-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rührwerk mit einer in einem Behälter drehbaren Rührwerkwelle, an der Rührorgane angeordnet sind, und mit einer außerhalb des Behälters befindlichen Antriebseinheit für die Rührwerkwelle.
-
An Rührwerke, die in sterilen und hochsterilen Anwendungsbereichen, z. B. in der pharmazeutischen Industrie, eingesetzt werden, werden hohe Anforderungen, insbesondere hinsichtlich sicher zu gewährender Sterilität gestellt. Sie müssen einerseits leicht zu reinigen und dabei steril zu machen sein, andererseits sollen Ablagerungen, Möglichkeiten der Verschmutzung, der Keimbildung usw. von vornherein weitgehendst vermieden werden.
-
Bei bekannten Rührwerken ist die aus dem Behälter herausgeführte Rührwerkwelle mit der Antriebswelle einer separat bauenden Antriebseinheit verbunden, die aus dem eigentlichen Antriebsmotor und einem Getriebe besteht, welches die Drehzahl des Antriebsmotors auf die für das Rührwerk erforderliche Drehzahl herabsetzt. Verbindungsstellen zwischen Baueinheiten sind immer anfällig für Schmutzablagerungen und Verunreinigungen, sie sind meist schwer zugänglich und damit schlecht zu reinigen und erst recht nur schwer steril zu halten. Eine Quelle für Verschmutzungen bildet z. B. auch das für ein Getriebe erforderliche Getriebeöl; die Kühlrippen eines Motors sind anfällig für Ablagerungen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rührwerk derart mit einer Antriebseinheit zu versehen und zu verbinden, dass Stellen, die für Ablagerungen und Verunreinigungen und, soweit wie möglich, auch deren Quellen vermieden werden und das Rührwerk insgesamt, also einschließlich seiner Antriebseinheit, hohen Erfordernissen an Sterilität, wie sie beispielsweise, aber nicht nur in der pharmazeutischen Industrie gestellt werden, gerecht wird, dabei notwendige Wartungs- und Reinigungsarbeiten zur Herstellung der Sterilität leichter ausführbar und weniger häufig vorzunehmen sind. Die Antriebseinheit soll verkleinert und steriltechnisch optimiert werden.
-
Erfindungsgemäß wird dies erreicht bei einem Rührwerk nach Anspruch 1.
-
Bei einem Rührwerk der eingangs genannten Art ist die Rührwerkwelle aus dem Rührwerkbehälter herausgeführt; dabei ist die Antriebseinheit auf dem aus dem Rührwerkbehälter herausragenden Teil der Rührwerkwelle montiert und mit der von der Rührwerkwelle durchstoßenen Behälterwand fest verbunden; zugleich sind die Lager der Rührwerkwelle und die Abdichtung des Innenraums des Rührwerkbehälters im Bereich der Durchführung der Rührwerkwelle durch die Behälterwand in die Antriebseinheit integriert. Die Rührwerkwelle ist also zugleich auch Antriebswelle der Antriebseinheit und kann z. B. auch einstückig mit ihr ausgebildet sein. Dadurch und durch die Verbindung der Antriebseinheit mit der Behälterwand wird ein kompakter, Platz sparender Aufbau erreicht; der insgesamt leicht steril zu halten ist.
-
Die Antriebseinheit weist nach einer Ausführungsform einen Antriebsmotor auf, der auf dem aus dem Rührwerkbehälter herausgeführten Teil der Rührwerkwelle montiert und zwischen einem unteren und einem oberen Lagerflansch gehalten ist und mit der Behälterwand fest verbunden ist.
-
Indem die Lager der Rührwerkwelle unmittelbar oberhalb und unterhalb des Antriebsmotors in Lagerflanschen in dafür vorgesehenen Ausnehmungen angeordnet sind, werden diese Lager in die Antriebseinheit integriert, was zu einem kompakten, Raum sparenden Aufbau beiträgt und wodurch eine gute Lagerung der Rührwerkwelle erreicht wird.
-
Das Rührwerk weist vorzugsweise gasdichte Stromzuführungen zum Antriebsmotor auf.
