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Aus der USA.-Patentschrift 1 971 557 ist bereits ein Rührwerk der
eingangs genannten Art bekannt, das vorzugsweise für Milch, Sahne u. dgl. vorgesehen
ist und einen hygienischen Wärmeaustauscher aufweist, der im Behälter exzentrisch
angeordnet ist, mit minimaler Bewegung des Inhalts umläuft und aus zwei einander
mit den Konkavseiten gegenüberliegenden Hohlschaufeln besteht, die über radiale
Rohrarme starr an eine Hohlwelle angeschlossen und mit dieser drehbar sind. Im Profil
haben die Schaufeln
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die Gestalt eines nach Art einer Halbspirale deformierten Halbkreises,
wobei eine radial kürzere Seite der einen Schaufel jeweils der radial längeren Seite
der anderen Schaufel gegenübersteht. Die Wandungen der Hohlschaufeln können glatt,
gewellt oder auf andere Weise profiliert sein, um eine maximale Wärmeaustauschfiäche
zu erhalten, wobei aber der Durchfluß des Mediums behindert wird. Letzterer erfolgt
durch die in Reihe bzw. hintereinander angeordneten beiden Hohlschaufeln hindurch;
Zu- und Ableitung befinden sich am Kopf der Hohlwelle. Die starren Trommelflügel
sollen in der Behälterflüssigkeit enthaltenes Gas, beispielsweise Luft, durch eine
Knetbewegung herausquetschen und zugleich dem Inhalt eine schonende Umlaufbewegung
erteilen. Die Rührwirkung der Flügel ist jedoch gering, da praktisch keine axiale
Strömungskomponente auftritt.
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Das Wänneaustauschmedium durchfließt nacheinander beide Hohlschaufeln,
was einen verhältnismäßig niedrigen Wärmewirkungsgrad bedingt, aber auch mit einem
relativ hohen Strömungswiderstand verbunden ist. Insbesondere die Innenreinigung
der Hohlschaufeln ist schwierig, bei nicht glattem Profil auch die Außenreinigung.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, diese und weitere Nachteile des Standes
der Technik zu vermeiden und mit einfachen Mitteln eine betriebszuverlässige Rührvorrichtung
zu schaffen, die sowohl eine gründliche, gleichmäßige Durchmischung eines Behälterinhalts
als auch dessen Temperatursteuerung auf wirtschaftliche Weise ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Rührwerk der eingangs angegebenen
Art nach der Erfindung vorgesehen, daß die Rührelemente als Hohlkörper mit Flügelprofil
ausgebildet sind, das anströmseitig eine Verdickung und abströmseitig eine Verjüngung
aufweist und insbesondere in seinem Anstellwinkel zur Umlaufbahn der Rührelemente
verstellbar ist.
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Infolge des strömungsgünstigen Profils der Rührelemente gewährleistet
die Erfindung einen optimalen Rühreffekt und einen vorteilhaften Wärmeaustausch,
wobei sowohl die Durchmischung als auch die Einstellung des thermischen Zustandes
im Rührgut mit minimalem Aufwand schonend und rasch vor sich geht. Trotz großer
Wärmeaustauschflächen sind die Rührelemente völlig glatt, so daß sich kein Rührgut
absetzen kann was insbesondere bei Nahrungsmitteln aus hygienischen Gründen äußerst
vorteilhaft ist. Die Kühlung bnv. Heizung bleibt auch dann voll erhalten, wenn die
Rührelemente verstellt werden, insbesondere in bezug auf den Anstellwinkel zur Umlaufbahn.
Eine exzentrische Befestigung des Rührwerks im Behälter wie bei der bekannten, obenerwähnten
Vorrichtung ist hier nicht erforderlich.
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Zwar ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1 926704 ein Rührwerk
vorgeschlagen worden, dessen Rührelemente selbst als Wärmeaustauscher, nämlich als
Heiz- oder Kühlelemente, ausgebildet sind und die Form von Heizdrähten oder von
Kanälen, Leitungen u. dgl. haben können, die an ein Wärmeaustauschmedium angeschlossen
sind. Die Rührwerk-Hohlwelle ist dabei mit Rück- oder Vorlaufsammelkanälen versehen,
die gegebenenfalls zu einem unten angeordneten Kondensatsammler führen können. Die
Rührelemente sind in keiner Weise verstellbar und auch konstruktiv nicht durchgebildet.
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Dieser ältere Vorschlag erschöpft sich darin, das
Mischen und Rühren
mit Heiz- bzw. Kühlelementen vorzunehmen. Das Ergebnis ist eine durchaus mangelhafte
Rührwirkung, da axiale Strömungskomponenten praktisch ganz fehlen. Die Heiz- bzw.
Kühlelemente sind nicht nur mechanisch hoch empfindlich, sondern auch in beträchtlichem
Maße der Gefahr des Verkalkens und der Verunreinigung ausgesetzt. Höheren hygienischen
Ansprüchen kann ein solches Rührwerk keinesfalls genügen.
