DE102005003528A1

DE102005003528A1 - Rührvorrichtung

Info

Publication number: DE102005003528A1
Application number: DE102005003528A
Authority: DE
Inventors: Alexander Freund
Original assignee: WP ARO GmbH; WP-ARO GmbH
Current assignee: WP ARO GmbH; WP-ARO GmbH
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-07-27

Abstract

Um eine Rührvorrichtung zur Durchmischung von rührbaren Medien mit mehreren Rührdüsenmitteln (2), die alle um eine zentrale Rotationsachse (5) drehbar und jeweils über Abstandsmittel (4) beim Rühren gegenüber der zentralen Rotationsachse (5) von dieser radial beabstandet gehalten sind, wobei das Medium mittels einer Drehbewegung um die Rotationsachse (5) umzurühren ist, und die Rührdüsenmittel (2) eine Durchlassgeometrie für das zu rührende Medium aufweisen, die, entlang einer Düsenlängsachse (7) gesehen, im Wesentlichen konisch verläuft, so auszubilden, dass alle Bereiche schnell und gründlich durchmischt werden, wird vorgeschlagen, dass die Düsenlängsachsen (7) zumindest zweier Rührdüsenmittel (2) um unterschiedliche Verkippungswinkel gegenüber ihrer Rotationsebene (6) verkippt angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung zur Durchmischung von rührbaren Medien mit mehreren Rührdüsenmitteln, die alle um eine zentrale Rotationsachse drehbar und jeweils über Abstandsmittel beim Rühren gegenüber der zentralen Rotationsachse von dieser radial beabstandet gehalten sind, wobei das Medium mittels einer Drehbewegung um die Rotationsachse umzurühren ist, und die Rührdüsenmittel eine Durchlassgeometrie für das zu rührende Medium aufweisen, die entlang einer Düsenlängsachse gesehen im wesentlichen konisch verläuft,

Bekannt sind beispielsweise Rührvorrichtungen mit mehreren Scheiben, auf denen Rührmittel auf den Scheiben angebracht sind, wobei die Scheiben im Medium gedreht werden und dadurch das zu rührende Medium durchmischt wird.

Als nachteilig erweist es sich, dass viele Bereiche des zu rührenden Mediums ungleichmäßig durchmischt wird, insbesondere nahe der Scheibe erfolgt eine sehr starke Durchmischung während in weiter entfernten Bereichen nahezu keine Durchmischung stattfindet. Die Strömungsdynamik ist beschränkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachteile des Stands der Technik eine Rührvorrichtung bereitzustellen, die eine an das jeweilige Rührmedium angepasste, homogene Strömungsverteilung aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst, durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, wobei die Düsenlängsachsen zumindest zweier Rührdüsenmittel um unterschiedliche Verkippungswinkel gegenüber ihrer Rotationsebene verkippt angeordnet sind.

Das Rührdüsenmittel weist eine Eingangsöffnung auf, die in Drehrichtung ausgerichtet wird, und einer Ausgangsöffnung zum Auslass des Mediums. Das zu rührende Medium wird durch die düsenartige Durchlassgeometrie der Rührdüsenmittel während der Drehbewegung der Rührdüsenmittel um die zentrale Rotationsachse durch die Durchlassbereiche der Düsenmittel gepresst und aufgrund der düsenartigen Form, die im wesentlichen konisch ausgebildet ist, am Ausgang beschleunigt. Dies führt zu einer zielgerichteten Verteilung des hierdurch strömenden Mediums auch in weitere von der Rührvorrichtung entfernte Bereiche. Durch die unterschiedlichen Winkel, um die die Rührdüsenmittel verkippt sind, werden bei einer fest eingestellten Drehbewegung unterschiedlich weit entfernte Bereiche und Bereiche in unterschiedlichen Richtungen des zu rührenden Mediums erreicht, ohne dass eine Umstellung der Rührbewegung oder der Rührdüsenmittel stattfinden müsste. Die Strämungen des Mediums, die durch die Rührvorrichtung erzeugt werden, tragen selbst zu einer Durchmischung in Eckbereichen oder anderen schwer zugänglichen Bereich bei. Es lassen sich Medien mit unterschiedlichen Eigenschaften mit einer Vorrichtung verarbeiten. Das zu rührende Medium kann dabei eine Flüssigkeit mit verschiedenen Viskositäten sein, in die eine andere Flüssigkeit oder auch ein Pulver eingerührt wird. Es ist aber auch möglich, ein körniges Medium zu durchmischen.