-
Nach einer anderen Ausführungsform ist ein erstes Lager der Rührwerkwelle unmittelbar unterhalb des Antriebsmotors und ein zweites Lager ist im optimierten Abstand zum ersten Lager ebenfalls unterhalb des Antriebsmotors angeordnet, und ein Spalttopf ist zwischen Rotor und Stator angeordnet, durch den der Rührwerkbehälter hermetisch abgeschlossen ist.
-
Der Spalttopf kann aus einem faserverstärkten Kunststoff oder aus hochlegiertem Edelstahl bestehen.
-
Bevorzugt ist der Antriebsmotor ein Torquemotor; dabei kann dessen die Permanentmagnete tragender Rotor über eine Buchse durch eine Schrumpfscheibe oder einen Klemmring mit dem aus dem Rührwerkbehälter herausragenden Teil der Rührwerkwelle fest verbunden sein und seine die Wicklungen tragender Stator kann zwischen den Lagerflanschen gehalten sein. Ein Torquemotor ist ein getriebeloser Direktantrieb mit hohen Drehmomenten und relativ kleinen Drehzahlen und eignet sich in idealer Weise für präzise Direktantriebe, seine Drehzahl lässt sich vorteilhaft auf eine erwünschte oder geforderte Drehzahl problemlos abregeln. Da kein Getriebe vorhanden ist, wird auch kein Getriebeöl benötigt und so eine Quelle der Verschmutzung ausgeschlossen. Auch kommt er einer kleinen, Platz sparenden Bauweise entgegen.
-
Der Antriebs- oder Torquemotor kann von einem zylinderförmigen Gehäuse umschlossen sein, das mit den Lagerflanschen fest verbunden ist und dessen Außenfläche mit den Außenflächen der Lagerflansche fluchtet.
-
Zur Montage kann eine die aus dem Rührwerkbehälter herausgeführte Rührwerkwelle umgebende, ringförmige Adapterplatte vorzugsweise durch Verschraubungen fest mit dem Behälter verbunden sein. Der obere Lagerflansch, das Gehäuse des Antriebsmotors und der untere Lagerflansch können mittels durch sie hindurchgehender Schrauben mit der Adapterplatte fest verbunden sein. Wenn die Außenflächen der Lagerflansche, des Gehäuses und der Adapterplatte miteinander fluchten, kann eine geschlossene, nur durch Dichtringe unterbrochene Außenfläche gebildet werden, mit der sich Sterilität leicht herstellen lässt.
-
Zwischen der Adapterplatte und dem unteren Lagerflansch kann zusätzlich eine Montageplatte angeordnet sein, die durch die Schrauben mit dem unteren Lagerflansch und der Adapterplatte fest verbunden ist und deren Außenfläche mit den Außenflächen der Adapterplatte, des unteren und des oberen Lagerflansches und des Gehäuses fluchtet, so dass sie gemeinsam eine geschlossene, nur durch Dichtringe unterbrochene Außenfläche bilden.
-
Im Bereich der Durchführung der Rührwerkwelle durch die Behälterwand ist die Adapterplatte gegen die Behälterwand und gegen die Montageplatte oder den unteren Lagerflansch durch Dichtungen abgedichtet und die Montageplatte oder der untere Lagerflansch ist gegen die Rührwerkwelle abgedichtet. So ist die Abdichtung des Innenraums des Rührwerkbehälters in die Antriebseinheit integriert.
-
Die Antriebseinheit kann nach oben durch einen Deckel dicht abgeschlossen sein, und mit diesem Deckel kann eine Zuführungseinheit verbunden sein, die so mit der Antriebseinheit eine Baueinheit bildet und Zuleitungen für gasförmige und/oder flüssige Medien aufweist. So wird die Zuführungseinheit in den kompakten, Platz sparenden Gesamtaufbau mit eingeschlossen. Die Zuführungseinheit kann eine Drehdurchführung sein.
