DE19504033C2 - Flügelscheibe für Rührwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelscheibe für Rührwellen, bestehend aus einer von einem Antriebsmotor, vorzugsweise einer handgeführten Bohrmaschine angetriebenen Rührwelle mit einer endseitig fest angeordneten, mit Durchströmöffnungen und Mischflügeln versehenen kreisförmigen Flügelscheibe, zum Mischen von Flüssigkeiten, Emulsionen, Dispersionen und von Trocken- oder Nassmischungen aus feinkörnigen Feststoffen sowie auch zur Beschleunigung von Auflösungsvorgängen in feststehenden Behältern, insbesondere für kleine Mengen des Mischgutes in entsprechend kleinen Behältern.

In der US 15 82 518 wird eine auf einer Rührwelle angeordnete sechseckige Flügelscheibe mit umfangsseitig am Außenrand angeordneten, offenen Ausnehmungen und aus diesen Ausnehmungen jeweils nach oben abgewinkelten Mischflügeln vorbeschrieben. Der wesentliche Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass bei der Drehbewegung der Flügelscheibe im Mischgut die Wirkung eines Quirls mit nach oben gewölbter Oberfläche entsteht, wodurch das Mischgut mit steigender Drehzahl zwangsläufig verspritzt wird und/oder über den Behälterrand läuft.

Die DE-PS 853 883 beschreibt eine Maschine zum Mischen, Rühren und Schaumigschlagen von Mischungen aus flüssigen und pulverförmigen Stoffen, insbesondere für Konditoreizwecke. Über dem Boden eines Troges befindet sich dabei ein mit einer Antriebswelle schnell umlaufender Schleuderteller mit über diesen gleichmäßig verteilten Ausnehmungen mit einseitig ausgeklinkten von seinem in der Drehrichtung hinten liegenden Rand ausgehend, schräg nach unten abgebogen Abstreifschaufeln. Diese Vorrichtung bewirkt zwar beim Mischen und Rühren ein Schaumigschlagen, kann jedoch insbesondere bei kurzen Betriebszeiten keine optimale Durchmischung des nahezu vollständig ausgefüllten Behälterinhaltes gewährleisten.

In der US 36 30 636 wurde ein Mixstab mit zwei Mixerscheiben zum Mischen und Schneiden von schleifenden Materialien, insbesondere für Düngemittel vorbeschrieben. Auf jeder dieser Mixerscheibe sind jeweils auf einem inneren und einem äußeren Teilkreis Durchströmöffnungen angebracht. Jeder dieser Durchströmöffnungen ist jeweils ein der Durchströmöffnung benachbarter Mischflügel zugeordnet. Die am Innenradius angeordneten Mischflügel sind dabei gegenüber den am Außenradius angeordneten Mischflügel entgegengesetzt gerichtet. Auf einem Mixstab sind zwei dieser Scheiben zueinander seitenverkehrt und beabstandet angeordnet. Bei Rotation der Mixerscheiben zerkleinern nun die inneren Mischflügel das Material und die äußeren Mischflügel streuen das Material radial nach außen. Auf Grund ihrer konstruktiven Ausbildung ist diese Mixvorrichtung nicht zum Mischen von Mischmaterialien in kleineren Behältnissen geeignet, da bei Einsatz dieses Mixstabes zwangsläufig ein die optimale Durchmischung behinderndes Verspritzen und/oder Verstauben des zu mischenden Materiales eintritt.

In der DE 34 38 766 A1 wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Wirbelbewegung in einer flüssigen oder pastösen Masse beschrieben, bei der im Bereich des unteren Endes einer Mischerwelle eine zur Wellenachse geneigt angeordnete Rotorscheibe befestigt ist, welche wenigstens eine kreissegmentförmige Durchtrittsöffnung aufweist, an deren beiden radialen Seitenkanten sich je ein nach oben wie auch ein nach unten über die Scheibenebene vorstehender Leitflügel anschließt. Alle aus den Durchtrittsöffnungen an der Oberfläche der Scheibenebene herausragenden Leitflügel erstrecken sich gemäß Anspruch 3 in Umlaufrichtung der Scheibe. Demgegenüber sind alle aus den Durchtrittsöffnungen an der Unterseite der Scheibenebene vorstehenden Leitflügel (gemäß Anspruch 4) entgegengesetzt zur Umlaufrichtung der Rotorscheibe gerichtet. Dies bewirkt, dass das Mischgut je nach Drehrichtung der Rotorscheibe entweder nur nach oben oder nur nach unten "gepumpt" wird. Wie aus der Funktionsbeschreibung dieser Vorrichtung weiter hervorgeht, dient diese insbesondere dem Emulgieren von Milchfett um einen guten "Butterungseffekt" zu erzielen.