Vorteilhaft ist es, wenn zumindest zwei Rührdüsenmittel in entgegengesetztem Sinn gegenüber der Rotationsebene verkippt sind. Somit weist zumindest ein Rührdüsenmittel einen positiven Verkippungswinkel auf, so dass zumindest die Eingangsöffnung eines Rührdüsenmittels oberhalb der Rotationsebene angeordnet ist und eine Strömung in den Bereich unterhalb der Rotationsebene leitet. Andererseits ist zumindest ein Rührdüsenmittel mit seiner Eingangsöffnung unterhalb der Rotationsebene angeordnet, also einen negativen Winkel der Düsenlängsachse aufweist, so dass auch eine Strömung in den Bereich oberhalb der Rotationsebene gerichtet wird. Durch dieses Zusammenspiel kann sowohl unterhalb als auch oberhalb der Rotationsebene eine gute und gleichmäßige Durchmischung des Mediums erfolgen, wodurch Totbereiche vermieden werden. Es wird eine Axialströmung nach oben und unten erzeugt, ein lokaler Medienstrom kann schnell nach oben und unten auf kurzen Wegen auf den gesamten Behälterinhalt verteilt werden.

Eine sehr gründliche Durchmischung auch im Mittelbereich wird ermöglicht, wenn die Düsenlängsachsen gegenüber ihrer Drehrichtung innerhalb der Rotationsebene verkippt angeordnet sind. Durch die unterschiedlichen Winkel der Rührdüsenmittel in der Rotationsebene lassen sich sowohl rotationsachsennahe Bereiche als auch Randbereiche eines Behälters, in den die Rührvorrichtung eingesetzt ist, sehr gut erreichen und durchmischen.

Eine stetige Veränderung der Strömung des Mediums innerhalb einer einzigen Drehbewegung wird erreicht, wenn die Längsachsen bezüglich der Drehrichtung mit jeweils gegenüber der Längsachse des vorherigen oder nachfolgenden Rührdüsenmittels ansteigenden und/oder abfallenden Verkippungswinkeln ausgebildet sind. Somit folgt auf eine erste Strömungsausrichtung mit einem vorbestimmten Winkel beim Weiterdrehen der Rührvorrichtung um die Rotationsachse eine nächste Strömungsbewegung mit einem höheren oder niedrigeren Winkel, und je nach Bedarf eine weitere mit einem noch höheren oder niedrigeren Winkel, wodurch sich die Strömungen innerhalb einer Umdrehung der Rührvorrichtung über einen großen Winkelbereich des Mediums erstrecken und auf einfache und platzsparende Weise eine gleichmäßige Strömungsverteilung erzielt wird.

Vorteilhaft ist es, wenn drei Rührdüsenmittel vorgesehen sind, die radial gleichmäßig von der zentralen Rotationsachse beabstandet angeordnet sind.. Somit wird eine gute Strömungsverteilung mit sehr geringem Mitteleinsatz erreicht. Die Rührbewegung ist auch in kleinen Behältern möglich, und die Rührvorrichtung ist im Fall von beweglichen Abstandsmitteln besonders einfach und platzsparend anzuklappen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Düsenlängsachsenverkippung derart erfolgt, dass die Düseneingangsöffnungen in einen Bereich oberhalb der Rotationsebene verkippt sind, und somit die Düsenlängsachsen positive Verkippungswinkel aufweisen.

Voerteilhaft ist es, wenn die Verkippungswinkel zwischen etwa 0° und etwa 20 ° ausgebildet sind, insbesondere bei drei Rührdüsenmitteln etwa 5°, etwa 10° und etwa 15° sind Durch die gleichmäßige Winkelverteilung und die stufenartige Veränderung der Winkel wird ein sehr guter Strömungsübergang zwischen den einzelnen Teilströmungen der Rührdüsenmittel erreicht.

Für eine Anwendung mit einem großen Durchmischungsbedarf oberhalb der Rotationsebene wird vorgeschlagen, dass die Düseneingangsöffnungen in einen Bereich unterhalb der Rotationsebene verkippt sind, und somit die Düsenlängsachsen einen negativen Verkippungswinkel aufweisen und insbesondere die Verkippungswinkel zwischen etwa 0° und etwa –20° ausgebildet sind, insbesondere bei drei Rührdüsenmitteln etwa –5°, etwa –10° und etwa –15° sind.