-
Für jedes auf der Rührwerkwelle zu montierende Rührorgan können zwei konische Sitze auf der Rührwerkwelle und zwei konische Sitze in der Nabe des Rührorgans angedreht sein. So können die Naben axial auf die Rührwerkwelle mechanisch aufgepresst werden. Die konischen Sitze wirken selbsthemmend. Das Drehmoment des Antriebsmotors wird komplett übertragen.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der anhängenden Zeichnung beispielhaft genauer beschrieben es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rührwerk mit Antriebseinheit,
-
2 einen Querschnitt entlang der Linie C-C in 1 und
-
3 einen Längsschnitt durch die Antriebseinheit nach 1 in einem größeren Maßstab.
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Rührwerk mit dem Rührwerkbehälter 1, der darin drehbaren Rührwerkwelle 2, die in mehreren Ebenen abwechselnd Rührblätter 3 und Begasungselemente 4 trägt. Eine der Anzahl der Begasungselemente 4 entsprechende Anzahl von Durchführungen 5 in der Rührwerkwelle 2 führen von oben zu den Begasungselementen 4; gasförmige und/oder flüssige Medien werden also von oben durch die Durchführungen 5 und über die Begasungselemente 4 in den Behälter 1 eingeleitet. Im Prinzip kann die Rührwerkwelle 2 auch eine Hohlwelle sein, aus deren Hohlraum dann Abzweigungen zu den Begasungselementen 4 führen. Für eine gleichmäßige Begasung im gesamten Rührwerkbehälter 1 ist aber eine individuelle Gaszuführung zu den Begasungselementen 4 in den verschiedenen Ebenen von Vorteil. Der Rührwerkbehälter 1 ist in der dargestellten Ausführungsform nach oben zunächst und bevorzugt über seinen gesamten Durchmesser offen und wird durch einen Behälterdeckel 6 dicht verschlossen, dessen Durchmesser dann auch gleich dem Durchmesser des Rührwerkbehälters 1 ist; in jedem Fall soll die durch den Behälterdeckel 6 zu verschließende Öffnung des Rührwerkbehälters 1 groß genug sein, damit die Rührwerkwelle 2 zusammen mit den bereits auf ihr montierten Rührblättern 3 und Begasungselementen 4 bei der Montage durch diese Öffnung eingeführt werden kann. Die Rührwerkwelle 2 ist durch den Behälterdeckel 6, der einen Teil der Behälterwand bildet, herausgeführt, und auf dem aus dem Rührwerkbehälter 1 herausragenden Teil der Rührwerkwelle 2 ist die Antriebseinheit bzw. der Antriebsmotor 9 des Rührwerks direkt gelagert und durch Verschraubungen 8 mit dem Behälterdeckel 6 verbunden. Rührwerkwelle 2 und Antriebswelle des Antriebsmotors 9 der Antriebseinheit sind also als einstückiges Bauteil ausgebildet. Über der Antriebseinheit bzw. dem Antriebsmotor 9 konzentrisch angeordnet ist die Zuführungseinheit 7 für gasförmige und/oder flüssige Medien, die ebenfalls die herausgeführte Rührwerk- und Antriebswelle 2 umschließt und mit der Antriebseinheit bzw. dem Antriebsmotor 9 vorzugsweise fest verbunden ist.
-
Der Antriebsmotor 9 ist vorteilhafterweise ein Torquemotor 9. Dieser hat den Vorteil, dass er als getriebeloser Direktantrieb eingesetzt werden kann. Er kann auf eine für ein Rührwerk günstige, niedrige Drehzahl herabgeregelt werden und weist ein erwünschtes, hohes Drehmoment auf. Da ein Getriebe nicht vorhanden ist, wird auch kein Getriebeöl benötigt, das Quelle für Verschmutzungen oder Verunreinigungen sein könnte.
