DE102013104788A1 - magnetic stirrer - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetrührwerk (1) mit einem Spalttopf (3) und einem Rührkopf (2), bei welcher der Spalttopf (3) einen Antriebsabschnitt (5) aufweist, in dem eine drehbare Magnetanordnung (6) angeordnet ist, die magnetisch mit einer Magnetanordnung (6A) gekoppelt ist, die in einem den Antriebsabschnitt umgebenden Antriebsring (9) des Rührkopfes (2) angeordnet ist, und einen als Lagerzapfen (12) ausgebildeten Lagerabschnitt, der mit einer am Rührkopf (2) angeordneten Lagerhülse (11) eine Gleitlagerpaarung bildet, wobei der Lagerzapfen (11) eine rohrförmige erste Lagerschicht (15) mit erhöhter Härte aufweist, welche stoffschlüssig mit dem Lagerzapfen (11) verbunden ist.The invention relates to a magnetic stirrer (1) with a can (3) and a stirrer (2), in which the can (3) has a drive section (5) in which a rotatable magnet arrangement (6) is arranged, which is magnetically connected to a Magnet arrangement (6A) is coupled, which is arranged in a drive ring (9) of the stirring head (2) surrounding the drive section, and a bearing section designed as a bearing journal (12), which has a pair of plain bearings with a bearing sleeve (11) arranged on the stirring head (2) forms, the bearing journal (11) having a tubular first bearing layer (15) with increased hardness, which is integrally connected to the bearing journal (11).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetrührwerk mit einem Spalttopf und einem Rührkopf. Dabei weist der Spalttopf einen Antriebsabschnitt auf, in dem eine drehbare, mit einem Antrieb gekoppelte Magnetanordnung angeordnet ist. Diese ist magnetisch mit einer Magnetanordnung gekoppelt, die in einem Antriebsring des Rührkopfes, der den Antriebsabschnitt umgibt, angeordnet ist. Am Spalttopf ist ein Lagerzapfen angeordnet, der mit einer am Rührkopf angeordneten Lagerhülse ein Gleitlager bildet. The present invention relates to a magnetic stirrer with a split pot and a stirring head. In this case, the split pot on a drive portion in which a rotatable, coupled to a drive magnet assembly is arranged. This is magnetically coupled to a magnet arrangement which is arranged in a drive ring of the stirring head, which surrounds the drive section. At the split pot a bearing pin is arranged, which forms a plain bearing with a arranged on the mixing head bearing sleeve.

Solche Magnetrührwerke werden überwiegend in der Prozesstechnik und insbesondere in der Steriltechnik verwendet. Sie sind geeignet, um Flüssigkeitsvolumina von 2 Liter bis zu 50 m3 in einem hermetisch gekapselten Prozessraum bzw. Prozessbehälter zu durchmischen. Solche Prozessbehälter sind meist als stehender zylindrischer Behälter ausgelegt, bei denen das Magnetrührwerk in dem gewölbten Boden etwas exzentrisch angeordnet ist und so durch die asymmetrische Mischwirkung eine vollständige Durchmischung des Rührmediums erreicht. Ein Magnetrührwerk für den Einbau im Boden ist beispielsweise aus der EP 1 748 201 B1 bekannt. Such magnetic stirrers are mainly used in process technology and in particular in sterile technology. They are suitable for mixing liquid volumes from 2 liters to 50 m 3 in a hermetically sealed process chamber or process vessel. Such process vessels are usually designed as a stationary cylindrical container in which the magnetic agitator is arranged in the curved bottom a little eccentric and thus achieved by the asymmetric mixing effect complete mixing of the stirring medium. A magnetic stirrer for installation in the ground, for example, from EP 1 748 201 B1 known.

Es gibt auch Ausführungen (siehe z.B. EP 0 590 472 B1 ), bei denen der so genannte Spalttopf als längeres einseitig offenes Rohr ausgebildet ist, an dessen Ende der Antriebs- und Lagerabschnitt angeordnet ist. So ein Rührwerk wird dann beispielsweise von oben in den Prozessbehälter eingehängt. Die am unteren Ende im Inneren des Rohres angeordnete drehbare Magnetanordnung wird dann beispielsweise über eine gegebenenfalls gelagerte Welle mit einem Antriebsmotor gekoppelt, der außerhalb des Rohres angeordnet sein kann. There are also versions (see eg EP 0 590 472 B1 ), in which the so-called split pot is designed as a longer unilaterally open tube, at the end of the drive and bearing section is arranged. Such a stirrer is then hung, for example, from above into the process container. The arranged at the lower end in the interior of the tube rotatable magnet assembly is then coupled, for example via an optionally mounted shaft with a drive motor, which can be arranged outside of the tube.

