DE202004013715U1

DE202004013715U1 - Antriebsvorrichtung für einen Rührer

Info

Publication number: DE202004013715U1
Application number: DE202004013715U
Authority: DE
Original assignee: APV Rosista GmbH
Current assignee: Streich Peter De
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2014-09-03

Abstract

Antriebsvorrichtung für einen Rührer, der in einem Behälter zum Rühren und Mischen von Fluiden durch induktive Antriebsmittel in vorbestimmbarer Richtung drehbar ist, mit einer Flügeleinheit, die mehrere an ihrer äußeren Oberfläche angebrachte und sich radial erstreckende Rührblätter sowie ein Lagerelement zum drehbaren Befestigen des Rührers an einer inneren Behälterwandung aufweist, mit einer im Behälter vorzugsweise nach innen gerichteten Vertiefung und / oder Erhebung mit einer Lagerachse zur Aufnahme des Rührers, sowie Durchtrittskanälen zur gezielten Führung eines Reinigungsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügeleinheit (14) einen äußeren Radialkörper (24) zur Aufnahme einer Anzahl von Permanentmagneten (12) aufweist und an diesem Radialkörper (24) der untere Teil hochgestreckter Rührblätter (26) befestigt ist und die Flügeleinheit (14) nach innen gerichtete Stege (28) zur Halterung des eigentlichen Lagerelements aufnimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung für einen Rührer, der in einem Behälter zum Rühren und Mischen von Fluiden durch induktive Antriebsmittel in vorbestimmbarer Richtung drehbar ist, mit einer Flügeleinheit, die mehrere an ihrer äußeren Oberfläche angebrachte und sich radial erstreckende Rührblätter sowie ein Lagerelement zum drehbaren Befestigen des Rührers an einer inneren Behälterwand aufweist.
Beispielsweise in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie werden magnetgekuppelte Mixer zum Vermischen von verschiedenen Produkten eingesetzt. Hierbei ist es unter anderem neben der Vermischung die Aufgabe eines solchen Mixers, die in dem Behälter eingebrachten Produkte vorzugsweise kontinuierlich oder in vorbestimmbaren Abständen umzurühren, um eine Abklärung, Sedimentation oder anderweitige Veränderung des Produktes und dessen Inhaltsstoffe auszuschließen. In diesen Fällen hat der Einsatz von magnetgetriebenen Rührwerken den Vorteil, dass die Rotation des Rühres ohne mechanische Kopplung mit der eigentlichen Antriebswelle des Antriebsmotors realisiert werden kann, also der Rührer in dem Behälter und der Antriebsmotor außerhalb und jederzeit frei zugänglich angeordnet sein kann. Eine solche Ausgestaltung verhindert überdies die sonst übliche Gefahr von Undichtigkeiten und dergleichen in den Anbindungs- und Durchgangsbereichen von Antriebsmitteln und Lagerteilen. Dies ist insbesondere bei toxischen oder sterilen Produkten von besonderem Vorteil. Solche vorgenannten Rührwerke zur Rührbewegung in einem Behälter mittels einer magnetischen Kupplung zwischen einer außenliegenden Antriebeinheit und einem vollständig getrennten inneren Rührer sind beispielsweise aus der US – PS 4 209 259 und der DE 195 44 529 C2 bekannt. Dabei sind die Lager des Rührers bzw. des Flügelrades mittels eines Klebers oder einer bekannten Schrumpfverbindung in einer Aufnahmebohrung eingesetzt und gehalten. Diese bekannten Befestigungstechniken erfüllen die üblichen sterilen und/oder aseptischen Anforderungen in den geschilderten Einsatzgebieten. Die feste Verbindung des Lagers mit dem Flügelrad hat allerdings zum Nachteil, dass bei einer Beschädigung des Lagers gelegentlich der Montage oder einem nach längerer Laufzeit auftretenden Verschleiß der jeweilige Anwender keinen selbstständigen Austausch eines solchen Lagers vornehmen kann und entsprechend hohe Kosten durch Ersatzteillagerung eines kompletten Flügelrades oder entsprechend lange Ausfallzeiten bei der Ersatzbeschaffung in Kauf nehmen muss.
