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Die
Erfindung betrifft ein Rührorgan
eines Rührwerks
zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien mit den Merkmalen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung
ein Rührwerk
zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien mit einer antreibbaren
Welle und mit wenigstens zwei derartigen Rührorganen.
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Rührwerke
finden in den verschiedensten Anwendungsbereichen Einsatz. Als mögliche Anwendungsbereiche
seien hier beispielhaft die Herstellung von Farben und Lacken oder
die Herstellung von Getränken
und Nahrungsmitteln genannt. Auch bei der Herstellung von Pharmaprodukten
und Kosmetika bedarf es regelmäßig des
Einsatzes von Rührwerken,
so auch bei der Papier- und Keramikherstellung. Entsprechend dem
jeweiligen Anwendungsbereich werden zum Mischen und/oder Homogenisieren
der jeweiligen Stoffe verschiedene Rührwerksanordnungen eingesetzt.
Bekannt sind beispielsweise Fass- und Container-Rührwerke,
die in oder an dem jeweiligen Behälter angeordnet werden, oder
selbsttragende Stativ-Rührwerke.
Auch klein- bis großvolumige
Behälter
zur Lagerung oder für
den Transport von Stoffmischungen können mit einem Rührwerk ausgestattet
sein, um eine Entmischung während
der Lagerung oder des Transportes zu verhindern. Das Rührwerk wird
auf das jeweilige Rührgut
sowie auf die Form und die Größe des jeweiligen Behälters abgestimmt.
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Rührwerke
umfassen in der Regel eine elektromotorisch antreibbare Welle, mittels
derer ein oder mehrere drehfest mit der Welle verbundene Rührorgane
auf einer Kreisbahn bewegt werden. Eingesetzt in einen Behälter mit
einem strömungsfähigen Medium
werden die Rührorgane
aufgrund ihrer Bewegung von dem Medium umströmt. In Abhängigkeit von der Form der Rührorgane,
deren Anordnung im Behälter und
der Geschwindigkeit, mit der die Rührorgane bewegt werden, stellen
sich in dem Rührgut
bestimmte Strömungsverhältnisse
ein, die eine Durchmischung des Rührgutes bewirken.
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Es
sind Rührwerke
bekannt, die mit hohen Drehzahlen betrieben werden, um den gewünschten Durchmischungseffekt
durch Verwirbelung des Rührgutes
zu erzielen. Dabei kann es zum Lufteinzug und/oder zur Schaumbildung
kommen, die bei bestimmten Anwendungen jedoch unerwünscht sind. Dies
ist beispielsweise bei der Herstellung von Farben oder bei der Herstellung
von Keramiken der Fall. Hohe Drehzahlen, insbesondere in Kombination
mit scharfkantigen Rührorganen,
können
zudem Scherkräfte
bewirken, die schlag- und scherempfindliche Stoffmischungen schädigen können. Zu
den empfindlichen Stoffmischungen zählen oftmals Nahrungsmittel
oder biochemische Produkte. Durch Zugabe bestimmter Farbpigmente
können
auch Farbmischungen eine derartige Empfindlichkeit aufweisen. Die
mit den hohen Drehzahlen in der Regel einhergehenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten können ferner
zu einer Erwärmung
des Rührgutes führen. Beim
Mischen und/oder Homogenisieren temperaturempfindlicher Stoffmischungen
gilt es allerdings derartige Erwärmungen
zu vermeiden. Zumindest in den vorstehend genannten Fällen bedarf es
des Einsatzes eines substanzschonenden Rührverfahrens sowie einer entsprechenden
Rührvorrichtung,
die auch bei niedrigen Drehzahlen eine effektive Durchmischung des
Rührgutes
ermöglichen.
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Aus
der
DE 39 01 894 A1 ist
ein Rührwerk bekannt,
das bei relativ geringer Bewegungsgeschwindigkeit der Rührorgane
eine vollständige Durchmischung
eines strömungsfähigen Mediums ermöglicht.