2 zeigt den Aufbau so eines Gleitlagers. Der Spalttopf, der über seinen Kragen oder Flansch mit einem Behälter verbunden ist (verschweißt oder verschraubt), trägt an seinem (oberen) Boden einen Lagerzapfen, auf den eine Lagerbuchse L aufgeschoben ist, die über einen Bolzen B gegen Verdrehen gesichert ist, und mit ihrer Schulter im Fußbereich (Übergang Lagerzapfen zum Spalttopfboden) über einen O-Ring O zum Lagerzapfen hin abgedichtet ist. Die Lagerbuchse ist über eine Halteschraube S fixiert, die über ein in den Lagerzapfen eingebrachtes Gewinde mit diesem verschraubt ist. Zwischen dem Kopf der Halteschraube und der Stirnfläche der Lagerbuchse ist ebenfalls ein O-Ring O angeordnet, um die Hohlräume H im Inneren der Lagerbüchse gegen die Produktumgebung abzudichten. 2 shows the structure of such a sliding bearing. The split pot, which is connected via its collar or flange with a container (welded or screwed), carries on its (upper) bottom a bearing pin on which a bearing bush L is pushed, which is secured by a bolt B against rotation, and with its shoulder in the foot area (transition bearing pin to the split pot bottom) is sealed via an O-ring O to the journal. The bushing is fixed by a retaining screw S, which is screwed via a thread introduced into the bearing journal with this. Between the head of the retaining screw and the end surface of the bearing bush, an O-ring O is also arranged to seal the cavities H in the interior of the bearing bush against the product environment.

Der eigentliche Rührkopf weist einen Lagerring R auf, der auf eine Lagerhülse aufgeschrumpft ist, die auf die Lagerbuchse L aufgesteckt wird und von dieser axial (nach unten) und radial geführt wird. Über Rührelemente ist der Lagerring mit einem Antriebsring gekoppelt, der Permanentmagnete enthält, die magnetisch mit Antriebsmagneten gekoppelt sind, die in einem Antriebsabschnitt des Spalttopfs angeordnet sind. The actual stirring head has a bearing ring R, which is shrunk onto a bearing sleeve, which is plugged onto the bearing bush L and is guided by this axially (down) and radially. About stirring elements of the bearing ring is coupled to a drive ring containing permanent magnets which are magnetically coupled to drive magnets which are arranged in a drive portion of the split pot.

Bei dieser Lageranordnung besteht das Problem, dass im Betrieb – zum Beispiel durch Temperaturschwankungen, Eigenschaften des Rührgutes (kriechende Öle etc.), Reinigungsvorgänge etc. – Produktreste, Reinigungsmittel oder Wasserdampf trotz der Dichtungen O in die Hohlräume H zwischen Lagerbuchse und Lagerzapfen gelangen können. Diese Verunreinigungen können nur entfernt werden, indem das Lager komplett zerlegt wird. Dazu muss entweder der Spalttopf entnommen und demontiert werden oder – bei einem eingeschweißten Spalttopf – der Rührbehälter muss betreten werden. Bleiben die Hohlräume H ungereinigt, können die dort vorhandenen Reste ggf. sogar keimbelastet werden und das Rührgut kontaminieren. Solche Verunreinigungen sind bei der weitgehend aseptischen Herstellung von Pharmaprodukten oder Lebensmitteln nicht akzeptabel. In this bearing arrangement, there is the problem that in operation - for example due to temperature fluctuations, properties of the material to be stirred (creeping oils, etc.), cleaning operations, etc. - product residues, detergents or water vapor can get into the cavities H between bearing bush and journal despite the seals O. These contaminants can only be removed by completely disassembling the bearing. For this purpose, either the containment shell must be removed and dismantled or - in the case of a welded-in containment shell - the agitator must be entered. If the cavities H remain unpurified, the residues present there may possibly even be germinated and contaminate the material to be stirred. Such impurities are not acceptable in the largely aseptic manufacture of pharmaceutical products or foods.

Um solche Verunreinigungen zu minimieren, gibt es den Ansatz, auf die Lagerbuchse am Lagerzapfen zu verzichten und den Rührkopf direkt mit der Lagerhülse auf dem Lagerzapfen lagern. Die üblicherweise in solchen Rührbehältern verwendeten austenitischen Stahlwerkstoffe (1.4301; 1.4404; 1.4462) haben jedoch vergleichsweise schlechte tribologische Eigenschaften. Es kann so beim Betrieb des Rührwerks metallischer Abrieb auftreten, der ebenfalls das Rührgut verunreinigen würde. Die WO 2011/049492 A1 zeigt einen getrennten Lagerzapfen (ggf. aus einem anderen für Gleitlagerzwecke besser geeigneten Werkstoff), der auf den Spalttopf aufgesetzt ist. Auch hier bleibt jedoch das Problem einer Fuge bestehen, die zwischen Spalttopf und Lagerzapfen notwendig ist und gegebenenfalls verunreinigt werden kann. In order to minimize such contamination, there is the approach to dispense with the bearing bush on the journal and store the mixing head directly with the bearing sleeve on the journal. However, the austenitic steel materials (1.4301, 1.4404, 1.4462) usually used in such stirred tanks have comparatively poor tribological properties. It may occur during operation of the agitator metallic abrasion, which would also contaminate the material to be stirred. The WO 2011/049492 A1 shows a separate bearing pin (possibly from another suitable for sliding bearing purposes more suitable material), which is placed on the gap pot. Again, however, there remains the problem of a joint, which is necessary between the containment shell and journals and may possibly be contaminated.