Es sind ferner eine Reihe von Möglichkeiten und Techniken zur Vermischung von Gasen mit Flüssigkeiten bekannt. Ein diesbezüglicher Grundtyp zum Vermischen von Gasen und Flüssigkeiten ist beispielsweise der so genannte Turbo-Lüfter. Bei dieser aus der DE 43 07 925 A1 bekannten Ausgestaltung ist der Antriebsmotor an einem Lagergehäuse angeflanscht. Ein Leitrohr des Belüfters weist eine erste Öffnung oberhalb des Flüssigkeitsspiegels auf. Dieses Leitrohr mündet innerhalb der Flüssigkeit mit seiner Öffnung kurz über einem als Axialströmer ausgebildeten Rührorgan. Der Zwischenraum zwischen dem Leitrohr und dem Rührorgan legt in Bezug auf die Durchmesserdifferenz die Gasmenge fest, die eingezogen bzw. eingespeist werden kann. Die inneren Rührblätter sind von einem mitrotierenden Ring umgeben, wobei dessen Außenseite ebenfalls in Axialrichtung fördernde weitere Axialblätter aufweist.
Mit dieser Belüftungsvorrichtung, die sich zur Gewässerbelüftung, für Abwasseranlagen, aber auch für Hochdruckreaktoren eignet, lässt sich der Gaseintrag bei optimaler Gasblasenverteilung wesentlich steigern. Allerdings ist diese Ausgestaltung für den Einsatzbereich der vorliegenden Erfindung nicht geeignet, zumal auch die vorbeschriebene Ausführungsvariante eines Turbo – Belüfters die Neigung zur Überflutung aufweist, sobald die eingetragene Gasmenge zu groß wird. Ein weiterer Nachteil ist das zusätzliche axiale Rührorgan und die lange Antriebswelle, die das Gesamtgewicht wesentlich erhöht, wodurch die kritische Drehzahl erheblich geringer wird und das gesamte System zu Vibrationen neigt, also für die bei der vorliegenden Erfindung angestrebten hohen Drehzahlen bei einer reinen Flüssigkeitsvermischung ohne Gaseinbringung als ungeeignet erscheint.
Ein weiterer Gesichtspunkt ist neben dem schnellen, sicheren und sensitiven Mischen auch das sterile Reinigen der kompletten Antriebsvorrichtung. Diese muss unter den vorgegebenen Bedingungen ohne manuellen Eingriff voll CIP reinigbar und SIP sterilisierbar sein.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe und eine geeignete Antriebsvorrichtung für Mixer zum Mischen von Flüssigkeiten zu schaffen, mit welcher die geschilderten Nachteile vermieden werden können und ein einfaches, schnelles und sicheres Reinigen unter Erfüllung der vorbeschriebenen sterilen und aseptischen Anforderungen an die Reinigbarkeit (CIP und SIP) sowie auch ein schneller Austausch von Lagerteilen der Flügeleinheit unmittelbar vor Ort gewährleistet ist.
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun bei einer Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Flügeleinheit einen äußeren Radialkörper zur Aufnahme einer Anzahl von Permanentmagneten aufweist und an diesem Radialkörper der untere Teil hochgestreckter Rührblätter befestigt ist und die Flügeleinheit nach innen gerichtete Stege zur Halterung des eigentlichen Lagerelementes aufnimmt.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist unter anderem vorgesehen, dass das Lagerelement des Rührers mindestens einen inneren Lagerring aufweist, der mit der Flügeleinheit mittels eines Gewindeteils austauschbar verbunden ist.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Mit dieser erfindungsgemäßen Ausbildung sind eine gleichmäßige Verteilung von Reinigungmedien und deren sichere Umströmung in den erforderlichen Reinigungsbereichen gewährleistet. Ferner ist ein sofortiger Austausch defekter Lagerelemente ohne nennenswerte Ausfallzeiten bzw. Betriebsunterbrechungen sichergestellt.
Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 einen typischen Einsatz der Antriebsvorrichtung in einem Rührbehälter,
2 eine bekannte Ausbildung einer Antriebsvorrichtung,
3 die eigentliche Lagerausgestaltung im Querschnitt,
4 eine Variante zu 3 mit einem ersten und einem zweiten Lagerring,
5 eine erfindungsgemäße Ausbildung des Rührers mit Rührblättern,
6 eine typische Einbaulage der Antriebsvorrichtung in einem Behälter und
7 eine vereinfachte Draufsicht auf die Flügeleinheit.
Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebsvorrichtung 1 in einem vereinfacht dargestellten Mischbehälter 2 in dessen Bodenbereich 3 angeordnet. Der Mischbehälter ist beispielsweise zum Einsatz in einer großtechnischen Anlage vorgesehen und kann mit nicht weiter dargestellten Zu- und Ableitungen verbunden sein oder auch als Einzelbehälter Verwendung finden.
Die Lager- und Antriebselemente einer Antriebsvorrichtung mit einer bekannten Ausgestaltung einer Flügeleinheit sind beispielsweise in 2 dargestellt und umfassen einen nach innen gerichteten zylindrischen Dom 4, der vorzugsweise im Bodenbereich 3 des Mischbehälters eingeschweißt sein kann, so dass keinerlei nach außen führende Öffnungen oder dergleichen vorhanden sind. Zentrisch zum Dom 4 ist auf dessen äußerer Stirnseite eine Lagerachse 5 angeordnet, auf welcher der Rührer 6 mittels seines Lagerringes 7 drehbar gelagert ist.
Der Rührer 6 ist mit einer Mehrzahl sich radial erstreckender Rührblätter 8 und einem zentralen Hebering 9 ausgestattet. Ferner weist der Rührer 6 einen peripheren und haubenartigen Abschnitt 10 auf, der den zylindrischen Außenmantel 11 des Doms 4 umschließt und eine Anzahl von Permanentmagneten 12 trägt, die ihrerseits mit einer entsprechenden Anzahl von weiteren Permanentmagneten, die sich in einem Rotor der im Inneren des Doms 4 angeordneten äußeren Antriebsachse befinden, induktiv in Verbindung stehen. Der innenliegende Rotor ist durch einen Motor 13 antreibbar, wodurch aufgrund der zueinander in Wirkungsverbindung stehenden Magnete ein entsprechender Antrieb auch des völlig davon getrennten Rührers 6 erfolgt. Die Antriebsdrehzahl des Motors ist selbstverständlich allen Bedürfnissen entsprechend anpassbar und einregelbar.
Gemäß der weiteren Darstellung in 3 weist das Lagerelement des Rührers 6 mindestens einen inneren Lagerring 7 auf, der unmittelbar auf der Lagerachse 5 gelagert ist. In der mit dem Lagerring 7 korrespondierenden Flügeleinheit 14 ist zusätzlich ein Gewindering 15 mit einem nicht weiter dargestellten Innengewinde vorzugsweise eingeklebt und/oder eingeschrumpft, welches das Außengewinde des Lagerringes 7 entsprechend aufnimmt und damit den Lagerring fixiert.
