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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung für einen
Rührer,
der in einem Behälter zum
Rühren
und Mischen von Fluiden durch induktive Antriebsmittel in vorbestimmbarer
Richtung drehbar ist, mit einer Flügeleinheit, die mehrere an
ihrer äußeren Oberfläche angebrachte
und sich radial erstreckende Rührblätter sowie
ein Lagerelement zum drehbaren Befestigen des Rührers an einer inneren Behälterwand
aufweist.
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Beispielsweise
in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie werden magnetgekuppelte Mixer
zum Vermischen von verschiedenen Produkten eingesetzt. Hierbei ist
es unter anderem neben der Vermischung die Aufgabe eines solchen
Mixers, die in dem Behälter
eingebrachten Produkte vorzugsweise kontinuierlich oder in vorbestimmbaren
Abständen
umzurühren,
um eine Abklärung,
Sedimentation oder anderweitige Veränderung des Produktes und dessen
Inhaltsstoffe auszuschließen.
In diesen Fällen
hat der Einsatz von magnetgetriebenen Rührwerken den Vorteil, dass
die Rotation des Rühres ohne
mechanische Kopplung mit der eigentlichen Antriebswelle des Antriebsmotors
realisiert werden kann, also der Rührer in dem Behälter und
der Antriebsmotor außerhalb
und jederzeit frei zugänglich angeordnet
sein kann. Eine solche Ausgestaltung verhindert überdies die sonst übliche Gefahr
von Undichtigkeiten und dergleichen in den Anbindungs- und Durchgangsbereichen
von Antriebsmitteln und Lagerteilen. Dies ist insbesondere bei toxischen
oder sterilen Produkten von besonderem Vorteil. Solche vorgenannten
Rührwerke
zur Rührbewegung
in einem Behälter
mittels einer magnetischen Kupplung zwischen einer außenliegenden
Antriebeinheit und einem vollständig
getrennten inneren Rührer
sind beispielsweise aus der US-PS 4 209 259 und der
DE 195 44 529 C2 bekannt.
Dabei sind die Lager des Rührers
bzw. des Flügelrades
mittels eines Klebers oder einer bekannten Schrumpfverbindung in
einer Aufnahmebohrung eingesetzt und gehalten. Diese bekannten Befestigungstechniken
erfüllen
die üblichen
sterilen und/oder aseptischen Anforderungen in den geschilderten
Einsatzgebieten.
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Die
feste Verbindung des Lagers mit dem Flügelrad hat allerdings zum Nachteil,
dass bei einer Beschädigung
des Lagers gelegentlich der Montage oder einem nach längerer Laufzeit
auftretenden Verschleiß der
jeweilige Anwender keinen selbstständigen Austausch eines solchen
Lagers vornehmen kann und entsprechend hohe Kosten durch Ersatzteillagerung
eines kompletten Flügelrades
oder entsprechend lange Ausfallzeiten bei der Ersatzbeschaffung
in Kauf nehmen muss.
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Es
sind ferner eine Reihe von Möglichkeiten und
Techniken zur Vermischung von Gasen mit Flüssigkeiten bekannt. Ein diesbezüglicher
Grundtyp zum Vermischen von Gasen und Flüssigkeiten ist beispielsweise
der so genannte Turbo-Lüfter.
Bei dieser aus der
DE
43 07 925 A1 bekannten Ausgestaltung ist der Antriebsmotor
an einem Lagergehäuse
angeflanscht. Ein Leitrohr des Belüfters weist eine erste Öffnung oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels
auf. Dieses Leitrohr mündet
innerhalb der Flüssigkeit
mit seiner Öffnung
kurz über
einem als Axialströmer
ausgebildeten Rührorgan.
Der Zwischenraum zwischen dem Leitrohr und dem Rührorgan legt in Bezug auf die
Durchmesserdifferenz die Gasmenge fest, die eingezogen bzw. eingespeist
werden kann. Die inneren Rührblätter sind
von einem mitrotierenden Ring umgeben, wobei dessen Außenseite
ebenfalls in Axialrichtung fördernde
weitere Axialblätter
aufweist.
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Mit
dieser Belüftungsvorrichtung,
die sich zur Gewässerbelüftung, für Abwasseranlagen,
aber auch für
Hochdruckreaktoren eignet, lässt
sich der Gaseintrag bei optimaler Gasblasenverteilung wesentlich
steigern. Allerdings ist diese Ausgestaltung für den Einsatzbereich der vorliegenden
Erfindung nicht geeignet, zumal auch die vorbeschriebene Ausführungsvariante
eines Turbo-Belüfters
die Neigung zur Überflutung
aufweist, sobald die eingetragene Gasmenge zu groß wird.
Ein weiterer Nachteil ist das zusätzliche axiale Rührorgan
und die lange Antriebswelle, die das Gesamtgewicht wesentlich erhöht, wodurch
die kritische Drehzahl erheblich geringer wird und das gesamte System
zu Vibrationen neigt, also für
die bei der vorliegenden Erfindung angestrebten hohen Drehzahlen
bei einer reinen Flüssigkeitsvermischung
ohne Gaseinbringung als ungeeignet erscheint.