-
Wie deutlicher in 3 zu erkennen ist, ist der mit Permanentmagneten bestückte Rotor 10 des Torquemotors 9 getragen von einer Buchse 11 mit Hilfe einer Schrumpfscheibe 12 oder alternativ mit Hilfe eines Klemmrings (nicht dargestellt) mit der Rührwerkwelle 2, die auch die Antriebswelle des Torquemotors 9 ist, verbunden. Der die Wicklungen des Torquemotors 9 tragende Stator 13 ist zwischen Lagerflanschen 14, 14' gehalten, die gegen die aus dem Behälter 1 herausgeführte Rührwerkwelle 2 abgedichtet sind. Der Antriebs- bzw. Torquemotor 9 ist von einem zylinderförmigen Gehäuse 15 umschlossen, das abgedichtet auf dem unteren Lagerflansch 14 ruht. Auf dem Gehäuse 15 wiederum liegt ebenfalls abgedichtet der obere Lagerflansch 14' auf. Mit dem Behälterdeckel 6 ist eine die herausgeführte Rührwerkwelle 2 umgebende, massive, gegen den Behälterdeckel 6 durch O-Ringe abgedichtete Adapterplatte 16 verschraubt, und mit dieser ist das Gehäuse 15 des Torquemotors 9 durch Schrauben 17 fest verbunden. Zwischen der Adapterplatte 16 und dem unteren Lagerflansch 14 kann eine Montageplatte 18 angeordnet sein, die gegen die Adapterplatte 16, gegen den unteren Lagerflansch 14 und gegen die Rührwerkwelle 2 durch Dichtungen 19 abgedichtet ist. Damit wird eine Abdichtung des Innenraums des Rührwerkbehälters 1 außerhalb des Rührwerkbehälters 1 erreicht, was für die geforderte Sterilität des Behälterinnenraums von Vorteil ist, denn Abdichtungen innerhalb des Behälterinnenraums fallen weg, seine Abdichtung ist in die Antriebseinheit bzw. den Antriebsmotor 9 integriert. Ein auf dem oberen Lagerflansch 14' ruhender, ringförmiger Deckel 20 ist gegen die durch ihn hindurchgeführte Rührwerkwelle 2 und den oberen Lagerflansch 14' abgedichtet und schließt die Antriebseinheit 9 nach oben ab. In der Außenfläche des Stators 13 sind Rillen 21 für eine Wasserkühlung vorgesehen, damit kann auf Kühlrippen am Antriebsmotor 9, zwischen denen sich Ablagerungen und Verschmutzungen bilden könnten, verzichtet werden. Alternativ können diese Rillen 21 auch in der Innenwand des Gehäuses 15 vorgesehen sein.
-
Die Lager 22 der Rührwerkwelle 2, vorzugsweise Rillenkugellager, sind nach der Erfindung ebenfalls in die Antriebseinheit 9 integriert, befinden sich außerhalb des Rührwerkbehälters 1 und sind unmittelbar oberhalb und unterhalb des Antriebs- bzw. Torquemotors 9 in dafür vorgesehenen Ausnehmungen 23 der Lagerflansche 14, 14' angeordnet und abgedichtet.
-
Nach einer anderen Ausführungsform (nicht dargestellt) kann ein erstes Lager der Rührwerkwelle 2 unmittelbar unterhalb des Antriebsmotors 9 und eine zweites Lager ebenfalls unterhalb des Antriebsmotors 9 aber im optimierten Abstand zum ersten Lager angeordnet sein, und zwischen Rotor und Stator des Antriebsmotors kann ein Spalttopf angeordnet sein, durch den der Behälterinnenraum hermetisch abgeschlossen wird. Ein solcher Spalttopf kann bevorzugt aus faserverstärktem Kunststoff oder aus hochlegiertem Edelstahl bestehen.
-
Um die hermetische Abdichtung des Behälterinnenraums zu gewährleisten, erfolgt die Stromversorgung des Antriebsmotors über gasdichte Stromzuführungen.
-
Nach der dargestellten Ausführungsform ist auf dem die Antriebseinheit bzw. den Antriebsmotor 9 nach oben abschließenden Deckel 20 eine die Zuführungseinheit 7 bildende Drehdurchführung 24 montiert, die aus mehreren übereinander angeordneten, die Rührwerkwelle 2 umgebenden Montagescheiben 25 besteht, welche gegeneinander und gegen die Rührwerkwelle 2 abgedichtet sind und die in die Durchführungen 5 der Rührwerkwelle 1 mündende Zuleitungen 26 für das in den Rührwerkbehälter 1 einzubringende gasförmige und/oder flüssige Medium aufweisen. Die Durchführungen 5 durch die Rührwerkwelle 2 sind an deren oberen Enden durch Stopfen 27 verschlossen. Eine Abdeckung 28 schließt die Drehdurchführung 24 insgesamt dicht nach oben ab. Das einzubringende Medium wird durch die Zuführungseinheit 7 und durch die Antriebseinheit bzw. den Antriebsmotor 9 hindurch in den Rührwerkbehälter 1 eingeleitet.
