DE19745084A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Mischen und Verpacken von Stoffen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mi­ schen von Stoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Mischen von Stoffen und zum Verpacken der Stoffgemische, das mit der anspruchsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden kann.

Eine Vorrichtung zum Mischen von Stoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus DE 35 44 497 A1 be­ kannt. Diese Vorrichtung umfaßt eine zylindrische Welle mit mindestens einer Längsnut, in welcher ein ausschwenkbarer stabförmiger Pendelflügel mit seinem oberen Ende gelagert ist. Die Mischkammer ist oben durch eine Druckplatte be­ grenzt, durch die die Welle hindurchgeführt ist und die bei stehender Welle mit eingeklappten Mischflügeln um die Welle herum abwärts bewegbar ist, um das fertige Mischgut, z. B. Süßspeise, Pudding oder Schlagschaum, durch eine Öffnung im Boden der Mischkammer auszupressen.

Eine solche Vorrichtung ist zwar zur Verarbeitung wenig vis­ koser Gemische geeignet, nicht aber für zähe oder thixotrope Massen, wie sie z. B. bei der Herstellung von Cremes oder Salben eingesetzt werden. Da die Flügel der bekannten Vor­ richtung den Boden des Mischbehälters nicht erreichen können, bleiben dort beim Rühren undurchmischte Bereiche zurück.

Außerdem gestaltet sich die hygienische Verarbeitung von wechselnden Stoffen mit dieser Vorrichtung recht umständlich, da nach jeder Benutzung nicht nur die Wandflächen der Misch­ kammer, sondern auch die Längsnut des Rührwerkzeugs sowie der Ausgabekanal gereinigt werden müssen.

Deshalb werden auch heute noch, trotz der sehr hohen Anforde­ rungen an die Hygiene, in Apotheken zur Salbenbereitung häu­ fig offene Mischtiegel und Rührer eingesetzt, so daß Umge­ bungsstaub und Keime in das Rührgut gelangen können und Luftsauerstoff, der empfindliche Inhaltsstoffe zerstören kann, in großer Menge untergerührt wird.

Ein Vorschlag zur Lösung dieses Problems ist in DE 37 17 134 A1 gemacht. Diese Anmeldung betrifft eine Mischvorrichtung, insbesondere für Knochenzement, mit einem Mischbecher und ei­ nem Deckel zum vakuumdichten Verschließen des Mischbechers mit einer Durchführung für einen Rührstab. Der Deckel ist ra­ dial zur Achse des Mischbechers beweglich, so daß der Rührstab auch in die unteren Ecken des Bechers fassen kann.

Störend dabei ist jedoch, daß der Deckel die freie Bewegung des Rührstabs stört, so daß es z. B. schwierig ist, ihn streifend an der Becherinnenwand entlangzubewegen, und daß der Benutzer durch den Deckel hindurch nicht erkennen kann, ob und ggf. wo die Rührmasse noch Inhomogenitäten aufweist. Hierfür ist er gezwungen, den Deckel zu öffnen, was dessen Schutz- und Hygienewirkung weitgehend zunichte macht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Mischen von Stoffen, die es gestattet, mit einfachen Mitteln Stoffe unterschiedlichster Konsistenz unter einwandfreien hy­ gienischen Bedingungen gründlich zu durchmischen, und die da­ bei bequem zu reinigen ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach An­ spruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12.

Durch die Anbringung des Rührflügels am unteren Ende der Wel­ le und die axiale Verschiebbarkeit der Welle ist es möglich, alle Bereiche des Aufnahmebehälters mit dem Rührflügel zu er­ reichen, so daß auch zähe Stoffe effizient gerührt werden, und nach beendetem Rührvorgang das Rührwerkzeug aus dem Be­ hälter zu entfernen, ohne daß dazu der Deckel geöffnet werden muß. So wird die Gefahr einer Verunreinigung und der Kontakt des Mischguts mit Sauerstoff auf ein Mindestmaß beschränkt.

Zweckmäßigerweise ist die Welle zylindrisch, und der Durch­ messer der Öffnung ist nicht größer als für die Entnahme des Mischwerkzeugs notwendig.

Es ist von Vorteil, wenn die Öffnung mit einer Dichtung aus­ gekleidet ist. Die Dichtung kann ein geringes Spiel haben, oder sie kann elastisch sein, um eine leichte Verkippung der Welle des Rührwerkzeugs gegen seine Normallage zu gestatten. Dies gibt dem Benutzer die Möglichkeit, das Rührwerkzeug zu­ nächst etwas schräg einzuführen und dann in seine Normallage zu kippen und so bereits vor Beginn des Rührens eine leichte Anwinkelung des Rührflügels gegen die Welle zu erreichen.

