DE19859511A1

DE19859511A1 - Emailliertes Rührwerk und Verfahren zu dessen Herstellung und Montage

Info

Publication number: DE19859511A1
Application number: DE19859511A
Authority: DE
Inventors: Juergen Reinemuth
Original assignee: Pfaudler Werke GmbH
Current assignee: Pfaudler GmbH
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-07-06

Abstract

Rührwerk mit einer auf einer Welle angeordneten Rührflügeleinheit (10), welche wenigstens einen sich etwa radial von der Welle nach außen erstreckenden Rührflügel (15) mit einer Schaufel (16) und einem Anschlußteil (17) umfaßt, über das die Schaufel (16) in einem vorbestimmten Anstellwinkel (alpha) mit der Welle kraftschlüssig verbindbar ist, wobei sämtliche Teile des Rührwerks korrosionsbeständig beschichtet, insbesondere emailliert sind. Die Verbindung des wenigstens einen Rührflügels (15) mit der Welle erfolgt über eine auf die Welle aufschrumpfbare Nabe (11, 12) mit wenigstens einem sich radial nach außen erstreckenden Zapfen (13), auf den das mit einer komplementären Aufnahmebohrung (18) versehene Anschlußteil (17) des Rührflügels (15) aufschrumpfbar (Preßsitz) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rührwerk mit einer auf einer Welle angeordneten Rührflügeleinheit, welche wenigstens einen sich etwa radial von der Welle nach außen erstreckenden Rührflügel mit einer Schaufel und einem Anschlußteil umfaßt, über das die Schaufel in einem vorbestimmten Anstellwinkel mit der Welle kraftschlüssig verbindbar ist, wobei sämtliche Teile des Rühr werks mit einem korrosionsbeständigen Material, insbesondere Emaille beschichtet sind, und ein Verfahren zur Herstellung und Montage eines derartigen Rührwerks.

Aus der DE 30 07 718 C2 ist ein Rührwerk mit einer abnehmbaren Rührflügeleinheit bekannt, wobei die Verbindung zwischen Rühr flügeleinheit und Antriebswelle dichtungsfrei sowie ausreichend fest ist, um das notwendige Antriebsdrehmoment übertragen zu können. Dadurch, daß auch die Verbindungsflächen von Welle und Rührflügeleinheit emailliert sind, können selbst beim Auftreten von Leckstellen, die das Eintreten von korrodierenden Flüssig keiten in den Verbindungsbereich ermöglichen, keine Beschädi gungen durch Korrosion auftreten. Diese bekannte Konstruktion hat sich in der Praxis hervorragend bewährt. Nachteilig ist, daß die Rührflügeleinheit einteilig ausgebildet ist mit der Folge, daß der Anstellwinkel der einzelnen Rührflügel herstel lerseitig fest vorgegeben ist, d. h. bei der Montage nicht indi viduell eingestellt werden kann. Diesbezüglich schafft die Kon struktion nach der EP 0 145 370 B1 Abhilfe. Die Rührflügelein heit wird durch separate Rührflügel mit Schaufel und Anschluß zapfen gebildet, die in sich radial erstreckende Bohrungen am unteren bzw. behälterinneren Ende der zugeordneten Antriebs welle einsteckbar sind. Um eine feste Verbindung zwischen An schlußzapfen und Wellenbohrung zu erhalten, sind die miteinan der korrespondierenden Verbindungsflächen geringfügig konisch ausgebildet. Damit soll ein ausreichend fester Preßsitz zwi schen Welle und zugeordnetem Rührflügel erhalten werden.

