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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 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 benannt. 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 einen Entmischung während
der Lagerung oder des Transports zu verhindern. Das Rührwerk wird
auf das jeweilige Rührgut
sowie 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 bestimmte 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
ermöglicht.
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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 jeweils ein Rührorgan
mit einem konisch verlaufenden Rohrabschnitt tragen. Der Querschnitt des
konischen Rohrabschnittes verengt sich dabei entgegen der Drehrichtung,
d. h. in Durchströmungsrichtung.
Die Eintrittsöffnung
für das
durchströmende Rührgut ist
somit größer als
die Austrittsöffnung.
Die Längsachse
des konischen Rohrabschnittes 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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Rohrkörper mit
einer Eintrittsöffnung
und einer Austrittsöffnung
für eine
strömungsfähiges Medium,
sind auch aus anderen Bereichen der Technik bekannt. So zeigt beispielsweise
die
US 1 012 308 A einen
Propeller mit einem konisch verlaufenden Rohrkörper, wobei die Eintrittsöffnung größer als
die Austrittsöffnung
ist.
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Eine
zumindest teilweise Verengung in Durchströmungsrichtung weist auch das
Rührorgan der
US 5 156 778 A auf.
Die Verengung wird innerhalb eines Rohrabschnitts durch wenigstens
eine bogenförmig
verlaufende Seitenwand gebildet.
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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 6 gelöst.
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Erfindungsgemäß besitzt
das Rührorgan
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 einen vier Seitenwände umfassenden
Rohrkörper,
von denen zumindest eine im Längsschnitt
einen bogenförmigen
oder polygonzugartigen Verlauf aufweist. Die bogenförmig oder
polygonzugartig verlaufende Seitenwand liegt bevorzugt außen in Bezug
auf die Kreisbahn, entlang der das Rührorgan bewegt wird. Anders
ausgedrückt
liegt diese Seitenwand der Innenwand des das Rührgut aufnehmenden Behälters am
nächsten.
Vorzugsweise ist der bogenförmige oder
polygonzugartige Verlauf der Seitenwand dem Verlauf der Behälterinnenwand
derart angepasst, dass das im Zwischenraum befindliche Rührgut vollständig erfasst
und in den Rührprozess
einbezogen wird. Bei einem entlang einer Kreisbahn bewegten Rührorgan
wirkt sich ein bogenförmiger
oder polygonzugartiger Verlauf einer Seitenwand auch positiv auf
die an dem Rührorgan
vorherrschenden Strömungsverhältnisse
aus, sofern die bogenförmig
oder polygonzugartig verlaufende Seitenwand einer im Wesentlichen
zur Kreisbahn konzentrischen Kreislinie folgt. Denn durch diese
Maßnahme
erhält
der Rohrkörper
eine Stromlinienform und kann aufgrund des reduzierten Strömungswiderstandes
leichter durch das Rührgut
bewegt werden. Dies ermöglicht Antriebsenergie
einzusparen und somit einen effizienten Rührvorgang zu betreiben.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform weist
der Rohrkörper
des Rührorgans
eine rechteckige Querschnittsform auf. Ausgehend von einer rechteckigen
Querschnittsform im Bereich der Eintrittsöffnung kann sich die Querschnittsform
in der Längenentwicklung
des Rohrkörpers ändern. Vorzugsweise stehen
jedoch alle vier Seitenwände
senkrecht aufeinander.
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Weiterhin
bevorzugt ist die der bogenförmig oder
polygonzugartig verlaufenden Seitenwand gegenüberliegende Seitenwand eben
und besitzt die Form eines Trapezes. Die beiden parallelen Seitenkanten
des Trapezes bilden dabei jeweils eine Seitenkante der Eintrittsöffnung sowie
der Austrittsöffnung.
An den beiden anderen Seitenkanten des Trapezes schließen zwei
weitere Seitenwände
an.
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Vorzugsweise
besitzt die der bogenförmig oder
polygonzugartig verlaufenden Seitenwand gegenüberliegende Seitenwand die
Form eines gleichschenkeligen Trapezes. Die beiden Innenwinkel an der
langen parallelen Seitenkante betragen 70°–80°, vorzugsweise 76°. Der Rohrkörper weist
somit einen sich verengenden Querschnitt auf. Dabei ist die Eintrittsöffnung für das durchströmende Medium
größer als
die Austrittsöffnung.
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Die
vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Seitenwände des
Rohrkörpers
sind entlang ihrer Längskanten
miteinander verschweißt.
Die Schweißverbindung
verleiht dem Rohrkörper
eine hinreichende Stabilität.
Es können
auch andere miteinander verschweißbare Werkstoffe als Material
für den
Rohrkörper
vorgesehen sein.