Es wird auch ein Spalttopf aus Kunststoff (vgl. EP 1 748 201 B1 ) vorgeschlagen, an den der Lagerzapfen einstückig angeformt ist. Hier ist zwar das Fugenproblem gelöst, es bleibt aber die Abriebproblematik bestehen, auch wenn die tribologischen Eigenschaften eines Kunststoffes in Verbindung mit einem metallischen oder keramischen Lagerring verbessert sein können. Außerdem hat ein Spalttopf mit einem daran angeformten Lagerzapfen aus Kunststoff möglicherweise auch nicht die erforderliche Festigkeit, um die über den Lagerring auf den Lagerzapfen übertragenen Lagerkräfte aufzunehmen. Dies gilt insbesondere für hochviskoses, heterogenes und/oder heißes Rührgut. It is also a containment shell made of plastic (see. EP 1 748 201 B1 ) proposed, to which the bearing pin is integrally formed. Although the joint problem is solved here, the abrasion problem remains, even if the tribological properties of a plastic in conjunction with a metallic or ceramic bearing ring can be improved. In addition, a split pot with a molded plastic bearing pin may not have the required strength to accommodate the transmitted over the bearing ring on the bearing pin bearing forces. this applies in particular for highly viscous, heterogeneous and / or hot material to be stirred.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, ein verbessertes Magnetrührwerks zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben angegebenen Nachteile wenigstens teilweise ausgeräumt sind. It is therefore an object of the present invention to provide an improved magnetic stirrer in which the abovementioned disadvantages are at least partially eliminated.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung stellt die vorliegende Erfindung ein Magnetrührwerk bereit, welches einen Spalttopf und einen Rührkopf aufweist, und der Spalttopf einen Antriebsabschnitt umfasst, in dem eine drehbare Magnetanordnung angeordnet ist, die magnetisch mit einer Magnetanordnung gekoppelt ist, die in einem den Antriebsabschnitt umgebenden Antriebsring des Rührkopfes angeordnet ist, und einen als Lagerzapfen ausgebildeten Lagerabschnitt, der mit einer am Rührkopf angeordneten Lagerbuchse eine Gleitlagerpaarung bildet, wobei der Lagerzapfen eine rohrförmige erste Lagerschicht mit erhöhter Härte aufweist, welche stoffschlüssig mit dem Lagerzapfen verbunden ist. According to a first aspect of the invention, the present invention provides a magnetic stirrer having a split pot and a stirring head and the split pot includes a drive portion in which a rotatable magnet assembly is magnetically coupled to a magnet assembly that is in a drive portion surrounding drive ring of the stirring head is arranged, and designed as a bearing journal bearing portion which forms a sliding bearing pairing with a arranged on the mixing head bearing bush, wherein the bearing pin has a tubular first bearing layer with increased hardness, which is materially connected to the bearing pin.

So eine zusätzliche Lagerschicht, die stoffschlüssig mit dem Lagerzapfen verbunden ist, stellt zum einen eine stabile und abriebfeste Gegenfläche für die im Rührkopf angeordnete Lagerbuchse bereit. Zum anderen verhindert die stoffschlüssige Verbindung mit dem Lagerzapfen jede Art von Spalten oder Hohlräumen, die zu Verunreinigungen des Rührgutes führen können. Es können also sowohl die hohen Anforderungen an die Reinheit bzw. die Reinigungseigenschaften erfüllt werden als auch die an eine stabile und abriebarme Lagerpaarung im Gleitlager. Such an additional bearing layer, which is materially connected to the journal, on the one hand provides a stable and abrasion-resistant counter surface for the arranged in the mixing head bearing bush. On the other hand, the cohesive connection with the journal prevents any type of gaps or cavities that can lead to contamination of the material to be stirred. So it can be met both the high demands on the purity and the cleaning properties as well as those of a stable and low-abrasion bearing pairing in plain bearings.

Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. Further aspects and features of the present invention will become apparent from the dependent claims, the accompanying drawings and the following description of preferred embodiments.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigt: Embodiments of the invention will now be described by way of example and with reference to the figures. Showing:

1 eine Teilschnittdarstellung, eines erfindungsgemäßen Magnetrührwerks, 1 a partial sectional view of a magnetic stirrer according to the invention,

2 eine Teilschnittdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Magnetrührwerks. 2 a partial sectional view of a known from the prior art magnetic stirrer.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetrührwerk. Vor einer detaillierten Beschreibung folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsformen. 1 shows a magnetic stirrer according to the invention. Before a detailed description first follows general explanations to the embodiments.

Bei einer Ausführung weist neben dem Lagerzapfen selbst ein den Lagerzapfen umgebender Fußbereich eine ringscheibenförmige 2. Lagerschicht mit erhöhter Härte auf, welche stoffschlüssig mit dem Fußbereich verbunden ist. Diese Lagerschicht bildet beim anfahren oder abbremsen des Rührkopfes eine Gleitlagerpaarung mit der Stirnfläche des Rührkopfes, die sich beim anfahren oder abbremsen auf dieser Lagerfläche absetzt. Diese Ausführung ist insbesondere bei solchen Rührwerken nützlich, bei denen die Rührflügel (Impeller) so ausgebildet sind, dass sie beim rühren eine Axialkraft aufbauen, die den Rührkopf axial auf dem Lagerzapfen anhebt. Diese Hubkraft tritt jedoch erst ab einer gewissen Drehzahl und bei bestimmten Eigenschaften des Rührmediums (Viskosität, Dichte) auf. In one embodiment, in addition to the bearing journal itself, a foot region surrounding the bearing journal has an annular disc-shaped second bearing layer with increased hardness, which is connected in a material-locking manner to the foot region. This bearing layer forms when moving or braking the mixing head a sliding bearing pairing with the end face of the stirring head, which settles on this bearing surface when approaching or braking. This embodiment is particularly useful in such agitators where the impellers are configured to create an axial force upon agitation that lifts the agitator head axially on the journal. However, this lifting force only occurs at a certain speed and with certain properties of the stirring medium (viscosity, density).

Bei einer Ausführung, bei welcher die 1. und 2. Lagerschicht, nämlich die zylindrische und ringscheibenförmige Lagerschicht, nahtlos ineinander übergehen, kann verhindert werden das sich im Übergang festigkeitsbeeinträchtigende Kerbwirkungen bemerkbar machen oder Oberflächenfehler auftreten, welche die Reinigung beeinträchtigen könnten. In one embodiment, in which the 1st and 2nd bearing layer, namely the cylindrical and ring-shaped bearing layer, merge seamlessly with each other, it is possible to prevent stress-affecting notch effects from becoming noticeable in the transition or surface defects occur which could impair cleaning.

Bei einer Ausführung bei welcher der Spalttopf und Lagerzapfen aus einem austenitischen rostfreien Stahlwerkstoff ausgebildet sind, stehen ihm Prozessbehälter Innenraum überall Oberflächen zur Verfügung, die gegen eine Vielzahl von chemischen Produkten beständig sind und hervorragende Reinigungseigenschaften aufweisen. In an embodiment in which the containment shell and journal are formed of an austenitic stainless steel material, process containers are available to interior spaces everywhere surfaces that are resistant to a variety of chemical products and have excellent cleaning properties.

Es gibt Ausführungen bei denen die Lagerschicht (Schichten) als so genannte DLC Schichten ausgeführt sind. So eine amorphe diamantartige Kohlenstoffschicht (ADLC) ist homogen und gut haftend, bietet Reibkoeffizienten, die zwischen 0,02 und 0,1 gegen unterschiedliche Reibpartner liegen, ist beständig gegen eine Vielzahl von Säuren und Basen, weist eine hohe thermische Leitfähigkeit auf und ist temperaturbeständig bis zu 300 °C. Übliche Schichtdicken liegen zwischen 1 und 4 µm vorzugsweise zwischen 2 und 3 µm bei Stahlwerkstoffen. There are versions in which the bearing layer (layers) are designed as so-called DLC layers. Such an amorphous diamond-like carbon coating (ADLC) is homogeneous and well adherent, provides coefficients of friction ranging from 0.02 to 0.1 against different friction partners, is resistant to a variety of acids and bases, has high thermal conductivity, and is temperature resistant up to 300 ° C. Usual layer thicknesses are between 1 and 4 microns, preferably between 2 and 3 microns in steel materials.