Eine besonders gute Durchmischung auch im Mittelbereich wird erreicht, wenn die Verkippungswinkel zwischen etwa –10° und etwa +10° betragen, insbesondere bei drei Rührdüsenmitteln etwa –5°, etwa 0° und etwa +5°, oder die Verkippungswinkel zwischen etwa +10° und etwa –10° betragen, insbesondere bei drei Rührdüsenmitteln etwa +5°, etwa 0° und etwa –5°. Durch eine einzige Vorrichtung werden beispielsweise bei drei Rührdüsenmitteln zwei entgegengesetzt gerichtete Axialströmungen und eine Radialströmung erzeugt. Der Mittelbereich wird im Stand der Technik häufig nicht gut durchmischt und weist eine Totzone der Bewegung auf. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sind alle Bereiche gleichmäßig durchmischt und die Qualität des Endprodukt ist sehr homogen.

Eine sehr platzsparende Rührvorrichtung liegt vor, wenn die Abstandsmittel als Abstandsarme ausgebildet sind. Insbesondere wird hierdurch auch eine gute Strömungsverteilung nahe an der Rotationsachse ermöglicht.

Die Rührvorrichtung kann in einen engen Behälterhals eingeführt werden, wenn die Abstandsmittel in Rotationsachsenrichtung anzuklappen und bei Beginn der Rührbewegung und/oder während der Rührbewegung zentrifugal aufzustellen sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.
Es zeigen:
1a einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung einer Rührvorrichtung mit Rührdüsenmitteln,
1b einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Rührvorrichtung mit Rührdüsenmitteln,
1c Schnitte durch drei Rührdüsenmittel,
2a eine perspektivische Darstellung einer Strömungsverteilung durch Drehung einer Rührvorrichtung,
2b eine Seitenansicht einer Strömungsverteilung,
2c eine Aufsicht auf eine Strömungsverteilung und
3 eine angeklappte Rührvorrichtung.
1a und 1b zeigen einen Ausschnitt einer perspektivischen bzw. seitlichen Darstellung einer Rührvorrichtung 1 mit Rührdüsenmitteln 2. Die Rührdüsenmittel 2 sind an den Enden dreier gleichmäßig verteilter Abstandsmittel 4, insbesondere wie dargestellt dreier Abstandsarme 13, befestigt. Die Rührdüsenmittel 2 weisen eine konische, bezüglich einer Düsenlängsachse rotationssymmetrische Form auf, mit einer Eingangsöffnung 14, die zur Drehrichtung 10 ausgerichtet ist und einer davon abgewandten Ausgangsöffnung 15. Das Medium durchströmt die Rührdüsenmittel, wenn die dargestellte Vorrichtung um eine zentrale Rotationsachse 5 in einer Rotationsebene 6 gedreht wird. Das Medium wird aufgrund der düsenartigen Form der Rührdüsenmittel 2 beim Durchströmen der Rührdüsenmittel 2 beschleunigt und tritt mit erhöhter Geschwindigkeit aus den Ausgangsöffnungen 15 der Rührdüsenmittel 2 aus. Die Beschleunigung führt dazu, dass eine Strömung des Mediums im weiteren Verlauf auch durch nicht direkt von der Rührvorrichtung berührte Bereiche des Mediums strömt und diese somit ebenfalls durchmischt. Die dargestellten Rührdüsenmittel 2 weisen unterschiedliche Verkippungswinkel 8 ihrer Düsenlängsachsen 7 auf, wie in 1c vergößert dargestellt. Die Verkippungswinkel 8 steigen beispielsweise in Drehrichtung 10 stetig an oder fallen ab, so dass die hierdurch erzeugten Strömungen in einem ansteigenden oder abfallenden Strömungswechsel auch weiter entfernte Bereiche des Mediums erreichen und durchmischen, ohne dass lokal eine zu große Belastung des Mediums auftritt.
1c zeigt Schnitte durch drei Rührdüsenmittel 2 mit drei unterschiedlichen Verkippungswinkeln 8, beispielsweise –5°, 0° und 5°, der Düsenlängsachsen 7 gegenüber der Rotationsebene.
2a und 2b zeigen eine perspektivische bze. eine seitliche Darstellung einer Strömungsverteilung durch Drehung einer Rührvorrichtung 1. Durch eine Drehung der Rührvorrichtung 1 um eine zentrale Rotationsachse 5 wird ein Strömungsverlauf im Medium erreicht, der zu einer homogenen Durchmischung des Mediums führt. Durch die unterschiedlichen Verkippungswinkel 8 der Rührdüsenmittel 2 sind sowohl Bereiche oberhalb der Rotationsebene 6 als auch innerhalb und unterhalb der Rotationsebene 6 in kurzer Zeit ausreichend durchmischt. Die Drehung erfolgt vorteilhaft dadurch, dass ein nicht dargestellter Motor die Kaft über eine Verbindung, insbesondere eine Zylinderstiftverbindung, auf eine Verbindungswelle, überträgt, die über ein Lager beispielsweise in einer Fassverbindung gelagert ist und über eine Dichtung vom Medium angedichtet ist. Die weitere Kraftübertragung erfolgt durch eine Zylinderstiftverbindung auf eine Kupplung und auf eine Antriebswelle.
2c zeigt eine Aufsicht auf eine Strömungsverteilung. Die Strömung ist somit selbst in dem Bereich der Rotationsebene sehr gleichmäßig, wodurch eine Totzone vermieden wird.
3 zeigt eine angeklappte Rührvorrichtung 1. Die Rührvorrichtung 1 kann somit auch durch enge Öffnungen des Behälters 16, wie beispielsweise in 2a dargestellt, einfach eingeführt werden. Die Abstandsarme 13 stellen sich bei Beginn der Drehung durch die darauf einwirkenden Zentrifugalkräfte auf, bis sie die gewünschte Rotationsebene erreichen.