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Das
erfindungsgemäße Rührwerk zum
Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien umfasst eine antreibbare
Welle und wenigstens zwei erfindungsgemäße Rührorgane, wobei jedes Rührorgan über einen
Tragarm in Drehrichtung fest mit der Welle verbunden ist. Die Welle
ist vorzugsweise elektromotorisch antreibbar, so dass jedes außen an einem
Tragarm befestigte Rührorgan entlang
einer Kreisbahn konzentrisch zur Wellenlängsachse bewegbar ist. Bevorzugt
weist das Rührwerk
ein oder zwei sich jeweils gegenüberliegende Rührorganpaare
auf, die jeweils an einem gemeinsamen Tragarm angeordnet sind. Bei
einem Rührorganpaar
besitzt der Tragarm bevorzugt eine in Wellenlängsachsenrichtung geringe Bauhöhe, um den Strömungswiderstand
an den entsprechenden Seitenflächen
zu verringern. Bei jeweils zwei Rührorganpaaren können die
Tragarme kreuzweise angeordnet sein. Zur Befestigung der Rührorgane
an der Welle ist bevorzugt im Schnittpunkt der sich kreuzenden Tragarme
bzw. im Mittelpunkt eines Tragarmes eine Hülse angeordnet, mittels derer
die Rührorgane
bevorzugt über
eine Schraubverbindung mit der Welle verbunden werden können. Darüber hinaus
kann die Befestigung der Rührorgane
an der Welle auch über eine
Steckverbindung erfolgen, soweit eine zumindest in Drehrichtung
der Welle drehfeste Verbindung gewährleistet ist.
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Eine
Schraub- oder Steckverbindung zur Befestigung der Rührorgane
an der Welle eines Rührwerks
sollte lösbar
sein, um den Austausch der Rührorgane
zu ermöglichen.
Je nach Art des Rührgutes oder
Größe des Behälters kann
dann das Rührwerk bzw.
können
die Rührorgane
im Hinblick auf ihre konkrete Form, ihre Größe oder Anzahl auf den jeweiligen
Anwendungsfall abgestimmt werden.
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Je
nach Anwendungsfall kann es erforderlich sein, dass die Rührorgane
in einen Behälter
eingeführt
werden müssen.
Besitzt der Behälter
nur eine kleine Öffnung
kann es von Vorteil sein, wenn jedes Rührorgan über einen klapp- und/oder schwenkbaren
Tragarm mit der Welle verbunden ist. Die Tragarme werden zum Einsetzen
der Rührorgane
in den Behälter
in eine Ausrichtung parallel zur Wellenlängsachse verschwenkt und dabei
die Rührorgane zusammengeführt. Auf
diese Weise kann die Ausladung des Rührwerkes reduziert werden,
so dass das Einführen
der Rührorgane
auch durch kleine Öffnungen
möglich
ist. Die Rückstellung
der Rührorgane
erfolgt aufgrund der Zentrifugalkräfte mit Inbetriebnahme des
Rührwerks
selbständig.
Darüber
hinaus können
Rückstellmechanismen
vorgesehen sein, beispielsweise Federn, die unterstützend eine
Rückstellung
der Rührorgane
bewirken.
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Bevorzugt
besteht jeder Tragarm aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise
einem Flachstahl, der über
eine Schweißverbindung
an den Rührorganen
befestigt ist, um die notwendige Stabilität zu gewährleisten.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform sind
die Rührorgane
eines in Betrieb befindlichen Rührwerkes
rotationssymmetrisch in gleichem Abstand zueinander angeordnet.
Sämtliche
Rührorgane bewegen
sich dabei auf derselben Kreisbahn.
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Von
den vier Seitenwänden,
aus denen jedes Rührorgan
besteht, ist wenigstens eine Seitenwand im Betrieb des Rührwerks
im Wesentlichen parallel zur Wellenlängsachse ausgerichtet. Stehen
alle vier Seitenwände
senkrecht aufeinander, weist die Eintritts- bzw. Austrittsöffnung des
Rührorgans
einen liegenden oder stehenden Rechteckquerschnitt auf. Im Betrieb
des Rührwerks
ist die Längsachse
eines Tragarmes weiterhin bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zur
Längsachse
der Welle ausgerichtet. Weiterhin bevorzugt weist die mit dem Tragarm
verbundene und vorzugsweise parallel zur Wellenlängsachse ausgerichtete Seitenwand
gegenüber
der Längsachse
des Tragarms einen Anstellwinkel von 40° bis 50°, vorzugsweise 45° auf. Der
Anstellwinkel dieser Seitenwand bewirkt, dass die Eintrittsöffnung einen
größeren Querschnitt
als die Austrittsöffnung des
Rührorgans
besitzt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die im Längsschnitt
bogenförmig
oder polygonzugartig verlaufende Seitenwand entsprechend einer bevorzugten
Ausführungsform
im Betrieb des Rührwerkes
einer im Wesentlichen zur Wellenlängsachse konzentrischen Kreislinie
folgt.
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Die
vorstehend beschriebene Ausbildung eines erfindungsgemäßen Rührorgans
bzw. ein mit derartigen Rührorganen
ausgestattetes Rührwerk
ermöglichen
beim Mischen und/oder Homogenisieren eines strömungsfähigen Mediums Energie und Zeit einzusparen
und erlauben somit die Durchführung
eines besonders effizienten Rührvorgangs.
Zudem können
unterschiedlich ausgebildete Rührorgane oder
Rührorgananordnungen
vorgehalten und bei Bedarf ausgetauscht werden, so dass für jeden
Anwendungsbereich das passende Rührwerk bereit steht.