Nach dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Lagerelement des Rührers 6 aus einem ersten inneren Lagerring 16 mit Außengewinde und einem zweiten Lagerring 17, der als eine in der Flügeleinheit 14 eingeschrumpfte Buchse mit einem zusätzlichen Gewindeteil 18 zur Aufnahme des inneren Lagerringes 16 ausgeführt ist. Dieser innere Lagerring 16 weist mindestens einen Passungssitz 19 oder 20, vorzugsweise aber einen unteren und oberen Passungssitz 19 und 20 auf. Zusätzlich ist ein unterer metallischer Anschlag 21 vorgesehen. Ferner weisen die jeweiligen Endbereiche der gewindeseitigen Lagerstellen je eine sterile Abdichtung 22 zur zusätzlichen Absicherung auf. Das Lagerelement bzw. dessen Lagerteile können je nach den gestellten Anforderungen oder den zu verarbeitenden Produkten als Hartmetall- und/oder Keramiklager oder auch als Kunststofflager oder aus einer geeigneten Kombination dieser Materialien ausgeführt sein. Zur Ausnutzung einer möglichen Schmierfähigkeit der anfallenden Produkte können die Lagerachse 5 oder der Lagerring 7,16 mit entsprechenden flüssigkeitsführenden Kanälen 23 ausgestattet sein, die ein Umspülen der Lagerstellen zulassen. Der Mischbehälter 2 sowie die Elemente des Rührers 6 sind zweckmäßig aus nichtrostendem Material erstellt.
In den 5 bis 7 ist die erfindungsgemäße Flügeleinheit 14' als Ausführungsbeispiel gegenüber der bekannten Flügeleinheit 14 gemäß 2 dargestellt. Demnach besitzt die Flügeleinheit 14' einen äußeren Radialkörper 24, der in seinem Inneren mehrere Permanentmagnete 12 aufweist, die in der vorbeschriebenen Weise mit denen des Rotors im Dom 4 zusammenwirken. Zusätzlich sind an dem Mantel dieses Radialkörpers 24 die unteren Teile 25 der sich nach oben erstreckenden Rührblätter 26 angebracht. Diese verlaufen im oberen oder einem bestimmten Teilbereich unter einem vorbestimmbaren Winkel zum Zentrum des Rührers 6. Dieser Winkel und die Form der Radialrührblätter 26 sowie deren Anstellwinkel sind beliebig der jeweiligen Aufgabenstellung entsprechend anpassbar. Von dem inneren oder oberen Bereich 27 des Radialkörpers 24 verlaufen Stege 28 zum eigentlichen Lagerelement 29, welches in seinen Einzelheiten konstruktiv gemäß der vorausgegangenen Beschreibung zu den 3 und 4 aufgebaut und gestaltet ist.
Es ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass mindestens ein oder zwei, vorzugsweise vier Stege 28 vorgesehen sind, wobei diese vier kreuzförmig angeordnet sein können. Die Form und Ausgestaltung der Stege 28 ist für bestimmte strömungsleitende Aufgaben, also für horizontale, abwärts, aufwärts oder auch turbulenzerzeugende Strömungen bestimmt. Vorzugsweise ist die Flügeleinheit 14 mit den Stegen 28 und den äußeren Rührblättern 26 als achtfach Propeller ausgeführt, wobei diese symmetrisch zueinander angeordnet. Ferner können die Stege 28 und Rührblätter 26 als jeweils einander gegengerichtete Strömungen bewirkende Strömungselemente ausgestaltet sein. Auch können mindestens die Stege 28 zur besseren Umspülung des Lagerbereichs entgegen der Drehrichtung der Flügeleinheit 14 teilkreisförmig und eine Turbulenz erzeugend ausgeführt sein. Schließlich kann der Tip-Chord Winkel der Rührblätter 26 der Aufgabenstellung entsprechend angepasst werden. Teile der Rührblätter können auch direkt oder indirekt als Stege 28 zur Verbindung zwischen den Lagerelementen und dem Radialkörper (24) ausgebildet sein.
Die Stege 28 erfüllen im Wesentlichen auch eine Pumpwirkung im Zentrumsbereich der Flügeleinheit 14 und dem Lagerelement. Demzufolge werden insbesondere bei dem Reinigungs- und Sterilisationsprozess die Reinigungsmedien in den Innenraum der Flügeleinheit 14, das Innenlager, auf die Innenseite des Behälterbodens sowie die Unter- und Rückseite der Flügeleinheit geleitet.