Bei dieser Art von Befestigung der einzelnen Rührflügel an der Welle ist eine äußerst genaue Bearbeitung der miteinander kor respondierenden Konusflächen erforderlich, um den notwendig fe sten Preßsitz zwischen Rührflügel bzw. dessen Anschlußzapfen und zugeordneter Wellenbohrung zu erhalten. Doch selbst dann besteht die Gefahr, daß sich beim Gebrauch die Rührflügel von der Welle lösen und in den Rührbehälter geschleudert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu letzt erwähnte Konstruktion dahingehend zu verbessern, daß bei verringertem Herstellungsaufwand für die Verbindungsflächen zwischen Antriebswelle und Rührflügel eine erheblich erhöhte Verbindungssicherheit zwischen diesen beiden Teilen erhalten wird, und zwar unter Verwendung von ohnehin vorhandenen Hilfs mitteln für die Montage eines Rührwerks der hier fraglichen Art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 oder alternativ durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruches 2 gelöst, soweit es um das Rühr werk selbst geht. Verfahrenstechnisch bietet sich die Lösung nach Anspruch 5 an.

Kern der vorliegenden Erfindung ist also die Zwischenschaltung einer auf die Antriebswelle aufschrumpfbaren Nabe mit wenig stens einem sich radial nach außen erstreckenden Zapfen oder einer sich radial erstreckenden Bohrung für den Anschluß eines zugeordneten Rührflügels, wobei das Anschlußteil des Rührflü gels jeweils komplementär zu dem Anschlußteil (Zapfen bzw. Boh rung) der Nabe ausgebildet ist. Die Verbindung zwischen Rühr flügel und Nabe ist ebenso wie die Verbindung zwischen Nabe und Welle eine kraftschlüssige Schrumpf- bzw. Preßsitz-Verbindung, wobei die Verbindung zwischen Nabe und Welle in derselben Art erfolgt wie die Verbindung zwischen der Rührflügeleinheit und zugeordneten Welle gemäß der DE 30 07 718 C2. Bei Verwendung einer Nabe mit Anschlußzapfen wird das eine zugeordnete Aufnah mebohrung umfassende Anschlußteil des Rührflügels erwärmt, vor zugsweise induktiv erwärmt, so daß sich der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung vergrößert und der Rührflügel auf den zuge ordneten Zapfen aufschiebbar ist. Die Erwärmung der Aufnahme bohrung wird dann natürlich beendet, so daß ein Temperaturaus gleich zwischen Rührflügel und Nabe bzw. dessen Anschlußzapfen erfolgt mit dem Ergebnis, daß die gewünschte kraftschlüssige Schrumpfverbindung zwischen Nabe und Rührflügel entsteht.

Wenn alternativ eine Nabe mit sich radial erstreckender Aufnah mebohrung verwendet wird, wird das einen zugeordneten Zapfen umfaßende Anschlußteil des Rührflügels gekühlt, so daß der Au ßendurchmesser des Zapfens reduziert wird und in die Aufnahme bohrung der Nabe einführbar ist. Nach Temperaturausgleich ent steht wiederum die gewünschte kraftschlüssige Schrumpfverbin dung zwischen Nabe und Rührflügel.

Die erfindungsgemäße Konstruktion hat den großen Vorteil, daß das behälterinnere Ende der Antriebswelle bei weitem nicht so kompliziert ausgebildet werden muß wie bei der Konstruktion nach der EP 0 145 370 B1. Das behälterinnere Wellenende ist ebenso schlank ausgebildet wie die gesamte Antriebswelle. In herkömmlicher Weise wird die Verbindungsnabe für die einzelnen Rührflügel aufgeschrumpft.

Die erfindungsgemäße Konstruktion und das erfindungsgemäße Ver fahren eignen sich auch besonders gut für die Anordnung von zwei oder drei Reihen von Rührflügeln; denn auch dafür ist es nicht erforderlich, das behälterinnere Ende der Antriebswelle gesondert auszubilden. Es müssen dann nur zwei oder drei Rühr flügel-Naben auf die Welle aufgeschrumpft werden. Im übrigen zeichnet sich die erfindungsgemäße Konstruktion auch dadurch aus, daß die Verbindung zwischen Nabe und Welle einerseits so wie zwischen Nabe und Rührflügel andererseits ausreichend stark ist, um die notwendigen Antriebsdrehmomente zu übertragen, ohne daß die Gefahr einer Loslösung der vorgenannten Verbindungen besteht. Diese Verbindungen sind seit der Offenbarung der Lehre gemäß der DE 30 07 718 C2 beherrschbar.