Mit der in der DE 34 38 766 A1 beschriebenen Vorrichtung werden für den angestrebten "Butterungseffekt" spezielle Wirbelbewegungen erzeugt, die bei reinen Mischungsvorgängen wegen der gegeneinander gerichteten turbulenten Verwirbelungen unerwünscht sind.

Daher ist diese in der DE 34 38 766 A1 vorbeschriebene Vorrichtung zur Erzeugung einer Wirbelbewegung in einer flüssigen oder pastösen Masse für das Mischen von Flüssigkeiten, Emulsionen, Dispersionen und von Trocken- oder Nassmischungen aus feinkörnigen Feststoffen wie auch zum Beschleunigen der Auflösungsvorgängen in feststehenden Behältern, insbesondere bei kleine Mengen von Mischgutes in entsprechend kleinen Behältern, nicht geeignet.

In der DE 36 16 203 A1 wird ein motorgetriebener Rührer für kleine Mengen, insbesondere kleine Farbmengen, vorbeschrieben, bei dem endseitig in einer beispielsweise von einer Handbohrmaschine angetriebenen Welle ein Rührwerk befestigt ist, das aus einer kreisförmigen Kopfscheibe und einer ebenfalls kreisförmigen Fußscheibe besteht, zwischen denen mittig, senkrecht zu den Scheiben eine Zwischenplatte angeordnet ist. Bei Rotation des Rührwerkes soll die Zwischenplatte einen Farbstrom radial gegen die Behälterwand leiten und turbulent bewegen. Aus der Erfindungsbeschreibung der genannten Druckschrift ist zu entnehmen, dass besonders zu Beginn des Rührvorganges Störungen durch vorhandene Klumpen im Mischgut auftreten können. Es wird daher empfohlen mit langsamen Umdrehungen anzufangen und, erst nach Erreichen einer gewissen Homogenität die Geschwindigkeit hochzufahren, wobei bei Einsatz dieser Vorrichtung die Verwendung stufenlos regelbarer Antriebe zwingend erforderlich ist. Die beschriebene ruhige Oberfläche bei relativ hohen Drehzahlen lässt die Entstehung eines mit dem Rührwerk umlaufenden Wirbels vermuten, welcher erfahrungsgemäß kein Anzeichen für eine gute Durchmischung ist. Auf Grund der Nachteile dieses Rührers in flüssigen oder pastösen Dispersionen kann dessen Unbrauchbarkeit für den Einsatz bei feinkörnige Trockenmischungen abgeleitet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Flügelscheiben an Rührwellen zu vermeiden und auf der Basis einer Flügelscheibe mit Durchströmöffnungen und Leitflügeln eine neuartige Flügelscheibe zu entwickeln, die eine intensivere Durchmischung der in Betracht kommenden Mischungen selbst in verhältnismäßig kleinen Behältern und innerhalb kurzer Rührzeiten möglich macht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Unter Berücksichtigung der stofflichen Eigenschaften des verschiedenen Mischgutes wird der Mischungseffekt dadurch intensiviert, dass der Neigungswinkel der zu einem Mischflügelpaar gehörenden Mischflügel im bevorzugten Bereich zwischen 30° und 45° liegt.

Beim Durchführen des Mischungsvorganges in verhältnismäßig tiefen Behältern ist es zweckmäßig, dass endseitig an einer Rührwelle mehrere Flügelscheiben hintereinander angeordnet sind.

Für das Mischen in kleinen oder großen Mischbehältern soll die Größe der Flügelscheibe entsprechend gewählt werden, wobei eine Flügelscheibe an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite mit mindestens je einem Mischflügelpaar und bei größeren Durchmessern mit je zwei, je drei oder noch mehr Mischflügelpaaren ausgestattet ist.

