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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Rührflügel, der
optimal zum Rühren einer Kulturflüssigkeit in der
Medizin und dergleichen geeignet ist, und auf eine abgedichtete
Rührvorrichtung, die mit dem Rührflügel
arbeitet.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Herkömmliche
Rührflügel und Rührvorrichtungen erzeugen
durch die Drehbewegung eines Rührflügels aufgrund
der Drehung eines Motors eine Flüssigkeitsströmung
oder führen durch Auf- und Abbewegen eines scheibenförmigen
Flügels über eine große Hublänge
einen Rührvorgang durch.
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In
Kulturflüssigkeit und dergleichen auf medizinischem Gebiet
ist ein Rühren mit Drehbewegung jedoch nicht bevorzugt,
da es Pilzgebilde beschädigt, und ferner ist eine Rührvorrichtung
mit einem sich drehenden, gleitenden Abschnitt insofern problematisch,
als sie die Gefahr einer Kontamination (Verunreinigung) einer Kulturflüssigkeit
mit sich bringt.
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Um
ein Austreten einer zu rührenden Flüssigkeit und
ihrer Dämpfe aus einem Rührgefäß und ein
Eindringen von Fremdstoffen von außen zu verhindern, beschreibt
das der Anmelderin erteilte
japanische
Patent Nr. 4316251 eine abgedichtete Rührvorrichtung
mit einem Rührgefäß, mit einer auf- und abbewegbaren
Membran, die an einem oberen Flächenabschnitt des Rührgefäßes
angeordnet ist, um dieses luftdicht abzudecken, mit einem Stangenelement,
das an der Membran befestigt und vertikal angeordnet ist und dabei
durch diese hindurch läuft, mit einem Rührflügel,
der an einem unteren Endabschnitt des Stangenelementes befestigt
und vertikal angeordnet ist, mit einem Trennblech, das in Längsrichtung
an einer Innenfläche des Rührgefäßes angeordnet
ist, und mit einer Vielzahl von flachen, plattenartigen Flügeln
für den Rührflügel, die auf oberen und
unteren Flächen einer scheibenförmigen Platte
in schräger, radialer Anordnung stehen, um einen schräg
radial nach außen fließende Austrittsströmung
zu erzeugen, wobei das Rühren im Inneren des Rührgefäßes
durch Auf- und Abbewegen des Rührflügels erfolgt.
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Die
abgedichtete Rührvorrichtung, die im
japanischen Patent Nr. 4316251 beschrieben
ist, bildet zwar durch das Auf- und Abbewegen des Rührflügels eine
gute Wirbelströmung im Rührgefäß,
aber die auf- und abwärtige Strömung ist nicht
perfekt.
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Ferner
sind die herkömmlichen Rührflügel, die
einen Rührvorgang durch Auf- und Abbewegen des scheibenförmigen
Flügels über die große Hublänge
ausführen, zwar unter betrieblichen und baulichen Gesichtspunkten
(Aufbau mit einem abgedichteten Abschnitt) problematisch, aber sie
fördern eine gute Durchmischung.