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Ein
weiterer Gesichtspunkt ist neben dem schnellen, sicheren und sensitiven
Mischen auch das sterile Reinigen der kompletten Antriebsvorrichtung. Diese muss
unter den vorgegebenen Bedingungen ohne manuellen Eingriff voll
CIP reinigbar und SIP sterilisierbar sein.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe und eine
geeignete Antriebsvorrichtung für
Mixer zum Mischen von Flüssigkeiten
zu schaffen, mit welcher die geschilderten Nachteile vermieden werden
können
und ein einfaches, schnelles und sicheres Reinigen unter Erfüllung der
vorbeschriebenen sterilen und aseptischen Anforderungen an die Reinigbarkeit
(CIP und SIP) sowie auch ein schneller Austausch von Lagerteilen
der Flügeleinheit
unmittelbar vor Ort gewährleistet
ist.
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Diese
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun bei einer Antriebsvorrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Flügeleinheit
einen äußeren Radialkörper zur
Aufnahme einer Anzahl von Permanentmagneten aufweist und an diesem
Radialkörper
der untere Teil hochgestreckter Rührblätter befestigt ist und die
Flügeleinheit
nach innen gerichtete Stege zur Halterung des eigentlichen Lagerelementes
aufnimmt.
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In
einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist unter anderem vorgesehen,
dass das Lagerelement des Rührers
mindestens einen inneren Lagerring aufweist, der mit der Flügeleinheit
mittels eines Gewindeteils austauschbar verbunden ist.
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Weitere
Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden
Beschreibung.
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Mit
dieser erfindungsgemäßen Ausbildung sind
eine gleichmäßige Verteilung
von Reinigungmedien und deren sichere Umströmung in den erforderlichen
Reinigungsbereichen gewährleistet.
Ferner ist ein sofortiger Austausch defekter Lagerelemente ohne
nennenswerte Ausfallzeiten bzw. Betriebsunterbrechungen sichergestellt.
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Im
Nachfolgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt:
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1 einen
typischen Einsatz der Antriebsvorrichtung in einem Rührbehälter,
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2 eine
bekannte Ausbildung einer Antriebsvorrichtung,
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3 die
eigentliche Lagerausgestaltung im Querschnitt,
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4 eine
Variante zu 3 mit einem ersten und einem
zweiten Lagerring,
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5 eine
erfindungsgemäße Ausbildung des
Rührers
mit Rührblättern,
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6 eine
typische Einbaulage der Antriebsvorrichtung in einem Behälter und
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7 eine
vereinfachte Draufsicht auf die Flügeleinheit.
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Gemäß dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die Antriebsvorrichtung 1 in einem vereinfacht dargestellten
Mischbehälter 2 in
dessen Bodenbereich 3 angeordnet. Der Mischbehälter ist beispielsweise
zum Einsatz in einer großtechnischen Anlage
vorgesehen und kann mit nicht weiter dargestellten Zu- und Ableitungen
verbunden sein oder auch als Einzelbehälter Verwendung finden.
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Die
Lager- und Antriebselemente einer Antriebsvorrichtung mit einer
bekannten Ausgestaltung einer Flügeleinheit
sind beispielsweise in 2 dargestellt und umfassen einen
nach innen gerichteten zylindrischen Dom 4, der vorzugsweise
im Bodenbereich 3 des Mischbehälters eingeschweißt sein
kann, so dass keinerlei nach außen
führende Öffnungen oder
dergleichen vorhanden sind. Zentrisch zum Dom 4 ist auf
dessen äußerer Stirnseite
eine Lagerachse 5 angeordnet, auf welcher der Rührer 6 mittels seines
Lagerringes 7 drehbar gelagert ist.
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Der
Rührer 6 ist
mit einer Mehrzahl sich radial erstreckender Rührblätter 8 und einem zentralen Hebering 9 ausgestattet.
Ferner weist der Rührer 6 einen
peripheren und haubenartigen Abschnitt 10 auf, der den
zylindrischen Außenmantel 11 des
Doms 4 umschließt
und eine Anzahl von Permanentmagneten 12 trägt, die
ihrerseits mit einer entsprechenden Anzahl von weiteren Permanentmagneten,
die sich in einem Rotor der im Inneren des Doms 4 angeordneten äußeren Antriebsachse
befinden, induktiv in Verbindung stehen. Der innenliegende Rotor
ist durch einen Motor 13 antreibbar, wodurch aufgrund der
zueinander in Wirkungsverbindung stehenden Magnete ein entsprechender
Antrieb auch des völlig
davon getrennten Rührers 6 erfolgt.
Die Antriebsdrehzahl des Motors ist selbstverständlich allen Bedürfnissen
entsprechend anpassbar und einregelbar.