Die Schrumpf-Verbindungsabschnitte von Welle und Nabe einer seits sowie Nabe und Rührflügel andererseits sind vorzugsweise jeweils zylindrisch ausgebildet. Damit läßt sich der Ferti gungsaufwand für die Verbindungsflächen auf ein Minimum redu zieren. Vor allem eignet sich diese Ausführungsform für email lierte Flächen.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Rührwerks anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Rührflügeleinheit zur Aufschrumpfung auf das behälterinnere Ende einer nicht dargestellten Antriebswelle für einen Reakti onsbehälter in perspektivischer Ansicht, z. T. in Ex plosionsdarstellung;

Fig. 2 einen Teil der Rührflügeleinheit in Seitenansicht und teilweise im Schnitt;

Fig. 3 die Rührflügeleinheit gemäß Fig. 1 in Seitenansicht in Richtung eines Rührflügels; und

Fig. 4 einen Teil der Rührflügeleinheit gemäß Fig. 1, näm lich die Rührflügel-Nabe in Draufsicht und teilweise im Schnitt.

Fig. 1 zeigt eine Rührflügeleinheit zur Aufschrumpfung auf eine nicht dargestellte Antriebswelle eines Rührwerks für einen emaillierten Reaktionsbehälter in perspektivischer Ansicht. Diese Rührflügeleinheit, die mit der Bezugsziffer 10 gekenn zeichnet ist, umfaßt im dargestellten Fall zwei auf die er wähnte Antriebswelle aufschrumpfbare Naben 11, 12 mit jeweils zwei sich radial nach außen erstreckenden Zapfen 13, die rela tiv zur Naben-Mittelachse diametral angeordnet sind. Entspre chend Fig. 2 und 4 sind die Zapfen 13 am Außenumfang der Naben 11, 12 angeschweißt. Die Schweißnaht ist in Fig. 2 und Fig. 4 mit der Bezugsziffer 14 gekennzeichnet. Die Naben 11, 12 samt Zapfen 13 sind jeweils emailliert. Des weiteren umfaßt die Rührflügeleinheit 10 Rührflügel 15 mit jeweils einer Schaufel 16 und einem Anschlußteil 17, welches topfartig ausgebildet und eine Aufnahmebohrung 18 für die Nabenzapfen 13 aufweist. Die Rührflügel 15 sind auf die Zapfen 13 aufsteckbar derart, daß die Schaufel 16 einen vorbestimmten Anstellwinkel α (Fig. 1) einnimmt. Auch die Rührflügel 15 sind allseitig emailliert, und zwar einschließlich der Zapfen-Aufnahmebohrung 18. Die Rührflü gel 15 sind unter Ausbildung eines Preßsitzes auf die Zapfen 13 aufschrumpfbar. Zu diesem Zweck wird das Anschlußteil 17 vor dem Aufstecken auf den zugeordneten Zapfen 13 erwärmt, z. B. mittels einer sich um das Anschlußteil 17 herum erstreckenden Induktionsspule 19. Vorzugsweise erfolgt eine Erwärmung auf etwa 180°C. Dadurch vergrößert sich der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 18 ausreichend, um den Zapfen 13 problemlos in die Aufnahmebohrung 18 einführen zu können. Anschließend wird die Erwärmung des Anschlußteils 17 beendet. Nach Temperaturan gleichung von Anschlußteil 17 und Zapfen 13 wird zwischen der Aufnahmebohrung 18 und dem Zapfen 13 ein Preßsitz bzw. Schrumpfsitz gebildet, der einen sicheren Halt des Rührflügels 15 an der jeweils zugeordneten Nabe 11 bzw. 12 garantiert. Zum Zwecke einer Demontage wird das Anschlußteil in der vorbe schriebenen Weise wieder erwärmt, so daß sich die Aufnahmeboh rung 18 erweitert. Dann kann der Rührflügel 15 vom zugeordneten Zapfen 13 abgezogen werden. Die vorgenannte Montage und Demon tage läßt auch erkennen, daß der Rührflügel hinsichtlich seines Anstellwinkels α individuell am Montageort eingestellt werden kann. Dabei haben die unterschiedlichen Einstellungen folgende Wirkung:

- Anstellwinkel α = 0° (horizontale Flügelstellung):
In dieser Stellung besteht theoretisch kein Rühreffekt; real wird jedoch eine sehr geringe axiale und radiale Strömung durch die Rührflügeleinheit 10 erzeugt, die in der Praxis jedoch kaum eine Bedeutung hat.
- Anstellwinkel α = 10°-30°:
Hier kommt es zum Aufbau einer Axialströmung. Die Scher wirkung der Rührflügel ist relativ gering. Diese Einstel lung wird vorzugsweise zur Bearbeitung von Suspensionen gewählt. Die Leistungskennzahl der Rührflügeleinheit ist bei dieser Einstellung relativ gering. Dementsprechend ge ring ist auch die Wellenleistung. Der Störgrad ist nied rig. Bei der Bearbeitung ist nur ein geringer Störgrad er forderlich, da ausreichend Axialströmung erzeugt wird.
- Anstellwinkel α = 45°:
Die Rührflügeleinheit zeichnet sich durch eine mittlere Scherwirkung aus. Es wird eine Axial- und Radialströmung erzeugt. Der Wärmeaustausch des zu bearbeitenden Mediums ist gut.
- Anstellwinkel α = 45°-80°:
Bei diesem Anstellwinkel überwiegt die Radialströmung. Bei steigendem Anstellwinkel wird die Axialströmung geringer. Man erhält hohe Scherwirkungen. Der Leistungseingang ist höher als bei einem Anstellwinkel α, der kleiner als 45° ist. Diese Rührflügel-Einstellung eignet sich für Be gasungsvorgänge, eine Homogenisierung des zu bearbeitenden Mediums, für die Bearbeitung von Suspensionen sowie dann, wenn ein hoher Wärmeübergang angestrebt wird.
- Anstellwinkel α = 90° (vertikale Flügelstellung):
Hier erhält man die höchste Scherwirkung bei keiner oder nur geringer Axialströmung sowie starker Radialströmung. Es ist ein hoher Störgrad erforderlich, um einen Teil der Radialströmung in eine Axialströmung umzuleiten. Für die Bearbeitung von Suspensionen ist dieser Anstellwinkel nicht geeignet.

Besonders vorteilhaft ist bei der beschriebenen Ausführungs form, daß sie auf bestehende Antriebswellen nachgerüstet werden kann.

Die zylindrischen Preßsitz- bzw. Schrumpfflächen bei der erfin dungsgemäßen Konstruktion sind herstellungstechnisch erheblich unproblematischer als konische Flächen, insbesondere hinsicht lich der geforderten Dichtigkeit der Verbindungsflächen.

Die Rührflügeleinheit gemäß Fig. 1 umfaßt vier gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Rührflügel 15, wobei zu diesem Zweck die beiden Naben 11, 12 hinsichtlich der Orientierung ih rer Zapfen 13 um 90° relativ zueinander verdreht angeordnet sind.

Verfahrenstechnisch wird wie folgt vorgegangen:

1. Im nichtverbunden Zustand von Welle, Nabe und Rührflügel werden die gesamte Oberfläche der Welle und die gesamte Oberfläche der Rührflügeleinheit, d. h. Nabe und Rührflügel einschließlich deren Zapfen und Bohrungen emailliert.
2. Nach der Emaillierung wird die Wellen-Aufnahmebohrung 20 in der Nabe 11 bzw. 12 ebenso geschliffen wie der zugeord nete Umfang der Antriebswelle.
3. Dann wird in den Innenraum der Welle ein Kühlmittel zur Reduzierung des Außendurchmessers derselben eingebracht, um die Nabe 11 bzw. 12 über die Welle schieben zu können, wobei nach Beendigung der Kühlmittelzufuhr und Temperatur ausgleich die kraftschlüssige Verbindung zwischen Welle und Nabe entsteht.
4. Vorher oder vorzugsweise anschließend wird bei Verwendung einer Nabe mit sich radial nach außen erstreckenden Zapfen das eine zugeordnete Aufnahmebohrung 18 umfassende An schlußteil 17 des Rührflügels 15 erwärmt, so daß sich der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 18 vergrößert und der Rührflügel 15 auf den zugeordneten Zapfen der Nabe 11 bzw. 12 aufschiebbar ist, wobei dann nach Temperaturausgleich die kraftschlüssige Verbindung zwischen Nabe 11 bzw. 12 und Rührflügel 15 entsteht. Beim Aufstecken der Rührflügel 15 auf die zugeordneten Zapfen 13 muß natürlich darauf ge achtet werden, daß der vorbestimmte Anstellwinkel α der Schaufeln 16 der Rührflügel 15 eingehalten wird.

Oben ist erwähnt, daß die Nabe alternativ auch sich radial er streckende Aufnahmebohrungen aufweisen kann, in die an den Rührflügeln 15 angeordnete Zapfen einsteckbar sind, die das An schlußteil der Rührflügel 15 definieren. Bei Verwendung einer derartigen Nabe werden die Anschlußzapfen der Rührflügel 15 vorzugsweise gekühlt, z. B. durch Eintauchen in flüssige Luft, so daß der Außendurchmesser der Zapfen reduziert wird und in die Aufnahmebohrung der Nabe einführbar ist. Nach Temperatur ausgleich entsteht dann wieder die gewünschte kraftschlüssige Preßsitz-Verbindung zwischen Nabe und Rührflügel. Auch in die sem Fall werden vorzugsweise zylindrische Verbindungsflächen gewählt.

Vor der Preßsitz-Bildung zwische Nabe und Rührflügel werden die Verbindungsflächen selbstverständlich ebenfalls wieder bearbei tet, d. h. auf Preßsitz-Toleranz geschliffen.

Bei der Demontage eines Rührflügels von der Nabe wird ähnlich vorgegangen. Der zu demontierende Rührflügel wird lokal ge kühlt, so daß der Durchmesser des zugeordneten Zapfens sich ausreichend reduziert. Dann kann der Rührflügel aus der Aufnah mebohrung der Nabe herausgezogen und durch einen neuen Rührflü gel ersetzt werden.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß das topfartige Anschlußteil 17 der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 4 vor der Montage in eine Induktionsspule getaucht und auf ca. 130°C erwärmt wird. Diese Temperaturerhöhung genügt, um die Aufnahmebohrung 18 des jedem Rührflügel 15 zugeordneten Anschlußteils 17 aus reichend aufzuweiten, so daß der Rührflügel auf den zugeordne ten Zapfen 13 der Nabe 11 bzw. 12 aufgeschoben werden kann. Der Demontagevorgang erfolgt entsprechend.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale wer den als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Bezugszeichenliste

10

Rührflügeleinheit

11

Nabe

12

Nabe

13

Zapfen

14

Schweißnaht

15

Rührflügel

16

Schaufel

17

Anschlußteil

18

Aufnahmebohrung

19

Induktionsspule

20

Nabenbohrung
α Anstellwinkel

Claims

1. Rührwerk mit einer auf einer Welle angeordneten Rührflü geleinheit (10), welche wenigstens einen sich etwa radial von der Welle nach außen erstreckenden Rührflügel (15) mit einer Schaufel (16) und einem Anschlußteil (17) umfaßt, über das die Schaufel (16) in einem vorbestimmten Anstell winkel (α) mit der Welle kraftschlüssig verbindbar ist, wobei sämtliche Teile des Rührwerks mit einem korrosions beständigen Material, insbesondere Emaille beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des wenigstens einen Rührflügels (15) mit der Welle über eine auf die Welle aufschrumpfbare Nabe (11, 12) mit wenigstens einem sich radial nach außen er streckenden Zapfen (13) erfolgt, auf den das mit einer komplementären Aufnahmebohrung (18) versehene Anschlußteil (17) des Rührflügels (15) aufschrumpfbar (Preßsitz) ist.

