DE102009021079B3

DE102009021079B3 - Hohlkörperrührer

Info

Publication number: DE102009021079B3
Application number: DE102009021079A
Authority: DE
Inventors: Horst Schottmueller
Original assignee: Schottmueller Horst Dipl-Ing (fh)
Current assignee: PROMITEC GMBH, DE
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2029-05-14

Abstract

Hohlkörperrührer zum Rühren und Mischen von strömungsfähigen, fluiden Medien im niedrig- bis mittelviskosen Bereich in unterschiedlichen Rührbehältern (1) mit mindestens zwei oder mehreren Hohlkörpern (3), die jeweils eine sich gegenüberliegende Eintritts- und Austrittsfläche und eine Mantelfläche aufweisen, wobei die Hohlkörper an Tragarmen (7) befestigt sind, die zusammengeführt sind auf eine rotierende Rührwelle (2) oder auf eine Nabe, welche an einer rotierenden Rührwelle (2) befestigt ist, wobei die Hohlkörper (3) in der Mantelfläche in Längsrichtung einen durchgehenden Schlitz aufweisen und die Eintrittsfläche (9) der Hohlkörper (3) mit jeweils gleichem Winkel zur Horizontalen geneigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlkörperrührer zum Mischen von strömungsfähigen, fluiden Medien im niedrig- bis mittelviskosen Bereich in unterschiedlichen Rührbehältern.
Hohlkörper-Rührsysteme haben bei optimaler verfahrenstechnischer Konfiguration, gegenüber einem Blattsystem, wie z. B. Blattrührer, Balkenrührer u. s. w. energetische und strömungstechnische Vorteile. Voraussetzung ist jedoch, dass der einzelne Hohlkörper weder innen, noch außen mit Störelementen, wie z. B. in Schrift FR 72132 E dargestellt, bestückt ist.
Zwangsläufig müssen die Hohlkörper an Tragarmen zur Wellenmitte befestigt werden. Hier haben sich kreisrunde Trägerprofile als bestgeeignet bewährt. Befestigung an Trägerscheiben, wie z. B. in den Schriften GB 695227 A und CH 333494 A dargestellt, ist für die typische Hohlkörper-Rührtechnologie schädlich, da die Scheiben, ähnlich wie beim Scheibenrührer, bzw. Zahnscheibe, mit zunehmender Drehzahl Radialströmungen nach außen erzeugen. Diese stören den radialsymmetrischen Strömungsaufbau des Hohlkörpers erheblich. Außerdem lagern sich auf Grund langsamer Drehzahlen auf der Scheibe zur Welle hin zunehmend Feststoffe ab, was Reinigungsprobleme mit sich bringt.
Hohlkörper-Rührsysteme sind prinzipiell Langsamläufer, d. h. diese arbeiten mit niedrigeren Drehzahlen, bzw. niedrigeren Umfangsgeschwindigkeiten als Blattsysteme. Bei ungeeignet hohen Umfangsgeschwindigkeiten bricht der typische Hohlkörperströmungsaufbau zusammen, es tritt Rührgutrotation ein, es müssten Stromstörer eingebaut werden, was den Leistungseintrag erhöhen würde, die Rühraufgabe wird nicht erfüllt.
Bei bekannten, speziell konusförmigen Hohlkörpern, entwickeln sich im Hohlkörpermantel mit zunehmender Umfangsgeschwindigkeit rückwärts zum Eintritt fließende Verwirbelungen, ersichtlich aus der Patentschrift DE 39 01 894 A1 . Durch die Strömungsverdichtung im Konus bildet sich über die Eintrittskante ein Überstromeffekt. Gleichzeitig entsteht im Außenbereich der Konusform in Fließrichtung eine radiale Unterdruckzone mit rückläufiger Fließtendenz am Konusmantel.
Einerseits schützt dieser Überstromeffekt empfindliche Produkte vor Scherwirkung an der Eintrittskante, andererseits vermindern die internen Verwirbelungen die Energie des Austrittstrahles und erzeugen durch die außenliegende Unterdruckzone Störpotential zu einem annähernd gleichförmigen Strömungsaufbau im Hohlkörperaußenbereich.
Die konusförmigen Hohlkörper verdichten während des Rührvorganges die Strömung innerhalb des Hohlkörpers und erzeugen hiermit am Hohlkörperausgang einen Düsenstrahleffekt. Diese Verdichtung benötigt entsprechende Energie.
Ein Hohlkörperrührer mit Bogensegmenten ist aus der DE 202 16 809 U1 bekannt.
Trotz der universellen Anwendbarkeit bestehender Hohlkörper-Rührsysteme gibt es Bereiche in denen konventionelle Blattsysteme, als auch Hohlkörper-Systeme an Grenzen stoßen, bzw. in der Funktionsfähigkeit stark eingeschränkt sind. Beispielsweise in Kläranlagen und Bio-Gasanlagen. Hier fallen Feststoffe in hohen Konzentrationen und sehr unterschiedlichen Konsistenzen an (schlammig, körnig, kurzfaserig, langfaserig).
Diese Schmutzfrachten neigen in hohen Konzentrationen bei den Rührorganen zur Verstopfung und Verzopfung. Hierbei entwickelt sich an den Rührorganen, meist asymmetrisch, eine Feststoffanhäufung, die einerseits das Strömungsbild verschlechtert und andererseits zu Unwuchten, und daraus folgend, zu Schäden an der Rührwelle führt.