Es ist daher auch zur Behandlung empfindlicher Stoffmischungen geeignet.
Die geringe Bewegungsgeschwindigkeit der Rührorgane bewirkt, dass sich
im Rührgut
Gegenströmungen
ausbilden, die den Mischeffekt fördern.
Die Rührzeiten
können dabei
sogar verkürzt
werden. Niedrige Antriebsleistungen und kurze Rührzeiten führen zudem zu einer Verringerung
des erforderlichen Energieaufwandes. Das beschriebene Rührwerk umfasst
eine Welle mit senkrecht zur Wellenlängsachse verlaufenden Armen,
die an ihrem freien Ende jeweils ein Rührorgan tragen. Jedes Rührorgan
besteht aus einem Rohrkörper
mit einem konusförmig
ausgebildeten Teilbereich. Der Querschnitt des konusförmig ausgebildeten
Teilbereiches verengt sich dabei entgegen der Drehrichtung, d. h.
in Durchströmungsrichtung.
Der konusförmige
Teilbereich bewirkt somit eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
eines durch diesen Teilbereich hindurchströmenden Mediums. Die Längsachse
des Rührorgans
ist zudem in Drehrichtung schräg
nach unten gestellt. Die konkrete Ausbildung und Anordnung der Rührorgane
sowie deren geringe Bewegungsgeschwindigkeit sollen Strömungsverhältnisse
bewirken, die eine weiträumige Erfassung
des Rührgutes
und damit eine effektive und effiziente Durchmischung ermöglichen.
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Aus
der
DE 201 16 967
U1 ist des Weiteren ein Rührkörper mit einem Kegelkörper und
einer den Kegelkörper
umgebenden zylindrischen Außenwand bekannt.
Zwischen Kegelkörper
und zylinderförmiger Außenwand
wird ein Ringspalt ausgebildet, der nur durch Streben zur Verbindung
des Kegelkörpers
mit der Außenwand
unterbrochen wird.
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Ausgehend
von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Rührwerk, insbesondere die Rührorgane
eines solchen Rührwerkes,
derart weiterzuentwickeln, dass eine vollständige Durchmischung des Rührgutes
noch effizienter erreicht werden kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Rührorgan mit
den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte konkrete Ausgestaltungen
des Rührorgans
werden in den Unteransprüchen
beschrieben. Darüber
hinaus wird die Aufgabe durch ein Rührwerk mit wenigstens zwei
derartigen Rührorganen
mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Das
Rührorgan
nach der Merkmalskombination des Anspruchs 1 weist wenigstens einen
konusförmig
ausgebildeten Teilbereich auf, der erfindungsgemäß zumindest teilweise von einem
Rohrkörper umgeben
ist, dessen Innenwandfläche
zur Außenwandfläche des
konusförmigen
Teilbereiches beabstandet ist. Auf diese Weise wird zwischen dem Rohrkörper und
dem konusförmigen
Teilbereich ein Ringspalt ausgebildet, der eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit
eines durch den Ringspalt strömenden
Mediums bewirkt. Vorzugsweise ist hierzu der den konusförmigen Teilbereich
umgebende Rohrkörper
im Wesentlichen zylinderförmig
ausgebildet. Eine solche Rührorganausbildung
verstärkt die
Bildung einer Gegenströmung
innerhalb des Rührgutes,
so dass auch bei geringen Umfangsgeschwindigkeiten der Rührorgane
und bei kurzer Rührzeit
eine hervorragende Durchmischung des Rührgutes erzielt wird. Denn
während
der konusförmige
Teilbereich des Rührorgans
eine Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit
des hindurchströmenden
Mediums bewirkt (Düsen-Effekt),
tritt der gegenteilige Effekt (Diffusor-Effekt) in dem Ringspalt zwischen
Rohrkörper
und konusförmigem
Teilbereich auf.
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Bevorzugt
sind der Rohrkörper
und der konusförmige
Teilbereich koaxial angeordnet, das heißt, dass der Ringspalt zwischen
Rohrkörper
und Konus umlaufend die gleiche Breite aufweist.