Es gibt auch Ausführungen, bei denen die Lagerschicht mehrlagig aufgebaut ist. Dabei haben sich außen Schichten aus Aluminiumoxid bzw. Zirkoniumoxid bewährt. Solche Keramik-Beschichtungen werden mit Plasmaverfahren auf den Stahl aufgetragen. Die Schichtdicken betragen dabei zwischen 2 µm und 2 mm. There are also versions in which the bearing layer has a multilayer structure. In this case, outer layers of aluminum oxide or zirconium oxide have proven themselves. Such ceramic coatings are applied to the steel using plasma techniques. The layer thicknesses are between 2 microns and 2 mm.

Es gibt auch Ausführungen, bei denen die Lagerschicht über ein Härteverfahren, nämlich durch Niedertemperatur-Nitrokarburieren aufgebracht wird. Dabei wird im Ausgangsmaterial eine 10–30 µm starke, stickstoffangereicherte Randschicht ausgebildet, die ebenfalls gute Gleiteigenschaften aufweist. There are also embodiments in which the bearing layer is applied via a hardening process, namely by low-temperature nitrocarburizing. In this case, a 10-30 .mu.m thick, nitrogen-enriched edge layer is formed in the starting material, which also has good sliding properties.

Es gibt auch Ausführungen, bei denen die elektrische Leitfähigkeit der Lagerschicht erhöht ausgebildet ist (der Durchgangswiderstand ist dann kleiner als 106 Ohm). Damit können elektrostatische Effekte beim Rühren verringert werden (z.B. eine elektrostatische Aufladung der Oberflächen am Lagerzapfen bzw. an der Lagerhülse). Damit werden kritische Funkenentladungen verhindert, die bei brennbaren oder explosiven Rührmedien (insbesondere Schüttgüter) zu Verbrennungen, Explosionen oder Verpuffungen führen können. Bei Beschichtungen, die einen sehr niedrigen Leitwert aufweisen, kann die unerwünschte elektrostatische Aufladung auch dadurch verhindert werden, dass in der Beschichtungsoberfläche Mikrorisse vorhanden sind, die ein Abfließen der Ladungen über den Spalttopf erlauben. There are also embodiments in which the electrical conductivity of the bearing layer is increased (the contact resistance is then less than 10 6 ohms). Thus, electrostatic effects during stirring can be reduced (eg electrostatic charging of the surfaces on the bearing journal or on the bearing sleeve). This prevents critical spark discharges, which can lead to burns, explosions or deflagrations in combustible or explosive stirring media (especially bulk solids). In the case of coatings which have a very low conductance, the unwanted electrostatic charge can also be prevented by microcracks being present in the coating surface, which allow the charges to flow away via the containment shell.

Bei einer Ausführung weist die im Lagerring angeordnete Lagerhülse eine zylindrische Radialgleitfläche auf, welche mit der ersten Lagerschicht zusammenwirkt, und eine ebene Axialgleitfläche, welche mit der zweiten Lagerschicht zusammenwirkt. Damit wird bei allen Betriebszuständen (Anfahren, Anhalten, Dauerbetrieb) die erforderliche Gleitlagerpaarung über besonders behandelte Flächen und Werkstoffe sichergestellt. In one embodiment, the bearing sleeve disposed in the bearing ring on a cylindrical Radialgleitfläche, which cooperates with the first bearing layer, and a planar Axialgleitfläche, which cooperates with the second bearing layer. This ensures the required slide bearing pairing with specially treated surfaces and materials under all operating conditions (starting, stopping, continuous operation).

Die Ausführung der Lagerhülse aus einem Siliziumkarbid-Werkstoff bietet eine besonders verschleißarme, beständige, und trockenlauffeste Lagerung des Rührkopfes, insbesondere in Verbindung mit einer ADLC-Beschichtung am Lagerzapfen. The design of the bearing sleeve made of a silicon carbide material offers a particularly low-wear, durable, and dry-running storage of the stirring head, especially in conjunction with an ADLC coating on the journal.

Dass Einschrumpfen der Lagerhülse in den am Rührkopf angeordneten Lagerring stabilisiert zum einen die Lagerhülse gegen Stoßbeanspruchungen und bietet zum anderen einen definierten, zentrierten Sitz am Lagerring. Zum Einschrumpfen oder Einpressen wird der Lagerring erwärmt, der sich dadurch aufweitet, die Lagerhülse wird eingesetzt, der Lagerring kühlt sich danach ab, schrumpft im Durchmesser und bildet so eine formschlüssige Verbindung zur Lagerhülse. The shrinking of the bearing sleeve in the bearing ring arranged on the stirring head stabilizes the bearing sleeve against impact stresses and provides a defined, centered seat on the bearing ring. For shrinking or pressing the bearing ring is heated, which expands thereby, the bearing sleeve is used, the bearing ring then cools down, shrinking in diameter, thus forming a positive connection to the bearing sleeve.