-
Bei dem dargestellten, erfindungsgemäßen Rührwerk bilden die Außenflächen der Antriebseinheit 9, also des Gehäuses 15, der Lagerflansche 14, 14', der Adapterplatte 16, der Montageplatte 18 und des Deckels 20 zusammen mit den Außenflächen der Zuführungseinheit 7 bzw. der Montagescheiben 25 der Drehdurchführung 24 eine glatte, geschlossene, nur durch Dichtringe unterbrochene, sterile oder leicht steril zu haltende Oberfläche; bevorzugt bestehen diese Bauteile aus Edelstahl.
-
Bei der Montage kann die gesamte Antriebseinheit 9 mit integrierter Lagerung 22 für die Rührwerkwelle 2 und integrierter Abdichtung des Innenraums des Rührwerkbehälters 1 am Behälterdeckel 6 und der Rührwerkwelle 2 zusammen mit der Zuführungseinheit 7 auf dem später aus dem Rührwerkbehälter 1 herausragenden Teil der Rührwerkwelle 2 montiert werden und über die Adapterplatte 16 mit dem Behälterdeckel 6 fest verschraubt werden. Infolge des erfindungsgemäßen Aufbaus können die Rührblätter 3 und die Begasungselemente 4 vorteilhaft außerhalb des Rührwerkbehälters 1 auf der Rührwerkwelle 2 montiert werden. Erst danach wird die Rührwerkwelle 2 mit den montierten Rührblättern 3 und Begasungselementen 4 bis zum Anschlag des Behälterdeckels 6 auf der Behälterwand in den Rührwerkbehälter 1 eingeführt und der Rührwerkbehälter 1 mit dem Behälterdeckel 6 dicht verschlossen.
-
Für die Montage der Rührblätter 3 und der Begasungselemente 4 auf der Rührwerkwelle 2 können vorzugsweise für jedes der Elemente zwei konische Sitze auf der Rührwerkwelle 2 und ebenso zwei konische Sitze in der Nabe der Elemente angedreht werden. So können die Naben axial auf die Rührwerkwelle 2 mechanisch aufgepresst werden. Die konischen Sitze wirken selbsthemmend. Das Drehmoment des Antriebsmotors wird komplett übertragen.
-
Das erfindungsgemäße Rührwerk eignet sich besonders für den Einsatz bei hochsterilen Prozessen. Der gesamte Innenraum kann bei Bedarf z. B. mittels Dampf, der ebenfalls durch die Zuführungseinheit 7 eingeleitet werden kann, hochsteril gereinigt werden. Durch die Verwendung ausschließlich von Edelstahl für das gesamte Rührwerk einschließlich der Zuführungseinheit 7 kann das Rührwerk auch als Feststoffmischer beheizt, unbeheizt oder gekühlt oder als Trockner (beheizt) eingesetzt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rührwerkbehälter
- 2
- Rührwerkwelle
- 3
- Rührblätter
- 4
- Begasungselemente
- 5
- Durchführungen
- 6
- Behälterdeckel
- 7
- Zuführungseinheit
- 8
- Verschraubungen
- 9
- Antriebseinheit, Antriebsmotor, Torquemotor
- 10
- Rotor
- 11
- Buchse
- 12
- Schrumpfscheibe
- 13
- Stator
- 14
- Lagerflansche
- 15
- Gehäuse
- 16
- Adapterplatte
- 17
- Schrauben
- 18
- Montageplatte
- 19
- Dichtungen
- 20
- Deckel
- 21
- Rillen
- 22
- Lager
- 23
- Ausnehmungen
- 24
- Drehdurchführung
- 25
- Montagescheiben
- 26
- Zuleitungen
- 27
- Stopfen
- 28
- Abdeckung