Dieselbe Wirkung läßt sich erreichen, wenn der Flügel an sei­ nem distalen Ende eine Schrägfläche aufweist, die bei Bewe­ gung des Flügels durch die zu mischenden Stoffe in seiner Längsrichtung eine Kraft aufnimmt, die den Flügel in seine Arbeitslage drängt.

Dadurch ist sichergestellt, daß der Mischflügel durch die beim Rühren einwirkende Zentrifugalkraft zuverlässig in seine Arbeitslage ausgelenkt wird. Andernfalls könnte es, wenn das Mischgut thixotropes Verhalten zeigt, zu der unerwünschten Situation kommen, daß beim Versuch, zu mischen, der Mischflü­ gel in einem Kanal verflüssigten Materials in Ruhestellung rotiert und die Arbeitsstellung nicht erreicht.

Alternativ oder ergänzend ist es möglich, den Mischflügel mit in Ruhestellung gegen die Wellenachse versetzten Schwerpunkt anzuordnen, um so sicherzustellen, daß er bei Drehung durch eine ausreichende Zentrifugalkraft in die Arbeitsstellung getrieben wird.

Gemäß einer einfachen, aber zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Rührflügel zylindrisch mit dem gleichen Durchmesser wie die Welle ausgebildet. So wird beim Herausziehen des Rühr­ werkzeugs anhaftendes Rührgut weitestgehend an der Dichtung abgestreift und geht nicht verloren.

Der Mischflügel kann auch geformt sein, um eine vom Deckel fort wirkende Kraft auf die zu mischenden Stoffe auszuüben, z. B. mit einer zur Arbeitsstellung abgewinkelten Schrägflä­ che. Dadurch läßt sich die Tiefendurchmischung im Behälter intensivieren.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Mischvor­ richtung ist der Behälter zylindrisch und weist einen relativ zum Deckel verschiebbaren Boden auf. Nach Beendigung des Rührvorgangs kann so das fertige Gemisch bequem und restlos durch Gegeneinanderdrücken von Boden und Deckel aus dem Mischbehälter herausgedrückt und abgefüllt werden.

Es ist ferner besonders bevorzugt, daß die Öffnung wenigstens an ihrem der Außenseite des Deckels zugewandten Seite ein Schraubgewinde aufweist. In dieses Schraubgewinde kann eine Tube mit ihrer Abgabeöffnung eingeschraubt werden, so daß der Inhalt der Vorrichtung direkt, ohne Luftberührung und ohne Möglichkeit der Verunreinigung in die Tube umgefüllt werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungs­ beispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im axialen Schnitt;

Fig. 2 , 3 und 4 drei Abwandlungen des Rührwerkzeugs in per­ spektivischer Darstellung;

Fig. 5 ein Rührwerkzeug, angeschlossen an eine Küchenrührma­ schine;

Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Rührgerät für Handantrieb.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Mischbehälter 1 mit einem zylindrischen Rohrstück 3, das die Seitenwand des Behälters 1 bildet, und einem in dem Rohrstück 3 entlang des­ sen Achse verschiebbaren Boden 5. Eine ins Innere des Rohrs 3 vorspringende Rippe 7 bildet am unteren Rohrende ein Auflager für den Boden 5. Das Rohr und der Boden können aus rostfreiem Stahl, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbonat, Polytetrafluorethylen oder anderen physiologisch unbedenkli­ chen, mit den zu mischenden Stoffen verträglichen Materialien gefertigt sein. Zweckmäßig ist es zum Beispiel, das Rohr 3 aus Edelstahl und den Boden aus PTFE oder einem mit PTFE be­ schichteten Kern aus anderem Material herzustellen, da die geringe Reibung des Metalls auf PTFE das Herausdrücken des Behälterinhalts nach dem Mischen erleichtert.

Das obere Ende des Rohrs trägt ein Außengewinde 9, auf das ein Deckel 11 dicht schließend und lösbar aufgeschraubt ist. Eine mittige Öffnung 13 im Deckel 11 fluchtet mit der Achse ZZ des Behälters 1. Die Öffnung weist in ihrem oberen, weite­ ren Abschnitt ein Innengewinde 15 auf; im unteren Abschnitt ist eine hohlzylinderförmige Dichtung 17 untergebracht, die zweckmäßigerweise aus PTFE besteht und gleichzeitig eine La­ gerbuchse für das Rührwerkzeug 25 darstellt.