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Gemäß der weiteren
Darstellung in 3 weist das Lagerelement des
Rührers 6 mindestens einen
inneren Lagerring 7 auf, der unmittelbar auf der Lagerachse 5 gelagert
ist. In der mit dem Lagerring 7 korrespondierenden Flügeleinheit 14 ist
zusätzlich ein
Gewindering 15 mit einem nicht weiter dargestellten Innengewinde
vorzugsweise eingeklebt und/oder eingeschrumpft, welches das Außengewinde
des Lagerringes 7 entsprechend aufnimmt und damit den Lagerring
fixiert.
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Nach
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das
Lagerelement des Rührers 6 aus
einem ersten inneren Lagerring 16 mit Außengewinde
und einem zweiten Lagerring 17, der als eine in der Flügeleinheit 14 eingeschrumpfte
Buchse mit einem zusätzlichen
Gewindeteil 18 zur Aufnahme des inneren Lagerringes 16 ausgeführt ist.
Dieser innere Lagerring 16 weist mindestens einen Passungssitz 19 oder 20,
vorzugsweise aber einen unteren und oberen Passungssitz 19 und 20 auf.
Zusätzlich
ist ein unterer metallischer Anschlag 21 vorgesehen. Ferner weisen
die jeweiligen Endbereiche der gewindeseitigen Lagerstellen je eine
sterile Abdichtung 22 zur zusätzlichen Absicherung auf. Das
Lagerelement bzw. dessen Lagerteile können je nach den gestellten
Anforderungen oder den zu verarbeitenden Produkten als Hartmetall-
und/oder Keramiklager oder auch als Kunststofflager oder aus einer
geeigneten Kombination dieser Materialien ausgeführt sein. Zur Ausnutzung einer
möglichen
Schmierfähigkeit
der anfallenden Produkte können
die Lagerachse 5 oder der Lagerring 7, 16 mit
entsprechenden flüssigkeitsführenden
Kanälen 23 ausgestattet
sein, die ein Umspülen der
Lagerstellen zulassen. Der Mischbehälter 2 sowie die Elemente
des Rührers 6 sind
zweckmäßig aus
nichtrostendem Material erstellt.
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In
den 5 bis 7 ist die erfindungsgemäße Flügeleinheit 14' als Ausführungsbeispiel
gegenüber
der bekannten Flügeleinheit 14 gemäß 2 dargestellt.
Demnach besitzt die Flügeleinheit 14' einen äußeren Radialkörper 24,
der in seinem Inneren mehrere Permanentmagnete 12 aufweist,
die in der vorbeschriebenen Weise mit denen des Rotors im Dom 4 zusammenwirken.
Zusätzlich
sind an dem Mantel dieses Radialkörpers 24 die unteren
Teile 25 der sich nach oben erstreckenden Rührblätter 26 angebracht.
Diese verlaufen im oberen oder einem bestimmten Teilbereich unter
einem vorbestimmbaren Winkel zum Zentrum des Rührers 6. Dieser Winkel und
die Form der Radialrührblätter 26 sowie
deren Anstellwinkel sind beliebig der jeweiligen Aufgabenstellung
entsprechend anpassbar. Von dem inneren oder oberen Bereich 27 des
Radialkörpers 24 verlaufen
Stege 28 zum eigentlichen Lagerelement 29, welches
in seinen Einzelheiten konstruktiv gemäß der vorausgegangenen Beschreibung
zu den 3 und 4 aufgebaut und gestaltet ist.
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Es
ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass mindestens ein oder zwei,
vorzugsweise vier Stege 28 vorgesehen sind, wobei diese
vier kreuzförmig
angeordnet sein können.
Die Form und Ausgestaltung der Stege 28 ist für bestimmte
strömungsleitende
Aufgaben, also für
horizontale, abwärts,
aufwärts
oder auch turbulenzerzeugende Strömungen bestimmt. Vorzugsweise
ist die Flügeleinheit 14 mit den
Stegen 28 und den äußeren Rührblättern 26 als achtfach
Propeller ausgeführt,
wobei diese symmetrisch zueinander angeordnet. Ferner können die
Stege 28 und Rührblätter 26 als
jeweils einander gegengerichtete Strömungen bewirkende Strömungselemente
ausgestaltet sein. Auch können
mindestens die Stege 28 zur besseren Umspülung des
Lagerbereichs entgegen der Drehrichtung der Flügeleinheit 14 teilkreisförmig und
eine Turbulenz erzeugend ausgeführt
sein. Schließlich
kann der Tip-Chord Winkel der Rührblätter 26 der
Aufgabenstellung entsprechend angepasst werden. Teile der Rührblätter können auch
direkt oder indirekt als Stege 28 zur Verbindung zwischen
den Lagerelementen und dem Radialkörper (24) ausgebildet
sein.
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Die
Stege 28 erfüllen
im Wesentlichen auch eine Pumpwirkung im Zentrumsbereich der Flügeleinheit 14 und
dem Lagerelement. Demzufolge werden insbesondere bei dem Reinigungs-
und Sterilisationsprozess die Reinigungsmedien in den Innenraum
der Flügeleinheit 14,
das Innenlager, auf die Innenseite des Behälterbodens sowie die Unter-
und Rückseite
der Flügeleinheit
geleitet.