1: Rührvorrichtung
2: Rührdüsenmittel
3: Durchlassgeometrie
4: Abstandsmittel
5: Rotationsachse
6: Rotationsebene
7: Düsenlängsachse
8: Verkippungswinkel
9: Tangentialrichtung
10: Drehrichtung
13: Abstandsarme
14: Düseneingangsöffnung
15: Düsenausgangsöffnung
16: Behälter

Claims

Rührvorrichtung (1) zur Durchmischung von rührbaren Medien mit mehreren Rührdüsenmitteln (2), die alle um eine zentrale Rotationsachse (5) drehbar und jeweils über Abstandsmittel (4) beim Rühren gegenüber der zentralen Rotationsachse (5) von dieser radial beabstandet gehalten sind, wobei das Medium mittels einer Drehbewegung um die Rotationsachse (5) umzurühren ist, und die Rührdüsenmittel (2) eine Durchlassgeometrie (3) für das zu rührende Medium aufweisen, die entlang einer Düsenlängsachse (7) gesehen im wesentlichen konisch verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenlängsachsen (7) zumindest zweier Rührdüsenmittel (2) um unterschiedliche Verkippungswinkel (8) gegenüber ihrer Rotationsebene (6) verkippt angeordnet sind.
Rührvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Rührdüsenmittel (2) in entgegengesetztem Sinn gegenüber der Rotationsebene (6) verkippt sind.
Rührvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenlängsachsen (7) gegenüber ihrer Drehrichtung (10) innerhalb der Rotationsebene (6) verkippt angeordnet sind.
Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (7) bezüglich der Drehrichtung (10) mit jeweils gegenüber der Längsachse (7) des vorherigen oder nachfolgenden Rührdüsenmittels (2) ansteigenden und/oder abfallenden Verkippungswinkeln (8) ausgebildet sind.
Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass drei Rührdüsenmittel (2) vorgesehen sind, die radial gleichmäßig von der zentralen Rotationsachse (5) beabstandet angeordnet sind.
Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenlängsachsenverkippung derart erfolgt, dass die Düseneingangsöffnungen (14) in einen Bereich oberhalb der Rotationsebene (6) verkippt sind, und somit die Düsenlängsachsen (7) positive Verkippungswinkel (8) aufweisen.
Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkippungswinkel (8) zwischen etwa 0° und etwa 20 ° ausgebildet sind, insbesondere bei drei Rührdüsenmitteln (2) etwa 5°, etwa 10° und etwa 15° sind.
Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneingangsöffnungen (14) in einen Bereich unterhalb der Rotationsebene (6) verkippt sind, und somit die Düsenlängsachsen (7) einen negativen Verkippungswinkel (8) aufweisen.
Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkippungswinkel (8) zwischen etwa 0° und etwa –20° ausgebildet sind, insbesondere bei drei Rührdüsenmitteln (2) etwa –5°, etwa –10° und etwa –15° sind
Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkippungswinkel (8) zwischen etwa –10° und etwa +10° betragen, insbesondere bei drei Rührdüsenmitteln (2) etwa –5°, etwa 0° und etwa +5°, oder die Verkippungswinkel (8) zwischen etwa +10° und etwa –10° betragen, insbesondere bei drei Rührdüsenmitteln (2) etwa +5°, etwa 0° und etwa –5°.
Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmittel als Abstandsarme (13) ausgebildet sind.
Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmittel (4) in Rotationsachsenrichtung anzuklappen und bei Beginn der Rührbewegung und/oder während der Rührbewegung zentrifugal aufzustellen sind.