Bei einer Ausführung, bei der der Lagerring über eine Impelleranordnung mit dem Antriebsring verbunden ist, lässt sich die Impellergeometrie und -wirkungsweise weitgehend frei gestalten. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Spalt im Antriebsabschnitt zwischen der Magnetanordnung des Rührkopfes und der im Inneren des Spalttopfes beim Rühren mit dem Rührmedium ständig zu spülen. Auf diese Weise können Verschmutzungen und Produktablagerungen im Bereich des Rührwerks verringert oder ganz verhindert werden. Beim Reinigen des Rührwerks bzw. des Prozessbehälters kann beim Betrieb des Rührwerks während der Reinigung ein zusätzlicher Spüleffekt erreicht werden, der alle Rührwerkskomponenten restlos von Produktanhaftungen befreit. In an embodiment in which the bearing ring is connected via an impeller assembly to the drive ring, the impeller geometry and operation can be largely free. Moreover, it is also possible to constantly rinse the gap in the drive section between the magnet assembly of the stirring head and the inside of the gap pot when stirring with the stirring medium. In this way, contamination and product deposits in the area of the agitator can be reduced or completely prevented. When cleaning the agitator or the process container during operation of the agitator during cleaning, an additional rinsing effect can be achieved, which frees all agitator components completely from product buildup.

Zurückkommend zu 1 zeigt diese den Aufbau eines erfindungsgemäßen Magnetrührwerks 1 im Teilschnitt. Das Magnetrührwerk 1 umfasst einen Rührkopf 2 und einen Spalttopf 3, der in einen Prozessbehälter 4 eingesetzt ist. In einem hohlen Antriebsabschnitt 5, der topfartig ausgebildet ist, sitzt im Inneren eine drehbare Magnetanordnung 6 die über eine Antriebswelle 7 mit einem nicht weiter dargestellten Antriebsmotor verbunden ist. Coming back to 1 this shows the structure of a magnetic agitator according to the invention 1 in partial section. The magnetic agitator 1 includes a stirring head 2 and a containment shell 3 into a process container 4 is used. In a hollow drive section 5 , which is pot-shaped, sits inside a rotatable magnet assembly 6 via a drive shaft 7 is connected to a drive motor, not shown.

Der Rührkopf 2 umfasst einen Lagerring 8, einen Antriebsring 9 sowie mehrere Flügelelemente 10, welche jeweils den Antriebsring 8 mit dem Lagerring 9 verbinden. Im Inneren des Antriebsrings 9 ist die Magnetanordnung 6A angeordnet, die magnetisch mit der drehbaren Magnetanordnung 6 gekoppelt ist. Zwischen der Innenseite des Antriebsringes 9 und der Außenseite des Spalttopfes 3 ist ein Spalt S. The stirring head 2 includes a bearing ring 8th , a drive ring 9 as well as several wing elements 10 , which each have the drive ring 8th with the bearing ring 9 connect. Inside the drive ring 9 is the magnet arrangement 6A arranged magnetically with the rotatable magnet assembly 6 is coupled. Between the inside of the drive ring 9 and the outside of the split pot 3 is a split S.

Im Inneren des Lagerrings 8 ist eine zylindrische Lagerhülse 11 angeordnet, die auf einem Lagerzapfen 12 sitzt, der einstückig am Boden des Spalttopfes 3 ausgebildet ist. Der Fußbereich des Lagerzapfens 12 ist als ringscheibenförmige, ebene Lagerfläche 13 ausgebildet. Die Wandstärke der Lagerhülse 11 ist so ausgebildet, dass die Stirnfläche 14, welche der Lagerfläche 13 zugewandt ist, dieser etwa entspricht. Inside the bearing ring 8th is a cylindrical bearing sleeve 11 arranged on a journal 12 sitting in one piece on the bottom of the split pot 3 is trained. The foot area of the trunnion 12 is as an annular disc-shaped, flat bearing surface 13 educated. The wall thickness of the bearing sleeve 11 is designed so that the end face 14 , which of the storage area 13 facing, this corresponds approximately.

