DE102010008045B4

DE102010008045B4 - Rührflügel und abgedichtete Rührvorrichtung

Info

Publication number: DE102010008045B4
Application number: DE102010008045.4A
Authority: DE
Inventors: Makoto Sato; Yoshikazu Kato; Hisayuki KANAMORI; Takatsugu SEKIZUKA
Original assignee: Satake Multimix Corp
Current assignee: Satake Multimix Corp Toda Shi Jp
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2023-11-23
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: US8246242B2; JP5702924B2; DE102010008045A1; CN101987285A; CN101987285B; US20110026361A1; JP2011031192A

Abstract

Rührflügel (15, 25), bei dem ein Flügelelement, das so an der unteren Endfläche einer sich auf- und abbewegenden Antriebswelle (4) angekoppelt und befestigt ist, dass es orthogonal zu dieser verläuft, aus einem in Querrichtung langen, blattförmigen Element mit einer durch dessen Mitte laufenden Haupt- (5a) und Nebenachse (5b) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass diagonale Abschnitte des Flügelelementes, die durch eine durch dessen Mitte laufende Hauptachslinie (5a) und Nebenachslinie (5b) abgeteilt und nicht nebeneinander angeordnet sind, entlang der Hauptachslinie (5a) schräg nach oben oder schräg nach unten gebogen sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
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.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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.
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.
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 JP 4 316 251 B2 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.
Die abgedichtete Rührvorrichtung, die im japanischen Patent JP 4 316 251 B2 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.
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.
Eine Rührvorrichtung mit einem Rührflügel, welcher als Flügelelement ein viereckiges, an den Ecken abgeschnittenes Plattenelement mit unterschiedlicher Erstreckung in seiner Länge und Breite aufweist, ist aus der DE 92 10 562 U1 bekannt.
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.
Diese Aufgabe wird mit einem Rührflügel gemäß Anspruch 1 und einer abgedichteten Rührvorrichtung gemäß Anspruch 3 gelöst.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine abgedichtete Rührvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1;
2 ist eine Draufsicht auf einen Rührflügel der abgedichteten Rührvorrichtung;
3 zeigt eine Draufsicht auf ein anderes Beispiel für den Rührflügel der abgedichteten Rührvorrichtung;
4 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Strömungsform beim Rühren mit einer vibrierenden Auf- und Abbewegung unter Verwendung eines herkömmlichen, scheibenförmigen Rührflügels zeigt;
5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A der 4;
6 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Strömungsform beim Rühren mit einer vibrierenden Auf- und Abbewegung gemäß Ausführungsform 1;
7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B der 6;
8 ist eine Draufsicht auf einen Rührflügel einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 2;
9 zeigt eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels der Ausführungsform 2 in X-Richtung der 8;
10 zeigt eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels der Ausführungsform 2 in Y-Richtung der 8;
11 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Strömungsform eines Rührvorgangs mit vibrierender Auf- und Abbewegung unter Verwendung des Rührflügels der Ausführungsform 2 zeigt;
12 zeigt eine Draufsicht auf einen Rührflügel einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform 3;
13 ist eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels der Ausführungsform 3 in P-Richtung der 12, und
14 ist eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels der Ausführungsform 3 in Q-Richtung der 12.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen des Standes der Technik und der Erfindung beschrieben.
Ausführungsform 1
Eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform 1 einer Rührvorrichtung 1 wird nun anhand der 1 bis 6 erläutert.
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine abgedichtete Rührvorrichtung 1, die mit einem Rührflügel arbeitet.
Das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Rührgefäß mit einem zylindrischen Trommelabschnitt.
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.
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.
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.
In 2 bezeichnen das Bezugszeichen 5a eine Hauptachse und das Bezugszeichen 5b eine Nebenachse des ovalen Rührflügels 5.
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine zu rührende Flüssigkeit im Rührgefäß.
Als nächstes wird der Betrieb bzw. die Arbeitsweise des Rührflügels 5 und der abgedichteten Rührvorrichtung 1 der Ausführungsform 1 erläutert.
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.
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.
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.
4 zeigt eine Strömungsform beim Rühren mit vibrierender Auf- und Abbewegung unter Verwendung eines herkömmlichen scheibenförmigen Rührflügels.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ausführungsform 2
Anhand der 8 bis 11 wird nun eine erfindungsgemäße Ausführungsform 2 einer Rührvorrichtung beschrieben.
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.
10 zeigt eine fragmentarische Ansicht des Rührflügels 15 in Y-Richtung der 8.
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.
Die schrägen Flügelabschnitte 15a haben einen Biegungswinkel von beispielsweise 30°.
11 zeigt eine Strömungsform beim Rühren mit vibrierender Auf- und Abbewegung in einer Rührvorrichtung, die mit dem Rührflügel 15 der Ausführungsform 2 arbeitet.
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.
Es sei darauf hingewiesen, dass die schrägen Flügelabschnitte 15a, 15a zwar schräg nach oben gebogen sind, aber auch schräg nach unten gebogen sein können.
Ausführungsform 3
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform 3 einer Rührvorrichtung wird nun anhand der 12 bis 14 erläutert.
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.
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.
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.
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.

Claims

Rührflügel (15, 25), bei dem ein Flügelelement, das so an der unteren Endfläche einer sich auf- und abbewegenden Antriebswelle (4) angekoppelt und befestigt ist, dass es orthogonal zu dieser verläuft, aus einem in Querrichtung langen, blattförmigen Element mit einer durch dessen Mitte laufenden Haupt- (5a) und Nebenachse (5b) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass diagonale Abschnitte des Flügelelementes, die durch eine durch dessen Mitte laufende Hauptachslinie (5a) und Nebenachslinie (5b) abgeteilt und nicht nebeneinander angeordnet sind, entlang der Hauptachslinie (5a) schräg nach oben oder schräg nach unten gebogen sind.
Rührflügel (15, 25) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelelement eine rechteckige Form, eine lange Kreisform oder eine ovale Form aufweist.
Abgedichtete Rührvorrichtung (1), bei der ein(e) auf- und abbewegbare(r) Membran (3) oder Faltenbalg an einem oberen Flächenabschnitt eines Rührgefäßes (2) angeordnet ist, um den oberen Flächenabschnitt luftdicht abzudecken, dass eine durch die Membran (3) oder den Balg hindurch laufende Antriebswelle (4) an der Membran (3) oder dem Balg befestigt und vertikal angeordnet ist, dass ein Rührflügel (15, 25), der so mit einem unteren Endabschnitt der Antriebswelle (4) gekoppelt und an diesem befestigt ist, dass er dazu orthogonal verläuft, und dass das Rühren im Inneren des Rührgefäßes (2) durch Auf- und Abbewegen des Rührflügels (15, 25) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührflügel (15, 25) aus einem in Querrichtung langen, blattförmigen Element mit einer durch dessen Mitte laufenden Haupt- (5a) und Nebenachse (5b) besteht, und dass diagonale Abschnitte des Rührflügels, die durch eine durch dessen Mitte laufende Hauptachslinie (5a) und Nebenachslinie (5b) abgeteilt und nicht nebeneinander angeordnet sind, entlang der Hauptachslinie (5a) schräg nach oben oder schräg nach unten gebogen sind.
Abgedichtete Rührvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührflügel eine rechteckige Form, eine längliche Kreisform oder eine ovale Form aufweist.