Die Wirkungsweise einer an einer Rührwelle befestigten Flügelscheibe nach den Merkmalen dieser Erfindung ergibt sich durch die wechselseitig zu den Durchströmöffnungen mit wechselseitig nach oben und nach unten aus Kreisringsektoren ausgeklinkten Mischflügelpaaren, die jeweils durch einen Stegsektor miteinander verbunden sind und zueinander einen gleich großen aber entgegengesetzt gerichteten Neigungswinkel zur Ebene der Flügelscheibe aufweisen. Wird die Flügelscheibe durch Antrieb der Rührwelle zur Rotation gebracht, so entsteht unabhängig von der Drehrichtung im Bereich der Mischflügelpaare eine gleichförmige Wellenströmung des Mischgutes, die von der Unterseite der Flügelscheibe über eine Durchströmöffnung zur Oberseite der Flügelscheibe und über die nächste Durchströmöffnung wieder zur Unterseite der Flügelscheibe gelangt und sich kontinuierlich von Mischflügelpaar zu Mischflügelpaar wiederholt. Die Erzeugung dieser Wellenbewegung des Mischgutes beruht auf Druck- und Saugeffekten der rotierenden Mischflügel, die im Bereich der Flügelscheibe besonders intensiv sind und damit größere Bereiche des Mischgutes in die Verwirbelung mit überlagerter Wellenbewegung einbezieht.

Die Vorteile einer erfindungsgemäßen Flügelscheibe für Rührwellen ergeben sich aus der wellenförmigen Strömungsbewegung des Mischgutes und den dabei auftretenden Druck- und Saugeffekten, die eine intensive Durchmischung des Mischgutes innerhalb verhältnismäßig kurzer Mischzeiten bewirken, dabei aber gleichzeitig auch das verwirbelte Mischgut im Mischbehälter zusammenhalten und das Verspritzen und Übertreten über den Gefäßrand weitgehend verhindern. Aufgrund der symmetrischen Ausbildung der Flügelscheibe werden die vorteilhaften Effekte gleichermaßen in beiden Drehrichtungen erzielt. Außer diesen funktionellen Vorteilen hat die Flügelscheibe durch die symmetrische Anordnung der Mischflügelpaare zur Ober- und Unterseite der Flügelscheibe auch einen fertigungstechnischen Vorteil. Dadurch besteht die Möglichkeit die Flügelscheiben als Stanzteil aus Metall in einem kombinierten Schnitt-Biegewerkzeug auf Umschlag herzustellen. Danach werden aus einer Platine in demselben Werkzeug zuerst auf der einen Seite die Mischflügelpaare ausgeschnitten und seitlich ausgeklinkt und dann nach Wenden der Platine um eine Teilung versetzt die Mischflügelpaare der anderen Seite gestanzt. Das bedeutet aber nicht, dass die Flügelscheiben nur aus Metall bestehen sollen, sie können selbstverständlich auch aus Kunststoff mit den dafür üblichen Werkzeugen gefertigt werden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Flügelscheibe für Rührwellen,

Fig. 2 die Draufsicht auf eine Flügelscheibe für Rührwellen entsprechend Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Flügelscheibe nach Fig. 1 im Schnitt A-A,

Fig. 4 eine Abwicklung des mittleren Querschnitts einer Flügelscheibe entsprechend Fig. 2 als schematisch dargestellte Seitenansicht.

Die endseitig an der Rührwelle 1 befestigte kreisförmige Flügelscheibe 2 ist mit drei aus Kreisringsektoren nach oben ausgeklinkten Mischflügelpaaren 3 und drei nach unten ausgeklinkten Mischflügelpaaren 4 (in den Zeichnungen geschwärzt) versehen, deren paarweisen Mischflügel 3a und 3b bzw. 4a und 4b jeweils durch einen Stegsektor 2a in der Flügelscheibe 2 miteinander verbunden sind. Die zu einem Mischflügelpaar 3 und 4 gehörenden Mischflügel 3a und 3b bzw. 4a und 4b haben jeweils gegenüber einer der Deckfläche der Flügelscheibe 2 einen gleich großen, jedoch voneinander weg gerichteten Neigungswinkel a von beispielsweise 40°. Zwischen den oberen Mischflügelpaaren 3 und den unteren Mischflügelpaaren 4 sind Durchströmöffnungen 5 angeordnet, die umfangsseitig von einem Außenringsektor 2b umschlossen sind. Die Flügelscheibe 2 ist beim Ausführungsbeispiel durch eine Hutmutter 6 mit der Rührwelle 1 verschraubt und damit auswechselbar. Selbstverständlich kann auch eine unlösbare Befestigung gewählt werden. Die Hutmutter 6 verhindert dabei gleichzeitig, dass die unteren Mischflügel 4a und 4b den Gefäßboden berühren. Die Flügelscheibe 2 hat an ihrem Umfang durch die an den Durchströmöffnungen 5 vorgesehenen Außenringsektoren 2b eine in sich geschlossene Umfangsfläche, wodurch das seitliche Auftreffen der Mischflügelpaare 3 und 4 auf die Gefäßinnenwand vermieden und die Drehbewegung der Flügelscheibe 2 stabilisiert wird.