Die zylindrische Außenfläche des Lagerzapfens 12 ist mit einer rohrförmigen ersten Lagerschicht 15 versehen, die aus einem ADLC Werkstoff ausgebildet ist und eine Stärke von 1 bis 2 µm aufweist. Die Lagerfläche 13 ist mit einer zweiten Lagerschicht 16 versehen – ebenfalls aus einem ADLC-Werkstoff – und geht nahtlos in die Lagerschicht 15 über. Beide Lagerschichten weisen eine Härte von 1000 bis 4000 HV auf, die über der Härte des Grundwerkstoffs des Spalttopfes 3 bzw. des Lagerzapfens 12 liegt, die aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl gefertigt sind (z.B. die Qualität 1.4301, 1.4404, 1.4435 BN2, etc.). Die Lagerhülse 11 ist aus einem Siliziumkarbid-Werkstoff ausgebildet und bildet mit ihrer inneren Oberfläche bzw. mit ihrer Stirnfläche 14 eine Gleitlagerpaarung mit der ersten Lagerschicht 15 bzw. der zweiten Lagerschicht 16. The cylindrical outer surface of the journal 12 is with a tubular first bearing layer 15 provided, which is formed of an ADLC material and has a thickness of 1 to 2 microns. The storage area 13 is with a second bearing layer 16 provided - also from an ADLC material - and goes seamlessly into the bearing layer 15 above. Both bearing layers have a hardness of 1000 to 4000 HV, which exceeds the hardness of the base material of the gap pot 3 or the journal 12 which are made of an austenitic chromium-nickel steel (eg the quality 1.4301, 1.4404, 1.4435 BN2, etc.). The bearing sleeve 11 is formed of a silicon carbide material and forms with its inner surface or with its end face 14 a sliding bearing pairing with the first bearing layer 15 or the second bearing layer 16 ,

Beim Betrieb des Magnetrührwerks 1 wird die Magnetanordnung 6 über die Antriebswelle 7 in eine Drehbewegung versetzt und nimmt durch die magnetische Kopplung über den Spalt S die im Inneren des Lagerrings 8 angeordnete Magnetanordnung 6A mit. Dabei wird der gesamte Rührkopf 2 entsprechend der Drehung der Magnetanordnung 6, 6A gedreht. When operating the magnetic stirrer 1 becomes the magnet arrangement 6 over the drive shaft 7 placed in a rotational movement and takes through the magnetic coupling through the gap S in the interior of the bearing ring 8th arranged magnet arrangement 6A With. This is the entire stirring head 2 according to the rotation of the magnet assembly 6 . 6A turned.

Die Flügelelemente 10, die eine Impelleranordnung bilden, versetzen das Rührmedium im Innern des Prozessbehälters 4 so in Bewegung, dass dieses dabei durchmischt wird. Die Flügelelemente 10 sind dabei so gestaltet, dass eine Auftriebswirkung entsteht, die den Rührkopf 10 über eine Hubkraft auf dem Lagerzapfen 12 anhebt, so dass sich die Stirnfläche 14 der Lagerhülse 11 von der zweiten Lagerschicht 16 löst und dort ein Spalt s gebildet wird. Beim weiteren Betrieb des Rührkopfes 2 erfolgt die Lagerung dann ausschließlich über die Gleitlagerpaarung zwischen der Lagerhülse 11 und der Lagerschicht 15 am Lagerzapfen 12. Beim Anhalten des Magnetrührwerks 1 lässt die Auftriebswirkung nach und die Stirnfläche 14 setzt sich wieder auf der zweiten Lagerschicht 16 ab, wo diese dann wieder gleitend gelagert wird. The wing elements 10 , which form an impeller arrangement, put the stirring medium in the interior of the process container 4 so moving that it gets mixed up. The wing elements 10 are designed so that a buoyancy effect is created, the stirring head 10 via a lifting force on the bearing journal 12 raises, leaving the front face 14 the bearing sleeve 11 from the second storage layer 16 dissolves and there a gap s is formed. During further operation of the stirring head 2 The storage is then exclusively on the sliding bearing pairing between the bearing sleeve 11 and the camp layer 15 on the journal 12 , When stopping the magnetic stirrer 1 leaves the buoyancy effect and the end face 14 sits down again on the second storage layer 16 from where it is then stored again sliding.

Um die Gleiteigenschaften optimal einzustellen sind die Oberflächen, die mit einer Lagerschicht 13 14 versehen werden, entsprechend bearbeitet. Dazu können mechanische (Schleifen, Läppen etc.) aber auch elektrochemische Prozesse wie Elektropolieren dienen. To optimally adjust the sliding properties, the surfaces are covered with a bearing layer 13 14 to be provided, processed accordingly. For this purpose, mechanical (grinding, lapping, etc.) but also electrochemical processes such as electropolishing serve.

Weitere Ausführungen und Varianten der Erfindung ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Ansprüche. Further embodiments and variants of the invention will become apparent to those skilled in the scope of the claims.