Der Deckel 11 kann aus rostfreiem Stahl, aber auch aus Poly­ carbonat oder einem anderen durchsichtigen Kunststoff beste­ hen. In letzterem Fall kann der Benutzer sich, ohne den Dec­ kel abzunehmen, einen Eindruck davon verschaffen, ob die zu mischenden Stoffe hinreichend homogen vermengt sind und das Rühren beendet werden kann.

Das Rührwerkzeug 25, das in der Fig. 1 neben dem Mischbehäl­ ter gezeigt ist, hat eine Welle 27 und einen Rührflügel 29, der durch ein Gelenk 31 mit dem unteren Ende der Welle 27 verbunden und zwischen einer Ruhelage, in der das Rührwerk­ zeug in den Behälter durch die Öffnung 13 eingeschoben werden kann und in der die Längsrichtung des Flügels mit der Achse der Welle zusammenfällt, und einer Arbeitslage (gestrichelt dargestellt) in im wesentlichen rechten Winkel zur Ruhelage schwenkbar ist. Das Gelenk 31 ist zweckmäßigerweise ein Ga­ belgelenk, das Drehmomente zuverlässig von der Welle auf den Rührflügel übertragen kann, ohne dabei Schaden zu nehmen, und dessen Bewegungsfreiheit auf 90° in beide Richtungen aus der Ruhelage begrenzt ist. Welle 27 und Rührflügel 29 sind zylin­ derförmig, und ihr Außendurchmesser ist so gewählt, daß sie mit geringem Spiel bequem durch die Öffnung 13 in den Misch­ behälter 1 eingeschoben werden können. Die Länge des Rührflü­ gels 29 entspricht dem Innenradius des Mischbehälters, so daß er in Arbeitslage auch in unmittelbarer Nähe der Wand 3 rüh­ ren kann. Das Rührwerkzeug 25 besteht zweckmäßigerweise aus rostfreiem Stahl.

Beim Gebrauch der Vorrichtung werden zunächst die zu mischen­ den Stoffe in den Behälter 1 gefüllt, der Deckel 11 aufge­ schraubt und dann das Rührwerkzeug 25 durch die Öffnung 13 wenigstens so weit in den Behälter 1 eingeschoben, daß der Rührflügel 29 vollständig im Innern liegt. Selbstverständlich ist es auch möglich, erst das Rührwerkzeug durch die Öffnung 13 zu schieben und dann den Deckel auf den Behälter zu schrauben. Versetzt man dann die Welle in Drehung, so wird der Rührflügel durch Zentrifugalkraftwirkung in seine hori­ zontale Arbeitslage ausgelenkt, in der er die im Behälter be­ findlichen Stoffe effizient vermengt.

Vor Beginn des Rührens kann es zweckmäßig sein, den Boden 5 ein Stück weit nach oben zu drücken, um darin verbliebene Luft zwischen der Dichtung 17 und der Welle 27 aus dem Behäl­ ter herauszupressen.

Während des Rührens wird der Rührflügel im Behälter auf- und abbewegt, um alle Bereiche des Behälters gleichmäßig zu rüh­ ren.

Nach Beendigung des Rührens kann das Rührwerkzeug 13 durch die Öffnung 13 herausgezogen werden. Dann wird ein an seinem Falzende offener Tubenrohling mit seiner Ausgabeöffnung in das Gewinde 15 eingeschraubt und der Inhalt des Mischbehäl­ ters durch Aufwärtsdrücken des Bodens 5 in den Tubenrohling gepreßt. Dieser braucht nun nur noch am Falzende verschlossen zu werden. Auf diese Weise ist vom Einfüllen der einzelnen zu mischenden Stoffe bis zur Abfüllung des fertigen Gemischs op­ timaler Schutz vor Verunreinigung und ggf. Luftzutritt ge­ währleistet.

Fig. 2 zeigt eine erste Abwandlung des Rührwerkzeugs. Am di­ stalen Ende des zylindrischen Rührflügels sind zwei Schräg­ flächen 19 ausgefräst, zwischen ihnen ist ein Vorsprung 21 stehengeblieben. Zweck der Schrägflächen ist, wenn das Rühr­ werkzeug beim Einstecken in den Behälter 1 in das Rührgut eintaucht, eine Seitwärtskraft auf den Rührflügel 29 zu er­ zeugen, die diesen in Richtung auf seine Arbeitslage ver­ schwenkt. Der Vorsprung ist vorgesehen, um das Rührgut auch im unteren Randbereich des Behälters 1 fassen und durchmengen zu können.