Claims

Antriebsvorrichtung für einen Rührer, der in einem Behälter zum Rühren und Mischen von Fluiden durch induktive Antriebsmittel in vorbestimmbarer Richtung drehbar ist, mit einer Flügeleinheit, die mehrere an ihrer äußeren Oberfläche angebrachte und sich radial erstreckende Rührblätter sowie ein Lagerelement zum drehbaren Befestigen des Rührers an einer inneren Behälterwandung aufweist, mit einer im Behälter vorzugsweise nach innen gerichteten Vertiefung und / oder Erhebung mit einer Lagerachse zur Aufnahme des Rührers, sowie Durchtrittskanälen zur gezielten Führung eines Reinigungsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügeleinheit (14) einen äußeren Radialkörper (24) zur Aufnahme einer Anzahl von Permanentmagneten (12) aufweist und an diesem Radialkörper (24) der untere Teil hochgestreckter Rührblätter (26) befestigt ist und die Flügeleinheit (14) nach innen gerichtete Stege (28) zur Halterung des eigentlichen Lagerelements aufnimmt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührblätter (26) den äußeren Radialkörper (24) und die Stege (28) zur Halterung des eigentlichen Lagerelements aufnimmt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steg (28) als Verbindungselement zwischen dem Lagerelement und der Flügeleinheit (14) vorgesehen ist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass kreuzförmig angeordnete innere Stege (28) als Verbindungselemente vorgesehen sind.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (28) als abwärts und/oder horizontal wirkende Strömungselemente ausgeführt sind.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (28) als aufwärts wirkende Strömungselemente ausgeführt sind.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (28) als turbulenzerzeugende Strömungselemente ausgeführt sind.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (28) gegenüber den äußeren Rührblattern (26) zueinander versetzt angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügeleinheit (14) mit den Stegen (28) und äußeren Rührblättern (26) als achtfach Propeller ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (28) und äußeren Rührblätter (26) symmetrisch zueinander angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (28) und äußeren Rührblätter (26) als jeweils einander gegengerichtete Strömungen bewirkende Strömungselemente ausgebildet sind.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Stege (28) mindestens teilweise als Rührelemente ausgebildet sind.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Stege (28) zur besseren Umspülung des Lagerbereichs entgegen der Drehrichtung der Flügeleinheit (14) teilkreisförmig und/oder gebogen und eine Turbulenz erzeugend ausgebildet sind.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Tip-Chord Winkel der Rührblätter (26) verstellbar ist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen mit einer Lagerachse zur Aufnahme des Rührers, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement des Rührers (6) mindestens einen inneren Lagerring (7,16) aufweist, der mit der Flügeleinheit (14) mittels eines Gewindeteils (15) austauschbar verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement des Rührers (6) einen ersten inneren Lagerring (7,16) aufweist, der mit einem zweiten Lagerring (17) verschraubbar ist und dieser zweite Lagerring (17) als eine in der Flügeleinheit (14) eingeschrumpfte und/oder eingeklebte Buchse mit einem Gewindeteil (18) ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Lagerring (7,16) mindestens einen Passungssitz (19,20) mit einem metallischen Anschlag (21) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (7,16) einen unteren und oberen Passungssitz (19,20) mit mindestens einem metallischen Anschlag (21) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere und obere sterile Abdichtung (22) zwischen dem Lagerring und der Flügeleinheit (14) vorgesehen ist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement als Hartmetalllager ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement als Keramiklager ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement als Kunststofflager ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement aus einer Kombination der in den Ansprüchen 19 bis 21 angeführten Materialien gebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in dem Mantel des ruhenden Lagerteils ein flüssigkeitsführender Kanal (23) vorgesehen ist.