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Claims (12)

Magnetrührwerk (1) mit einem Spalttopf (3) und einem Rührkopf (2), bei welcher der Spalttopf (3) einen Antriebsabschnitt (5) aufweist, in dem eine drehbare Magnetanordnung (6) angeordnet ist, die magnetisch mit einer Magnetanordnung (6A) gekoppelt ist, die in einem den Antriebsabschnitt umgebenden Antriebsring (9) des Rührkopfes (2) angeordnet ist, und einen als Lagerzapfen (12) ausgebildeten Lagerabschnitt, der mit einer am Rührkopf (2) angeordneten Lagerhülse (11) eine Gleitlagerpaarung bildet, wobei der Lagerzapfen (11) eine rohrförmige erste Lagerschicht (15) mit erhöhter Härte aufweist, welche stoffschlüssig mit dem Lagerzapfen (11) verbunden ist. Magnetic stirrer ( 1 ) with a containment shell ( 3 ) and a stirring head ( 2 ), in which the containment shell ( 3 ) a drive section ( 5 ), in which a rotatable magnet arrangement ( 6 ) arranged magnetically with a magnet arrangement ( 6A ), which in a drive section surrounding the drive ring ( 9 ) of the stirring head ( 2 ) is arranged, and as a journal ( 12 ) formed bearing section, with a on the mixing head ( 2 ) arranged bearing sleeve ( 11 ) forms a sliding bearing pairing, wherein the bearing journal ( 11 ) a tubular first bearing layer ( 15 ) having increased hardness, which cohesively with the bearing journal ( 11 ) connected is. Magnetrührwerk (1) nach Anspruch 1, bei welchem ein den Lagerzapfen (11) umgebender Fußbereich (13) eine ringscheibenförmige zweite Lagerschicht (16) mit erhöhter Härte aufweist, welche stoffschlüssig mit dem Fußbereich (13) verbunden ist. Magnetic stirrer ( 1 ) according to claim 1, wherein the journal ( 11 ) surrounding foot area ( 13 ) an annular disc-shaped second bearing layer ( 16 ) having increased hardness, which cohesively with the foot area ( 13 ) connected is. Magnetrührwerk (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die erste und zweite Lagerschicht (15, 16) nahtlos ineinander übergehen. Magnetic stirrer ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the first and second storage layers ( 15 . 16 ) seamlessly merge. Magnetrührwerk (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem Spalttopf (3) und Lagerzapfen (11) einstückig aus einem austenitischen rostfreien Stahlwerkstoff ausgebildet sind. Magnetic stirrer ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, in which split pot ( 3 ) and journals ( 11 ) are integrally formed of an austenitic stainless steel material. Magnetrührwerk (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei welchem die Lagerschicht (15, 16) als DLC-Beschichtung ausgebildet ist. Magnetic stirrer ( 1 ) according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the bearing layer ( 15 . 16 ) is designed as a DLC coating. Magnetrührwerk (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei welchem die Lagerschicht (15, 16) mehrlagig aufgebaut ist und eine Außenschicht einen der Werkstoffe aufweist: Aluminiumoxid, Zirkonoxid. Magnetic stirrer ( 1 ) according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the bearing layer ( 15 . 16 ) has a multilayer structure and an outer layer comprises one of the materials: aluminum oxide, zirconium oxide. Magnetrührwerk (1) nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem die Lagerschichtdicke zwischen 2 µm und 2 mm beträgt, bevorzugt zwischen 2 µm und 30 µm. Magnetic stirrer ( 1 ) according to claim 5 or 6, wherein the bearing layer thickness is between 2 microns and 2 mm, preferably between 2 microns and 30 microns. Magnetrührwerk (1) nach Anspruch 1,2 oder 3, bei welchem der elektrische Durchschlagwiderstand der Lagerschicht (15, 16) kleiner als 106 Ohm ist. Magnetic stirrer ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, in which the electrical breakdown resistance of the bearing layer ( 15 . 16 ) is less than 10 6 ohms. Magnetrührwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lagerhülse (11) eine zylindrische Radialgleitfläche aufweist, welche mit der ersten Lagerschicht (15) zusammenwirkt, und eine ebene Axialgleitfläche (14), welche mit der zweiten Lagerschicht (16) zusammenwirkt Magnetic stirrer ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the bearing sleeve ( 11 ) has a cylindrical Radialgleitfläche which with the first bearing layer ( 15 ) and a plane axial sliding surface ( 14 ), which with the second storage layer ( 16 ) cooperates Magnetrührwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lagerhülse (11) aus einem Siliziumkarbid-Werkstoff ausgebildet ist.. Magnetic stirrer ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the bearing sleeve ( 11 ) is formed of a silicon carbide material. Magnetrührwerk (1) einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lagerhülse (11) in einen am Rührkopf (2) angeordneten Lagerring (8) eingeschrumpft ist. Magnetic stirrer ( 1 ) one of the preceding claims, wherein the bearing sleeve ( 11 ) in one of the stirring head ( 2 ) arranged bearing ring ( 8th ) has shrunk. Magnetrührwerk nach Anspruch 11, bei welchem der Lagerring (8) über eine Impelleranordnung (10) mit dem Antriebsring (9) verbunden ist. Magnetic stirrer according to Claim 11, in which the bearing ring ( 8th ) via an impeller arrangement ( 10 ) with the drive ring ( 9 ) connected is.
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