Anhand der in Fig. 4 dargestellten Abwicklung eines mittleren Querschnittes der Flügelscheibe 1 soll gezeigt werden, welche Strömungen, Verwirbelungen und Turbulenzen bei der Drehung der Flügelscheibe 2 in einem flüssigen bzw. nassen Mischgut auftreten. Bei der angenommenen Drehrichtung D wird durch die Druck- und Saugwirkung der nach oben ausgeklinkten, voneinander weg gerichteten Mischflügel 3a und 3b der Mischflügelpaare 3 in Verbindung mit den nach unten ausgeklinkten, voneinander weg gerichteten Mischflügel 4a und 4b der Mischflügelpaare 4 über die Durchströmöffnungen 5 eine der Drehrichtung D entgegengerichtete relative Wellenbewegung W bewirkt, durch die das Mischgut gewissermaßen zwischen der Oberseite und der Unterseite der Flügelscheibe 2 pendelt. Bei dieser Wellenbewegung W treten infolge der unterschiedlichen Dichte des Mischgutes wie auch durch die Form der Mischflügelpaare 3 und 4 bewirkte Turbulenzen T auf, die einen ständigen Wechsel des unmittelbar am Mischvorgang beteiligten Mischgutes bewirken. In Verbindung mit dem in der Drehrichtung D liegenden Zirkulationswirbel, der den gesamten Inhalt des Mischgefäßes in Bewegung bringt, wird so eine intensive Durchmischung innerhalb kurzer Mischzeiten erreicht.

Claims (4)

1. Flügelscheibe (2) für eine Rührwelle (1) zum Mischen von Flüssigkeiten, Emulsionen, Dispersionen und Trocken- oder Nassmischungen aus feinkörnigen Feststoffen, insbesondere zum Umrühren von Lacken und Farben, die kreisförmig und auf der antreibbaren Rührwelle (1) befestigt ist und die mehrere Durchströmöffnungen (5) aufweist, welche sich radial vom Zentrum der Flügelscheibe (2) bis in die Nähe des Außenumfangs erstrecken, mit Mischflügeln, die aus der Flügelscheibe (2) ausgeklinkt sind, die an den radialen Seitenkanten der Durchströmöffnungen (5) angebracht sind und die nach unten und nach oben mit gleich großen Neigungswinkeln (α) zur Ebene der Flügelscheibe (2) gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Seitenkanten benachbarter Durchströmöffnungen (5) durch einen Stegsektor (2a) miteinander verbunden sind, dass die an einem Stegsektor (2a) angeordneten Mischflügel (3a und 3b, bzw. 4a und 4b) Mischflügelpaare (3 bzw. 4) bilden, und dass die Mischflügelpaare (3 und 4) im Wechsel nach oben und nach unten gerichtet sind, wobei die Mischflügel (3a und 3b, bzw. 4a und 4b) eines Mischflügelpaares (3 bzw. 4) entgegengesetzt gerichtete Neigungswinkel (α) haben, derart, dass die Mischflügel (3a und 3b, bzw. 4a und 4b) eines Mischflügelpaares (3 bzw. 4) voneinander weg gerichtet sind.

2. Flügelscheibe für Rührwellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) der zu einem Mischflügelpaar (3 bzw. 4) gehörenden Mischflügel (3a und 3b, bzw. 4a und 4b) im bevorzugten Bereich zwischen 30° und 45° liegt.

3. Flügelscheibe für Rührwellen nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass endseitig an einer Rührwelle (1) mehrere Flügelscheiben (2) hintereinander angeordnet sind.

4. Flügelscheibe für Rührwellen nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flügelscheibe (2) an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite mit mindestens je einem Mischflügelpaar (3 und 4) und bei größeren Durchmessern mit mehreren Mischflügelpaaren (3 und 4) ausgestattet ist.