, die starr gehalten sind oder dass das axial verschiebbar gelagerte Förderelement (7') Förderelemente (710) aufweist, die drehbar oder verschiebbar zwischen einer ersten und einer zweiten Position gehalten sind, welche die Förderelemente (710) in Abhängigkeit der Richtung der Bewegung durch das Mischprodukt (MP) einnehmen, um dieses entsprechend zu fördern oder passieren zu lassen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (51, ...) einen Ventilkörper (500) mit einer durchgehenden Bohrung (502) aufweisen, die mit einer mittels eines elastischen Elements (5033) gelagerten Kugel (5034) abschliessbar ist oder dass die Ventile (51, ...) einen Ventilkörper (500) mit einer Bohrung (502) und wenigstens einer Auslassöffnung (501) aufweisen, an die ein vorzugsweise schlauchförmiges elastisches Element (5031) andrückt oder dass die Ventile (51, ...) einen Ventilkörper (500) mit einer durchgehenden Bohrung (502) aufweisen, die mittels eines elastischen Elements (5032) abgedeckt ist, das eine Durchlassöffnung (50321) aufweist, die sich unter Druckeinwirkung öffnet.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente K2 eine mit der Komponente K1 reaktive Komponente ist oder dass die Komponente K1 eine Reaktion der Komponente K2 mit sich selber auslöst.
- Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente K1 Wasser ist oder enthält und die Komponente K2 ein Silan, insbesondere ein Alkoxysilan, ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Silan eine Aminosilan, insbesondere der Formel (V) oder ein Reaktionsprodukt der Formel (V), welche mindestens eine sekundäre oder primäre Aminogruppe aufweist, mit einer Verbindung (ARV), welche mindestens eine funktionellen Gruppe, welche mit einer primären oder sekundären Aminogruppe reagieren kann, ist oder enthältR1 für eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, bevorzugt für eine Methyl- oder für eine Ethylgruppe, vorzugsweise für eine Methylgruppe ,steht;X für eine hydrolysierbare Gruppe, insbesondere für die Gruppe OR2, wobei R2 für eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen, bevorzugt für eine Methylgruppe oder für eine Ethylgruppe oder für eine Isopropylgruppe, vorzugsweise für eine Methylgruppe oder für eine Ethylgruppe, steht;R3 für eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, vorzugsweise für eine Propylengruppe, steht;R4 für H oder eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 10 C-Atomen oder für einen Substituent der Formel (VI) stehtR5 für H oder eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 10 C-Atomen oder für eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 10 C-Atomen mit weiteren Heteroatomen oder für einen Substituent der Formel (VI) steht
- Verfahren zum Vermischen einer flüssigen ersten und wenigstens einer flüssigen, zähflüssigen oder pulverförmigen weiteren Komponente (K1; K2, ...) unter Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1-17.
- Verfahren zum Herstellen von niedermolekularen Reaktionsprodukten unter Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1-17 und einer Komponente K2, die mit der Komponente K1 reaktiv ist, oder durch den Einfluss der Komponente K1 mit sich selber reagiert.
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