Fig. 3 zeigt eine zweite Abwandlung eines Rührflügels. Dieser ist auf einem Großteil seiner Länge abgeflacht, mit schräg zur durch den Pfeil angedeuteten Bewegungsrichtung orientier­ ten Oberflächen 23, die beim Rühren eine Abwärtskraft auf das Rührgut ausüben und es so auch in vertikaler Richtung effizi­ ent durchmengen. Die an den Oberflächen erzeugte Auftriebs­ kraft wird über das in seiner Bewegungsfreiheit begrenzte Ge­ lenk 31 auf die Welle 27 übertragen.

Das in Fig. 4 gezeigte Rührwerkzeug besitzt zwei Flügel von halbzylindrischem Querschnitt, die um eine gemeinsame Achse am unteren Ende der Welle 27 schwenkbar aufgehängt sind und in der Figur in unter 180° gegeneinander abgespreiztem Zustand dargestellt sind. In frei herabhängendem Zustand liegen sich die Flügel mit ihren Flachseiten 30, 30' gegenüber und bilden so einen Zylinder mit demselben Durchmesser wie die Welle 27. Die Schwerpunkte der Flügel liegen auf verschiedenen Seiten einer durch die Drehachse der Welle 27 und die Achse des Ge­ lenks 31' festgelegten Ebene, um sicherzustellen, daß die Flügel durch Fliehkraftwirkung in entgegengesetzte Richtungen ausschwenken, wenn das Rührwerkzeug in Drehung versetzt wird. Dieses Rührwerkzeug zeichnet sich durch eine im Vergleich zu den einflügeligen Rührwerkzeugen aus Fig. 3 und 4 verringerte Unwucht aus. Seine Drehrichtung wird zweckmäßigerweise mit den halbzylindrischen Außenflächen der Flügel voran gewählt.

Der Antrieb des Rührwerkzeugs kann, insbesondere bei einer kleinformatigen Vorrichtung, durch eine Handkurbel erfolgen, bequemer ist allerdings ein Motorantrieb. Zu diesem Zweck ist die Welle 27 in ihrem oberen Bereich mit geprägten Vorsprün­ gen 33 versehen, durch die sie z. B. an weit verbreitete und hinlänglich bekannte, preiswerte Küchenrührgeräte 35 ange­ schlossen werden kann (Fig. 5).

Zum Handantrieb eignet sich der in Fig. 6 gezeigte Mechanis­ mus. Hier trägt die Welle 27 oberhalb des Deckels einen Ab­ schnitt 45 mit Außengewinde. Eine Ratsche 47 überträgt Dreh­ kraft von einer in Verlängerung der Welle angeordneten Drill­ stange 49 nur in einer Richtung auf den Zylinder und die Wel­ le. Die Drillstange 49 hat ein sehr steiles Gewinde, so daß sie durch Auf- und Abbewegen eines Läufers 51 in hin- und rückläufige Drehung versetzt werden kann. Durch die Drehung der Welle in nur eine Richtung schraubt sich der Gewindeab­ schnitt 45 in einer zweiteiligen Mutter 53 (in der Figur auf­ geklappt gezeigt) allmählich aufwärts, dementsprechend dringt der Rührflügel im Behälter 1 allmählich von unten nach oben vor. Die Längen von Abschnitt 45 und Mutter 53 sind so bemes­ sen, daß der Abschnitt 45 an einen Anschlag 55 der Mutter 53 stößt, wenn der Rührflügel den Deckel 11 erreicht hat. Wenn der Rührvorgang noch nicht beendet ist, läßt der Benutzer nun die Mutter 53 los, die zwei Hälften klappen auseinander und geben den Abschnitt 45 frei. Das Rührwerkzeug kann nun herun­ tergedrückt werden, bis der Rührflügel den Boden 5 erreicht; dann drückt der Benutzer die zwei Mutterhälften wieder zu­ sammen, so daß der Abschnitt 45 wieder in deren Gewinde ge­ führt wird, und setzt das Auf- und Abbewegen des Läufers 51 fort.