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Ein
Ziel der Erfindung, die gemacht wurde, um die obigen Probleme zu überwinden,
besteht darin, einen Rührflügel, der vorzugsweise
hauptsächlich zum Rühren in der Medizin und im
Lebensmittelbereich vorgesehen ist, und eine mit dem Rührflügel arbeitende
Rührvorrichtung bereit zu stellen, wobei der Rührflügel
so gestaltet ist, dass eine zu rührende Flüssigkeit
in einem Rührgefäß keiner starken Scherwirkung
ausgesetzt, aber ausreichend gemischt, dispergiert und homogenisiert
wird, indem die zu rührende Flüssigkeit perfekt
in auf- und abwärtiger Richtung fluidisiert und vor Verunreinigungen
geschützt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um
dieses Ziel zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein
Flügelelement als Rührflügel, der so
an einem unteren Endflächenabschnitt einer sich auf- und abbewegenden
Welle angekoppelt und befestigt ist, dass er orthogonal zu dieser
verläuft, aus einem in Querrichtung langen, folienförmigen
Element mit einer Haupt- und einer Nebenachse, die durch dessen Mitte
laufen, gebildet, wobei eine Rührvorrichtung eine auf-
und abbewegbare Membran oder einen Faltenbalg aufweist, die/der
an einem oberen Flächenabschnitt eines Rührgefäßes
angeordnet ist, um diesen Abschnitt luftdicht abzudecken, wobei
eine durch die Membran oder den Faltenbalg hindurch laufende Antriebswelle
an der Membran oder dem Faltenbalg befestigt und vertikal angeordnet
ist, wobei der Rührflügel, der so mit einem unteren
Endabschnitt der Antriebswelle gekoppelt und an diesem befestigt
ist, dass er orthogonal dazu verläuft, aus einem in Querrichtung
langen, blattförmigen Element mit einer Haupt- und einer
Nebenachse, die durch dessen Mitte laufen, besteht, und wobei das
Rühren im Inneren des Rührgefäßes
durch Auf- und Abbewegen des Rührflügels erfolgt.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie einen Rührflügel
und eine Rührvorrichtung bereitstellt, die mit geringer
Scherwirkung eine gewünschte Flüssigkeit ausreichend
rühren, mischen, dispergieren und homogenisieren können
und zudem einen vollständig abgedichteten Aufbau haben,
so dass eine zu rührende Flüssigkeit nicht verunreinigt
wird und optimal im medizinischen Bereich, im Lebensmittelbereich
und dergleichen verwendet werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
einen Längsschnitt durch eine abgedichtete Rührvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform 1 der Erfindung;
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2 ist
eine Draufsicht auf einen Rührflügel der abgedichteten
Rührvorrichtung;
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3 zeigt
eine Draufsicht auf ein anderes Beispiel für den Rührflügel
der abgedichteten Rührvorrichtung;
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4 ist
eine erläuternde Darstellung, die eine Strömungsform
beim Rühren mit einer vibrierenden Auf- und Abbewegung
unter Verwendung eines herkömmlichen, scheibenförmigen
Rührflügels zeigt;
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5 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie A-A der 4;
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6 ist
eine erläuternde Darstellung, die eine Strömungsform
beim Rühren mit einer vibrierenden Auf- und Abbewegung
gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung
zeigt;
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7 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie B-B der 6;
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8 ist
eine Draufsicht auf einen Rührflügel einer Ausführungsform
2 der Erfindung;
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9 zeigt
eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels der
Ausführungsform 2 in X-Richtung der 8;
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10 zeigt
eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels der
Ausführungsform 2 in Y-Richtung der 8;
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11 ist
eine erläuternde Darstellung, die eine Strömungsform
eines Rührvorgangs mit vibrierender Auf- und Abbewegung
unter Verwendung des Rührflügels der Ausführungsform
2 zeigt;
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12 zeigt
eine Draufsicht auf einen Rührflügel einer Ausführungsform
3 der Erfindung;
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13 ist
eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels der
Ausführungsform 3 in P-Richtung der 12, und
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14 ist
eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels der
Ausführungsform 3 in Q-Richtung der 12.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Ausführungsform 1
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Eine
Ausführungsform 1 der Erfindung wird nun anhand der 1 bis 6 erläutert.
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1 zeigt
einen Längsschnitt durch eine abgedichtete Rührvorrichtung 1,
die mit einem erfindungsgemäßen Rührflügel
arbeitet.
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Das
Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Rührgefäß mit
einem zylindrischen Trommelabschnitt.
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Das
Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Membran, die aus einem
flexiblen Membranelement aus Gummi und dergleichen besteht und so
angeordnet ist, dass sie einen offenen Abschnitt am oberen Ende des
Rührgefäßes 2 luftdicht abdeckt.
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Das
Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Antriebswelle, die an einer
nicht gezeigten, sich auf und ab bewegenden Vorrichtung, z. B. einem
hin und her gehenden Antriebsmotor an einem oberen Abschnitt, vertikal
angeordnet ist. Die Antriebswelle 4 läuft durch
die Membran 3 an ihrem Zwischenabschnitt hindurch und ist
luftdicht an der Membran 3 befestigt.
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Das
Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Rührflügel,
das aus einem ovalen, blattförmigen Element besteht und
so mit einem unteren Endabschnitt der Antriebswelle 4 gekoppelt
und an diesem befestigt ist, dass es orthogonal dazu verläuft,
wie dies in 2 gezeigt ist.