Die auf das Rührgut
und den Behälter
abgestimmte konkrete Ausgestaltung und Anordnung der Rührorgane
wirkt zudem der Entstehung toter Zonen entgegen, da das Rührgut vollständig erfasst
und hervorragend durchmischt wird.
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Ein
konkretes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Ansicht einer Rührorgananordnung
quer zur Wellenlängsachse
eines Rührwerks,
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2 einen
Längsschnitt
durch ein Rührorgan
der 1 entlang der Schnittlinie B-B,
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3 eine
Ansicht der Rührorgananordnung nach 1 parallel
zur Wellenlängsachse,
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4 Schnittansicht
eines Rührorgans
nach 3 entlang der Schnittlinie A-A,
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5 perspektivische
Darstellung der Rührorgananordnung
nach 1,
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6 eine
weitere perspektivische Darstellung der Rührorgananordnung nach 1.
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1 ist
eine Rührorgananordnung
mit zwei sich an einem gemeinsamen Tragarm 4 gegenüberliegenden
Rohrkörpern 1 zu
entnehmen. Der Tragarm 4 besteht aus einem Flachstahl der
mittig eine Hülse 7 zur
Befestigung der Rührorgane
an einer Welle eines Rührwerkes
trägt.
Die Befestigung der als Rührorgane
ausgebildeten Rohrkörper 1 an
dem Tragarm 4 erfolgt über
eine Schweißverbindung 4.1 (siehe 3).
Jedes Rührorgan
umfasst vier Seitenwände 1.1, 1.2, 1.3, 1.4,
deren Längskanten
ebenfalls miteinander verschweißt
sind. Die freien Seitenkanten, das heißt die Stirnseiten, bilden
eine Eintrittsöffnung 2 und
eine Austrittsöffnung 3 für ein durchströmendes Medium
aus. Die jeweiligen Öffnungsquerschnitte
liegen dabei annähernd
in einer Ebene, die radial durch das Wellenzentrum verläuft.
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Zumindest
eine Seitenwand 1.3 eines Rohrkörpers 1 weist im Längsschnitt
einen bogenförmigen Verlauf
auf. Sie folgt damit annähernd
einer zur Wellenlängsachse 5 konzentrischen
Kreislinie. Die der bogenförmig
verlaufenden Seitenwand gegenüberliegende
Seitenwand 1.1 ist gegenüber der Längsachse 6 des Tragarmes 4 in
einem Winkel γ =
45° angestellt.
Die Ausbildung und Anordnung der Seitenwände 1.3 und 1.1 der
Rohrkörper 1 bewirken,
dass die in Drehrichtung D liegende und damit eine Eintrittsöffnung 2 für ein durchströmendes Medium
bildende Öffnung
einen größeren Querschnitt
besitzt als die Austrittsöffnung 3.
Unterstützt
wird dies durch die Anordnung der Seitenwände 1.2 und 1.4,
die zur Austrittsöffnung 3 hin
aufeinander zulaufen (siehe 2).
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3 ist
zu entnehmen, dass die Seitenwand 1.4 der beiden Rohrkörper 1 nicht
eben ausgebildet ist. Die Austrittsöffnung 3 besitzt anders
als die Eintrittsöffnung 2 für das durchströmende Medium keinen
rechteckigen Querschnitt (siehe auch 5 und 6).
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Die
Schnittansicht der 4 zeigt die Lage des Tragarmes 4 und
der Hülse 7 in
Bezug auf ein Rührorgan 1.
Die Hülse 7 ist
koaxial zur Wellenlängsachse 5 angeordnet
und kann zur Befestigung der Rührorgane
mit der Welle auf diese aufgesteckt werden. In Drehrichtung D wirkende
Riegelelemente bewirken dabei eine drehfeste Verbindung der Rührorgane
mit der Welle. Wie den 4–6 zu entnehmen
ist, liegt der Tragarm 4 außermittig in Bezug auf die
Fläche
der jeweiligen Seitenwand 1.1 der Rührorgane 1. Die Hülse 7 ist
derart auf einer Seitenfläche des
Tragarmes 4 angeordnet, dass sie über die Rührorgane nicht hinausragt.
Dies ermöglicht
eine kompakte Bauweise der Rührorgananordnung.
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Nicht
dargestellt aber dennoch Bestandteil des Rührwerkes ist eine elektromotorisch
antreibbare Welle, die mit der Rührorganordnung
verbindbar ist. Die Welle kann Bestandteil eines Stativ-Rührwerkes
oder eines sonstigen Rührwerkes
sein, das in einen ein strömungsfähiges Medium
enthaltenden Behälter
eingesetzt werden kann.
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Zweckmäßigerweise
ist die Verbindung der Rührorgananordnung
mit der Welle lösbar,
so dass die Rührorgananordnung
ausgetauscht und auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden
kann. Ein derart optimiertes Rührwerk
ermöglicht
eine vollständige
Durchmischung des Rührgutes
in kürzester Zeit
und mit verringerter Antriebsleistung, so dass der Vorgang als besonders
effizient bezeichnet werden kann.