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Weiterhin
bevorzugt schließt
sich an den konusförmigen
Teilbereich ein zylinderförmiger
Abschnitt an. Ein solcher Abschnitt kann einseitig im Bereich der
Eintrittsöffnung
bzw. im Bereich der Austrittsöffnung
für das
hindurchströmende
Medium oder beidseitig an den Konus angesetzt sein.
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Vorzugsweise
liegt eine Stirnseite des konusförmigen
Teilbereiches oder des hieran anschließenden zylinderförmigen Abschnittes
in einer Ebene mit einer Stirnseite des Rohrkörpers. Bevorzugt ist dies jeweils
die in Drehrichtung liegende Stirnseite, das heißt die Stirnseite im Bereich
der Eintrittsöffnung
für das
hindurchströmende
Medium.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform sind
der Rohrkörper
und der konusförmige
Teilbereich über
einen gemeinsamen Tragarm verbunden, der zur Befestigung des Rührorgans
an einem Rührwerk
dient. Die Befestigung des Rohrkörpers
und des konusförmigen
Teilbereiches an dem Tragarm erfolgt dabei vorzugsweise über eine
Schweißverbindung. Eine
derartige Verbindung gewährleistet
eine hinreichende Stabilität
ohne den Ringspalt zwischen Rohrkörper und Konus und damit den
freien Strömungsquerschnitt
durch weitere Befestigungsmittel einzuschränken. Als Werkstoff für die Rührorgane
einschließlich
der Tragarme eignen sich daher insbesondere miteinander verschweißbare Materialien, wie
beispielsweise metallische Werkstoffe oder Kunststoffe.
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Das
erfindungsgemäße Rührwerk zum
Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien umfasst eine antreibbare
Welle und wenigstens zwei Rührorgane
der vorstehend beschriebenen Art. Dabei ist jedes Rührorgan über einen
Tragarm in Drehrichtung fest mit der Welle verbunden.
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Vorteilhafterweise
ist das jeweilige Rührorgan über einen
klapp- oder schwenkbaren Tragarm mit der Welle verbunden. Während die
Tragarme im Betrieb des Rührwerkes
ausgeklappt und im Wesentlichen senkrecht zur Wellenlängsachse
ausgerichtet sind, können
die Tragarme einschließlich
der Rührorgane
zum Einsetzen in einen Behälter über eine
Gelenkverbindung im Bereich der Welle kompakt zusammengelegt werden,
so dass das Rührwerk
auch in einen Behälter
mit einer kleinen Öffnung
eingesetzt werden kann. Wird nach dem Einsetzen das Rührwerk in
Betrieb genommen erfolgt aufgrund der Zentrifugalkräfte die
Rückstellung
der Tragarme und damit der Rührorgane.
Unterstützend
können
auch Rückstellelemente,
wie beispielsweise Federn, vorgesehen sein. Das Gelenk ist ferner
bevorzugt mit einer Hülse
verbunden, die zur Verbindung der Rührorgane mit der Welle auf
diese aufgesteckt oder aufgeschraubt werden kann. Dabei ist auf
eine in Drehrichtung der Welle drehfeste Verbindung zu achten.
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Der
Tragarm eines Rührorgans
weist bevorzugt im Querschnitt ein Rund- oder Mehrkantprofil, beispielsweise
ein Drei- oder Vierkantprofil auf. Eine solche Ausbildung verleiht
dem Tragarm die notwendige Stabilität und kann zudem unterstützend dazu beitragen,
dass die Ausbildung toter Zonen im Bodenbereich des Behälters unterbleibt.
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Vorzugsweise
ist die Längsachse
eines Rührorgans
im Betrieb des Rührwerks
um einen Winkel von 10° bis
20°, weiterhin
vorzugsweise um einen Winkel von 15°, gegenüber einer Ebene senkrecht zur
Längsachse
der Welle angestellt. Dabei ist das Rührorgan bevorzugt in Drehrichtung
nach unten geneigt. Das heißt,
die Strömungsrichtung
des durch das Rührorgan
hindurchströmenden
Mediums verläuft
leicht ansteigend.