Bei bestehenden Hohlkörper-Rührsystemen führt dies zur Verstopfung des Hohlkörpers, gleichgültig, ob geschlossener oder spiralförmiger Hohlkörper, wie er z. B. aus der DE 200 19 941 U1 bekannt ist. Speziell langfaserige Substanzen bauen sich durch den Staudruck zunehmend am Eintrittsumfang sowie den Spiralen auf und können bis zum Verschluss des Hohlkörpers, bzw. der Spirale führen.
Bei den Rührwerks-Blattsystemen wird dieser Problematik mit Unterwasser-Rührwerken begegnet. Die meist 2-flügligen Rührorgane haben relativ große Durchmesser und weisen eine sogenannte strömungsrückläufige Ablaufkante auf (Fachjargon: Banane).
Der große Nachteil dieser Unterwasser-Rührwerke liegt darin, dass die Wellenlagerungen störanfällig sind und, je nach Rührwerkskonzeption, Reparaturen teilweise mit hohem finanziellem Aufwand unter Wasser ausgeführt werden müssen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, für Suspensionen mit hohen speziell faserhaltigen Feststoffanteilen einen Hohlkörperrührer bereitzustellen mit besserer Funktonalität und einer Minimierung der Feststoffablagerungen an den Rührorganen.
Die Aufgabe wird mit einem Hohlkörperrührer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Einen sehr guten Lösungsansatz dieser Probleme bietet das neu entwickelte Hohlkörper-Rührsystem mit rückläufiger Einlaufkante und Längsschlitz im Außenmantel. Die Feststoffe können sich nicht mehr durch den rechtwinkligen Staudruck an der Einlaufkante aufbauen, sondern werden durch die Schrägstellung der Einlaufkante nach außen geschoben und durch die Strömung im Hohlkörper im Längsschlitz ausgetragen.
Das Wesentliche der Erfindung ist das Schlitzprinzip am Hohlkörper-Rührer. Bei den bekannten Hohlkörper-Rührsystemen handelt es sich immer um komplette Rührorgane mit jeweils einteiligen konischen, zylindrischen oder gebogenen Hohlkörperformen, mit geschlossenem Außenmantel oder konusförmige Spiralen.
Einen Vorteil bietet das neue System beim Anfahren des Rührwerkes im Sediment, bzw. abgesetzter Suspension. Blattsysteme benötigen zum Anfahren in abgesetzter Suspension meist Freispüllanzen, bestehende Hohlkörpersysteme neigen je nach Feststoffart oft zur Verstopfung.
Das geschlitzte Hohlkörper-Rührsystem bietet zu dieser Problematik gute Lösungsansätze. Der Anschnittswinkel der Eintrittsfläche, die Übergangsradien von umlaufender Eintrittskante zum Längsschlitz, die Breite und Form des Längsschlitzes, sowie die zylindrische oder konische Form des Hohlkörpers bieten zum Anfahren in abgesetzter Suspension bei Feststoffen aller Art variable Parameter zur optimalen rührtechnischen Lösung.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Dabei zeigen
1 einen geschlitzten Hohlkörperrührer im Behälter
2 einen geschlitzten zylindrischen Hohlkörper
3 einen geschlitzten konischen Hohlkörper
4 und 5 die Strömungsbilder der geschlitzten Hohlkörper-Rührorgane
Wie in 1 dargestellt ist der geschlitzte Hohlkörperrührer im Behälter 1. Der Hohlkörperrührer verfügt über eine rechtsdrehende Rührwelle 2 an der zwei bis vier geschlitzte Hohlkörper 3 über einen Tragarm 7 befestigt sind.
Das zylindrische, geschlitzte Hohlkörper-Rührorgan, wie in 2 dargestellt, hat rohrförmige, zylindrische Körper, in der Regel aus handelsüblichen Normrohren mit jeweils gleichen Durchmessern und ist an Tragarmen 7 befestigt. Der Anschnitt der Eintrittsfläche 9 hat zur Längsachse einen Eintrittswinkel γ von ca. 0 bis 45 Grad. Die Mantelfläche ist durchgehend in variablen Breiten und Formen geschlitzt, z. B. mit unterschiedlichen erforderlichen Eingangsradien. Der Produkteintritt 5 ist mit einem Pfeil gekennzeichnet.
3 zeigt ein konisches, geschlitztes Hohlkörper-Rührorgan. Dieses hat rohrförmige, konische Körper, die in der Regel aus handelsüblichen Reduzierungen oder gerollten Blechzuschnitten gleicher Größe bestehen, mit jeweils gleichen Konen-Durchmesserverhältnissen. Die Hohlkörper 3 sind an Tragarmen 7 befestigt. Der Anschnitt der Eintrittsfläche 9 hat zur Längsachse einen Eintrittswinkel γ von ca. 0 bis 45 Grad. Die Mantelfläche ist durchgehend in variablen Breiten und Formen geschlitzt, mit unterschiedlichen Eingangsradien. Der Produkteintritt 5 ist mit einem Pfeil gekennzeichnet.
Die Strömungsbilder nach den 4 und 5 zeigen:

– Bei einem zylindrischen Hohlkörper den fasrigen Feststoffverlauf entlang der Eintrittskante radial nach außen. Über den Längsschlitz 6 im Mantel werden faserige Feststoffe und Geschwämsel aller Art abgeleitet und ausgetragen.
– Beim konischen Hohlkörper den faserigen Feststoffverlauf entlang der Eintrittskante radial nach außen. Der Längsschlitz 6 im Mantel verhindert die Verklumpung und den Feststoffaufbau im Hohlkörper und verleiht der Strömung eine zusätzliche radiale Komponente.

1: Rührbehälter
2: Rührwelle
3: Hohlkörper
4: Drehrichtung
5: Produkteintritt
6: Längsschlitz
7: Tragarm
8: Produktaustritt
9: Eintrittsfläche
γ: Eintrittswinkel

Claims

Hohlkörperrührer zum Rühren und Mischen von strömungsfähigen, fluiden Medien im niedrig- bis mittelviskosen Bereich in unterschiedlichen Rührbehältern (1) mit mindestens zwei oder mehreren Hohlkörpern (3), die jeweils eine sich gegenüberliegende Eintritts- und Austrittsfläche und eine Mantelfläche aufweisen, wobei die Hohlkörper an Tragarmen (7) befestigt sind, die zusammengeführt sind auf eine rotierende Rührwelle (2) oder auf eine Nabe, welche an einer rotierenden Rührwelle (2) befestigt ist, wobei die Hohlkörper (3) in der Mantelfläche in Längsrichtung einen durchgehenden Schlitz aufweisen und die Eintrittsflächen (9) der Hohlkörper (3) mit jeweils gleichem Winkel zur Horizontalen geneigt sind.
Hohlkörperrührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (3) eine zylindrische Form aufweisen.
Hohlkörperrührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (3) eine konische Form aufweisen.
Hohlkörperrührer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (3) jeweils gleiche Anschnitte der Eintrittsfläche (9) von 0 bis 45 Grad aufweisen.
Hohlkörperrührer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der durchgehende Schlitz eine variable Breite besitzt.
Hohlkörperrührer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (3) lösbar an den Tragarmen (7) befestigt sind.