Im Rahmen der Ansprüche sind zahlreiche Abwandlungen der er­ findungsgemäßen Vorrichtung möglich. So kann z. B. anstelle der Schraubverbindung 9 zwischen Behälter 1 und Deckel eine Bajonettverbindung verwendet werden, oder Behälter und Deckel können durch Federkraft gegeneinander gepreßt gehalten werden Es können auch mehr als zwei Rührflügel vorgesehen werden. So können z. B. zum Rühren in relativ hohen Gefäßen zusätzliche Rührflügel aus der Welle ausklappbar angeordnet sein

Bezugszeichenliste

1

Mischbehälter

3

Rohrstück

5

Boden

7

Rippe

9

Gewinde

11

Deckel

13

Öffnung

15

Innengewinde

17

Dichtung

19

Schrägflächen

21

Vorsprung

23

Oberfläche

25

Rührwerkzeug

27

Welle

29

,

29

' Rührflügel

30

,

30

' Innenflächen der Rührflügel

31

Gelenk

33

Einprägungen

35

Küchenrührgerät

45

Gewindeabschnitt

47

Ratsche

49

Drillstange

51

Läufer

53

Mutter

55

Anschlag

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Mischen von Stoffen, mit einem Aufnahmebehälter (1) für die zu mischenden Stoffe, einem Deckel (11) zur Befestigung an dem Aufnahmebehäl­ ter (1),
einem durch eine Öffnung (13) im Deckel durchgeführten Rührwerkzeug (25), das eine drehbare Welle (27) und we­ nigstens einen Rührflügel (29) umfaßt, welcher zwischen einer Ruhelage, in der er nicht über die Projektion der Öffnung (13) in Richtung der Wellenachse (ZZ) übersteht, und einer zur Richtung der Wellenachse (ZZ) im wesentli­ chen senkrechten Wirklage schwenkbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rührflügel (29) an das untere Ende der Welle (27) angelenkt ist, und daß die Welle (27) in Richtung ihrer Achse (ZZ) frei in der Öff­ nung (13) verschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (27) zylindrisch geformt ist und der kleinste Innendurchmesser der Öffnung (13) dem Durchmesser der Welle (27) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (13) mit einer Dichtung (17) ausgekleidet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Welle (27) in der Öffnung (13) um einen kleinen Winkel schwenkbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie einen zweiten an das unte­ re Ende der Welle (27) angelenkten Rührflügel (29') um­ faßt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (29) an seinem distalen Ende eine Schrägfläche (19) aufweist, die bei Bewegung des Flügels (29) durch die zu mischenden Stoffe in seiner Längsrichtung eine Kraft aufnimmt, die den Flügel in seine Arbeitslage drängt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt jedes Rührflü­ gels (29, 29') in Ruhestellung gegen die Wellenachse (ZZ) versetzt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der oder die Rührflügel (29, 29') geformt sind, um einen Zylinder mit dem gleichen Durchmesser wie die Welle (27) zu bilden.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Flügel (29) geformt ist, um eine vom Deckel (11) fort wirkende Kraft auf die zu mischenden Stoffe auszuüben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) zylindrisch ist und einen relativ zum Deckel (11) verschiebbaren Boden (5) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Öffnung (13) wenigstens an ihrem der Außenseite des Deckels (11) zugewandten Seite ein Schraubgewinde (15) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der freie Durchmesser des Schraubge­ windes (15) größer als der Innendurchmesser der Dichtung (17) ist.

13. Verfahren zum Herstellen und Verpacken von Stoffgemi­ schen mit Hilfe der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, mit den Schritten:

• a) Einfüllen der zu mischenden Stoffe in den Behälter (1),
• b) Durchstecken des Rührwerkzeugs (25) durch die Öff­ nung des Deckels (11) und Verschließen des Behälters (1) mit dem Deckel (11),
• c) Drehen des Rührwerkzeugs (25), um die Stoffe zu mi­ schen,
• d) Herausziehen des Rührwerkzeugs (25) durch die Öff­ nung (13),
• e) Abfüllen des fertigen Gemischs in einen zweiten Be­ hälter durch die Öffnung (13).

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt e) die Schritte des Befestigens einer Tube mit ihrer Abgabeöffnung an der Öffnung (13) des Deckels (11) und des Zusammendrückens des Behälters (1) umfaßt, um das fertige Gemisch in die Tube zu pressen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor Schritt c) der Innenraum des Be­ hälters (1) verkleinert wird, so daß im wesentlichen keine Luft mehr darin vorhanden ist.