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In 2 bezeichnen
das Bezugszeichen 5a eine Hauptachse und das Bezugszeichen 5b eine Nebenachse
des ovalen Rührflügels 5.
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Das
Bezugszeichen 6 bezeichnet eine zu rührende Flüssigkeit
im Rührgefäß.
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Als
nächstes wird der Betrieb bzw. die Arbeitsweise des Rührflügels 5 und
der abgedichteten Rührvorrichtung 1 der Ausführungsform
1 erläutert.
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Die
abgedichtete Rührvorrichtung 1 eignet sich zum
Rühren einer zu rührenden Flüssigkeit,
wie z. B. einer lebende Substanzen enthaltenden Kulturflüssigkeit,
die vor Verschmutzung von außen geschützt sowie
mit einer geringen Scherwirkung gerührt und gemischt werden
muss.
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Die
Antriebswelle 4 und der an ihrem unteren Abschnitt angeordnete
Rührflügel 5 werden vertikal in die zu
rührende Flüssigkeit 6 eingeführt;
dann wird eine obere Fläche des Rührgefäßes 2 mit
der Membran 3 abgedichtet und ein Rührvorgang
(vertikal vibrierendes Rühren) mittels der sich vertikal
auf- und abbewegenden Antriebswelle 4 und dem am unteren Endabschnitt
der Antriebswelle 4 angeordneten Rührflügel 5 durchgeführt.
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Da
der Rührflügel 5 der Ausführungsform
1 aus dem in Querrichtung länglichen, blattförmigen Flügel
besteht und eine auf- und abwärtige Strömungsform
auf einer Seite des Flügels sichergestellt ist, kann eine
große zirkulierende Strömung zusammen mit einer
vertikalen Strömung und einer Wirbelströmung erzeugt
werden, die größer als bei herkömmlichen
scheibenförmigen Rührflügeln sind.
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4 zeigt
eine Strömungsform beim Rühren mit vibrierender
Auf- und Abbewegung unter Verwendung eines herkömmlichen
scheibenförmigen Rührflügels.
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Der
herkömmliche scheibenförmige Rührflügel
ist insofern problematisch, als er eine weniger starke auf- und
abwärtige Strömungsform erzeugt und die Erzeugung
einer Wirbelkomponente unwahrscheinlich ist. Insbesondere kann,
wie in 5 gezeigt, eine Strömung nur um den Flügel
herum erhalten werden, bei dem der Abstand zwischen einem äußeren
Rand a des scheibenförmigen Rührflügels und
einer Innenumfangsfläche b des Rührgefäßes gleich
ist, wobei jedoch im gesamten Rührgefäß keine
starke auf- und abwärtige Strömung erzeugt werden
kann.
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Bei
einer geringen Hublänge einer vibrierenden Auf- und Abbewegung
des scheibenförmigen Rührflügels besteht
ebenfalls das Problem, dass der Flügel keine auf- und abwärtige
Strömung erzeugen kann.
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Da
die Rührvorrichtung 1, die mit dem Rührflügel 5 der
Ausführungsform arbeitet, eine auf- und abwärtige
Strömung verstärkende Bereiche D aufweist, die
außerhalb des Nebenachsenabschnittes 5b des in 7 gezeigten
Rührflügels 5 gebildet werden, kann die
Rührvorrichtung 1 im Gegensatz dazu eine starke
auf- und abwärtige Strömung und eine damit verbundene
Wirbelströmung erreichen, wie dies in 6 gezeigt
ist.
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Insbesondere
bei einer zu rührenden Flüssigkeit, die eine hohe
Viskosität aufweist, hat der Rührflügel 5,
da er durch eine vibrierende Auf- und Abbewegung mit geringer Hublänge
eine ganz hervorragende Mischleistung erreichen kann, den Vorteil,
dass er im Vergleich zur Verwendung des herkömmlichen,
scheibenförmigen Rührflügels a mit einer
sehr geringen Antriebskraft betrieben werden kann.