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Weiterhin
bevorzugt ist die Längsachse
eines Rührorgans
um einen Winkel von 10° bis
20°, vorzugsweise
um einen Winkel von 15°,
gegenüber einer
Ebene senkrecht zur Längsachse
ihres Tragarmes angestellt. Dabei ist das Rührorgan bevorzugt entgegen
der Drehrichtung leicht radial nach außen gedreht. Das heißt, die
Strömungsrichtung
des durch das Rührorgan
hindurchströmenden
Mediums verläuft
nur annähernd
tangential zur Kreisbahn, auf der das Rührorgan bewegt wird.
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Als
vorteilhaft hat sich weiterhin erwiesen, den Rohrkörper mit
einem Anschnitt zu versehen. Im Betrieb des Rührwerkes, das heißt, wem
die gegebenenfalls klappbaren Tragarme ausgeklappt sind, sollte
die Schnittkante des Anschnittes auf einer im Wesentlichen zur Wellenlängsachse
konzentrischen Kreislinie liegen. Auf diese Weise erhält der Rohrkörper eine
Stromlinienform, die dem umströmenden Medium
kaum Widerstand entgegensetzt. Ein geringerer Strömungswiderstand
wiederum ermöglicht Antriebsenergie
einzusparen, da das Rührorgan leichter
durch das strömungsfähige Medium
bewegt werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Rührorgan
gewährleistet
eine vollständige
Durchmischung des Rührgutes
bei gleichzeitiger Energie- und Zeitersparnis. Auf diese Weise kann
eine besonders effiziente Durchmischung des Rührgutes erzielt werden. Das
heißt
der Wirkungsgrad des Rührwerks
kann bei geringerer Antriebsleistung gesteigert werden.
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Eine
konkrete Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
entlang der Schnittlinie A-A durch ein Rührorgan,
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2 eine
Seitenansicht des Rührorgans nach 1,
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3 eine
weitere Seitenansicht des Rührorgans
nach 1,
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4 eine
Seitenansicht einer Rührorgananordnung
mit zwei Rührorganen
entsprechend den 1 bis 3,
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5 eine
Draufsicht auf die Rührorgananordnung
nach 4,
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6 eine
perspektivische Darstellung der Rührorgananordnung der 4 und 5.
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Der
Schnittdarstellung der 1 ist ein Rührorgan zu entnehmen, das einen
konusförmigen Teilbereich 1 und
einen Rohrkörper 2 umfasst.
Der Rohrköper 2 umgibt
den konusförmigen
Teilbereich 1, wobei zwischen beiden Teilen des Rührorgans
ein umlaufender Ringspalt 3 ausgebildet wird. Der im Wesentlichen
zylinderförmige
Rohrkörper 2 und
der konusförmige
Teilbereich 1 sind koaxial angeordnet. Der Ringspalt 3 besitzt
somit umlaufend die gleiche Breite (siehe 2). In Längsrichtung
bezogen auf die Längsachse
L1 des Rührorgans
weitet sich der Ringspalt 3 aufgrund des sich verengenden
konusförmigen
Teilbereiches 1 von der Konuseintrittsöffnung zur Konusaustrittsöffnung hin
auf (siehe 1).
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Der
Rohrkörper 2 und
der konusförmige
Teilbereich 1 sind über
einen Tragarm 4 miteinander verbunden. Der Tragarm 4 besteht
aus einem im Querschnitt runden Profilstab aus einem metallischen Werkstoff
und wird durch eine Bohrung 5 im Rohrkörper 2 an den konusförmigen Teilbereich 1 herangeführt. Der
Tragarm 4 ist mittels einer Schweißverbindung 4.1 an
dem konusförmigen
Teilbereich 1, der ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff
besteht, befestigt. Zur Verstärkung
der Bohrung 5 ist außenseitig
auf dem Rohrkörper 2,
der wie der konusförmige
Teilbereich 1 aus einem Metall besteht, eine Manschette 6 aufgeschweißt. Das
freie Ende des Tragarmes 4 bildet einen ersten Teil 7.1 eines
Gelenkes 7 aus. Der zweite Teil des Gelenkes 7 wir
durch einen Stift 7.2 gebildet, dessen Längsachse
die Schwenkachse des Tragarmes 4 definiert.