2. Rührwerk nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des wenigstens einen Rührflügels (15) mit der Welle über eine auf die Welle aufschrumpfbare Nabe (11, 12) mit wenigstens einer sich radial erstreckenden Bohrung erfolgt, in die das einen komplementären Zapfen umfassende Anschlußteil des Rührflügels (15) einschrumpf bar (Preßsitz) ist.

3. Rührwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrumpf-Verbindungsabschnitte von Welle und Nabe (11, 12) einerseits sowie Nabe (11, 12) und Rührflügel (15) an dererseits jeweils zylindrisch ausgebildet sind.

4. Rührwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Reihe mit wenigstens drei, insbesondere vier gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Rührflügel (15) aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung und Montage eines Rührwerks be stehend aus einer Welle und einer mit dieser kraftschlüs sig oder lösbar verbundenen Rührflügeleinheit (10), die wenigstens einen im montierten Zustand sich radial von der Welle nach außen erstreckenden Rührflügel (15) mit einer Schaufel (16) und einem Anschlußteil (17) umfaßt, über das die Schaufel (16) in einem vorbestimmten Anstellwinkel (α) mit der Welle kraftschlüssig verbindbar ist, wobei die Verbindung des wenigstens einen Rührflügels (15) mit der Welle über eine auf diese aufschrumpfbare Nabe (11, 12) mit wenigstens einem sich radial nach außen erstreckenden Zapfen (13) oder wenigstens einer sich radial erstrecken den Bohrung erfolgt, auf den bzw. in die das Anschlußteil (17) des wenigstens einen Rührflügels (15) auf- bzw. ein geschrumpft wird, wobei zu diesem Zweck

a) im nichtverbundenen Zustand von Welle, Nabe (11, 12) und Rührflügel (15) die gesamte Oberfläche der Welle und die gesamte Oberfläche der Rührflügeleinheit (10), d. h. Nabe (11, 12) und Rührflügel (15) ein schließlich deren Zapfen (13) oder Bohrungen (18) emailliert werden,
b) der Außendurchmesser der Welle im Bereich des An schlusses der Nabe (11, 12) und der Innendurchmesser der zugeordneten Nabenbohrung (20) ebenso wie die miteinander korrespondierenden Sitzflächen von Nabe (11, 12) und Rührflügel (15) bzw. dessen Anschlußteil (17) zur Ermöglichung eines Preßsitzes bearbeitet werden,
c) in den Innenraum der Welle ein Kühlmittel zur Redu zierung des Außendurchmessers derselben eingebracht wird, um die Nabe (11, 12) über die Welle schieben zu können, wobei nach Beendigung der Kühlmittelzufuhr und Temperaturausgleich die kraftschlüssige Verbin dung zwischen Welle und Nabe (11, 12) entsteht, und wobei vorher oder vorzugsweise anschließend
d) bei Verwendung. einer Nabe (11, 12) mit sich radial nach außen erstreckenden Zapfen (13) das eine zuge ordnete Aufnahmebohrung (18) umfassende Anschlußteil (17) des Rührflügels (15) erwärmt wird, so daß sich der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung (18) des An schlußteils (17) vergrößert und der Rührflügel (15) mit seinem Anschlußteil (17) auf den zugeordneten Zapfen (13) der Nabe (11, 12) aufschiebbar ist, wobei dann nach Temperaturausgleich die kraftschlüssige Verbindung zwischen Nabe und Rührflügel entsteht, oder alternativ
e) bei Verwendung einer Nabe (11, 12) mit wenigstens ei ner sich radial erstreckenden Aufnahmebohrung das einen zugeordneten Zapfen umfassende Anschlußteil des Rührflügels gekühlt wird, so daß sich der Außendurch messer des Zapfens reduziert und dieser in die Auf nahmebohrung der Nabe (11, 12) einführbar ist, wobei dann nach Temperaturausgleich die kraftschlüssige Verbindung zwischen Nabe (11, 12) und Rührflügel (15) entsteht.