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Es
ist zu beachten, dass gemäß der Darstellung in 3 an
Stelle des Rührflügels 5 ein Rührflügel
verwendet werden kann, der aus einem in Querrichtung langen, blattförmigen
Element 5' oder einem rechteckigen, blattförmigen
Element durch Abschneiden oberer und unterer Abschnitte eines kreisscheibenförmigen
Flügels gebildet wird.
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Statt
durch die Membran 3 kann das Rührgefäß 2 auch
durch Abdecken des offenen Abschnittes an seinem oberem Ende mit
einem Faltenbalg luftdicht gemacht werden.
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Ausführungsform 2
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Anhand
der 8 bis 11 wird nun eine Ausführungsform
2 der Erfindung beschrieben.
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8 ist
eine Draufsicht auf einen Rührflügel 15 der
Ausführungsform 2, und 9 zeigt
eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels 15 in
X-Richtung der 8.
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10 zeigt
eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels 15 in
Y-Richtung der 8.
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Der
Rührflügel 15 besteht aus einem ovalen blattförmigen
Element. Abschnitte des ovalen Rührflügels 15,
die mit einer durch dessen Mitte laufenden Hauptachslinie 5a und
Nebenachslinie 5b abgeteilt sind, sind entlang der Nebenachslinie 5b geschlitzt, und
ein Paar diagonaler Abschnitte, die nicht nebeneinander liegen,
ist entlang der Hauptachslinie 5a schräg nach
oben gebogen, um dadurch den Rührflügel 15 mit
schrägen Flügelabschnitten 15a, 15a zu bilden.
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Die
schrägen Flügelabschnitte 15a haben einen
Biegungswinkel von beispielsweise 30°.
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11 zeigt
eine Strömungsform beim Rühren mit vibrierender
Auf- und Abbewegung in einer Rührvorrichtung, die mit dem
Rührflügel 15 der Ausführungsform
2 arbeitet.
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Dadurch,
dass aufgrund der Anordnung der schrägen Flügelabschnitte 15a eine
auf- und abwärtige Konvektion erzeugt wird, die sich auf-
und abbewegt und gleichzeitig einen Wirbel im gesamten Rührgefäß bildet,
kann ein Vorteil der Bildung einer großen zirkulierenden
Strömung in dem Behälter erhalten werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die schrägen Flügelabschnitte 15a, 15a zwar
schräg nach oben gebogen sind, aber auch schräg
nach unten gebogen sein können.
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Ausführungsform 3
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Eine
Ausführungsform 3 der Erfindung wird nun anhand der 12 bis 14 erläutert.
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12 ist
eine Draufsicht auf einen Rührflügel 25 der
Ausführungsform 3, 13 zeigt
eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels 25 in
P-Richtung der 12, und 14 ist
eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels 25 in
Q-Richtung der 12.
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Der
Rührflügel 25 besteht aus einem ovalen blattförmigen
Element. Abschnitte des ovalen Rührflügels 25,
die durch eine durch dessen Mitte laufende Hauptachslinie 5a und
Nebenachslinie 5b unterteilt sind, sind entlang der Nebenachslinie 5b geschlitzt,
und zwei Paare diagonaler Abschnitte, die nicht nebeneinander liegen,
sind jeweils entlang der Hauptachslinie 5a schräg
nach oben bzw. schräg nach unten gebogen. Mit dieser Anordnung
hat der Rührflügel 25 einen solchen Aufbau,
dass nebeneinander angeordnete Abschnitte zu beiden Seiten der Hauptachslinie 5a oder
der Nebenachslinie 5b schräge Flügelabschnitte 25a, 25b aufweisen,
die zueinander gegenläufig nach oben bzw. nach unten ragen.
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Wenn
ein Rührvorgang mit einer vibrierenden Auf- und Abbewegung
von einer Rührvorrichtung ausgeführt wird, die
mit dem Rührflügel 25 der Ausführungsform
3 arbeitet, kann nicht nur eine hervorragende Mischleistung erreicht
werden, sondern auch Antriebskraft gespart werden.
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Der
Rührflügel und die abgedichtete Rührvorrichtung
der Erfindung werden hauptsächlich zum Rühren
einer Kulturflüssigkeit auf dem Gebiet der Medizin sowie
zum Rühren im Lebensmittelbereich und dergleichen verwendet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 4316251 [0004, 0005]