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1 ist
weiterhin zu entnehmen, dass der Rohrkörper 2 nicht durchgehend
als vollständiger
Zylinder ausgebildet ist, sondern im hinteren Bereich, das heißt zur Austrittsöffnung hin
angeschnitten ist. Die Schnittkante 9 des Anschnittes verläuft dabei schräg zur Längsachse
L1 des Rührorgans.
Der Anschnitt verleiht dem Rohrkörper
eine Stromlinienform und gleicht dabei eine Schrägstellung des Rohrorgans in
Bezug auf eine Ebene E3 senkrecht zur Längsachse L2 des Tragarmes 4 aus.
Der Winkel β der
Schrägstellung
beträgt
15°.
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3 zeigt
eine weitere Schrägstellung
des Rührorgans.
Der Winkel α beträgt wiederum
15° und bestimmt
die Schrägstellung
der Rührorganslängsachse
L1 gegenüber
einer Ebene E2 senkrecht zur Wellenlängsachse L3 (siehe 4).
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Die
Winkellage des Rührorgans
ist auch der in den 4 und 5 dargestellten
Rührorgananordnung
zu entnehmen. Diese umfasst zwei rotationssymmetrische, um 180° versetzt
zueinander angeordnete Rührorgane
entsprechend den 1 bis 3. Jedes
Rührorgan ist
an einem Tragarm 4 befestigt, an dessen Ende ein Gelenkteil 7.1 ausgebildet
ist, mittels dessen der Tragarm 4 einschließlich des
Rührorgans
um eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Das Gelenkteil 7.1 ist über einen
Stift 7.2 mit einer Hülse 10 verbunden,
die der Befestigung der Rührorgane
an der Welle eines Rührwerks dient.
Hierzu wird die Hülse 10 auf
die Welle des Rührwerks
einfach aufgesteckt.
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Wie
aus den 1 und 4 bis 6 ersichtlich
ist, schließt
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
an den konusförmigen
Teilbereich 1 eines jeden Rührorgans ein zylinderförmiger Abschnitt 8 an.
Die Stirnseite des zylinderförmigen
Abschnittes 8 liegt in einer Ebene E1 mit einer Stirnseite
des Rohrkörpers 2 (siehe 1).
Die Stirnseiten begrenzen die Eintrittsöffnungen des Rührorgans,
sowohl die Eintrittsöffnung
in den konusförmigen
Teilbereich 1, als auch in den Ringspalt 3.
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6 verdeutlicht
die Rührorgananordnung der 4 und 5 nochmals
in einer perspektivischen Darstellung mit ausgeklappten Tragarmen 4. Die
am Gelenk 7 der Tragarme 4 ausgebildete Hülse 10 erlaubt
eine lösbare
Verbindung der Rührorgananordnung
mit einer Welle eines Rührwerks.
Für verschiedene
Anwendungsbereiche lassen sich somit unterschiedliche Rührorgananordnung
vorhalten, die bei Bedarf einfach ausgetauscht werden. Beispielsweise
können
sich die Rührorgananordnungen
hinsichtlich der Form, der Größe oder
der Anzahl der Rührorgane
unterscheiden. Weitere Unterschiede können sich je nach Verwendungszweck
auch im Hinblick auf den Werkstoff des Rührorgans ergeben. Somit lassen
sich Spezial-Rührwerke
zusammenstellen, die auf den jeweiligen Anwendungsfall konkret abgestimmt
sind und somit ebenfalls zur Effizienz des Rührvorgangs beitragen.