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Dies gilt auch für ein Rührwerk, wie es in der britischen Patentschrift
822049 beschrieben ist. Zwei Rührkörper an einer Welle sind als hohle, mit Durchgangs-Querlöchern
versehene Teilzylinder ausgebildet, die zur Umlaufachse parallele Achsen haben und
einander mit den Konkavseiten zugewandt sind. Sie sind an radialen Rohrarmen befestigt,
die mit der Welle in Strömungsverbindung stehen, und führen ein Wärmeaustauschmedium,
das an einem Ende der Welle zu- und am anderen Ende abströmt. Es sind stationäre
Zu- und Ableitungen vorgesehen, von denen der schräg aus dem Behälter herausgeführte
Abfluß zusätzliche Dichtungsschwierigkeiten mit sich bringt. Eine aufwendige Abdichtung
ist auch an den Lagerstellen erforderlich, die als Spurlager ausgebildet sind. Das
Strömungsmittel ist ungünstig geführt; die Rührwelle ist zwischen den unteren und
oberen Radial-Rohrarmen tot, d. h. für den Wärmeaustausch ungenutzt. Die Rührkörper
sind nicht verstellbar, so daß der Rühreffekt zu wünschen übrig läßt. Auch Reinigung,
Wartung und Instandhaltung sind mit Schwierigkeiten verbunden.
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Ferner ist in der USA.-Patentschrift 3 322401 ein Rührwerk mit radialen
Rührelementen beschrieben, die in ihrem radialen Abstand zur Drehachse und/ oder
in ihrem Winkel zur Radialachse verstellbar sind. Sie können als kurze, mit ebenen
Ansätzen und Platten versehene Achsstummel ausgebildet sein, die über ein Kegelradgetriebe
oder eine Nockensteuerung von der Rührwelle aus antreibbar sind. Eine andere Ausführungsform
besteht in schnecken- oder exzentergesteuerten, radial ein- und ausfahrbaren Haken.
Solche Rührelemente sind für gesteigerte hygienische Ansprüche unbrauchbar, da sich
in den Ecken, Zwischenräumen und Spalten Rührgutreste festsetzen, so daß eine ausreichende
Reinigung nur mit größtem Aufwand durchführbar ist. Die Rührwerkzeuge sind lediglich
in bezug auf die Radialachse winkelverstellbar, nicht jedoch in bezug auf die senkrechte
Drehachse und damit in bezug auf die Umlaufbahn.
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Man erkennt, daß die Erfindung auf einfachste Weise eine Temperierung
des Rührgutes während der Durchmischung ermöglicht, die mit gutem Effekt vor sich
geht, wobei den hygienischen Anforderungen in vollem Umfange Rechnung getragen ist.
Soweit bisher verstellbare Rührelemente vorgesehen wurden, waren sie weder strömungsgünstig
ausgebildet noch als Wärmeaustauscher geeignet.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens zwei auf unterschiedlichen
Umlaufbahnen bewegbare Paare von Rührelementen vorhanden, die an kreuzförmig angeordneten,
oberen und unteren Querarmen paarweise ungleicher Radien bzw. Längen angebracht
sind. Die in dieser Weise mit der Rühr-Hohlwelle verbundenen Rührelementpaare laufen
also auf unterschiedlichen Kreisbahnen um. Es ist auch möglich und erfindungsgemäß
vorgesehen, daß die Rührelemente mit ungleichen Einzelradien an
der
Rührwelle angebracht und jeweils gegenüberliegende Rührelemente zur Auswuchtung
entsprechend ungleich bemessen sind.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung sind die Rührelemente an
den speichenförmig angeordneten Querarmen mittels als Verteiler ausgebildeter Winkelköpfe
angebracht, die jeweils wenigstens einen Seitendurchlaß aufweisende Hohlachsstummel
der Rührelemente aufnehmen. Diese Anordnung erlaubt eine einfache Befestigung. Brauchen
die Rührelemente nicht austauschbar zu sein und können sie stets den gleichen Anstellwinkel
zur Umlaufbahn haben, so können die Flügelprofile auch an den dann beispielsweise
unmittelbar an die Kühltaschen herangeführten Querarm-Rohren stoffschlüssig befestigt
sein, z. B. durch Verschweißen oder Verlöten.
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Eine zusätzliche Verbesserung sowohl des Rühreffekts als auch des
Wärmeaustauschs kann dadurch erzielt werden, daß in oder an dem bzw. jedem Rührelement
Leitflächen zur gleichmäßigen Verteilung des Strömungsmediums angeordnet sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Rührwelle mittels
eines Getriebemotors über eine elastische Kupplung wahlweise in jeder Drehrichtung
antreibbar. Dies gestattet es, den Rühr- bzw. Mischvorgang im Bedarfsfalle mit umgekehrter
Drehrichtung auszuführen und/oder in seiner Intensität zu verändern.
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Bei einem Rührwerk mit einer wenigstens stückweise als Mantelrohr
ausgebildeten Rührwelle, in der eine Leitung koaxial angeordnet ist, welche bis
zum freien bzw. unteren Ende der Rührwelle reicht und an welche die Rührelemente
mit jeweils einem Ende angeschlossen sind, während das jeweils andere Ende mit dem
Mantelrohr in Verbindung steht, sieht die Erfindung vor, daß die Leitung mit den
unteren Querarmen und der übrige Leitungsquerschnitt bzw.
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das Mantelrohr mit den oberen Querarmen strömungsverbunden ist, wobei
unterhalb letzterer gegebenenfalls ein Verschluß in dem übrigen Leitungsquerschnitt
bzw. im Mantelrohr vorgesehen ist. Obgleich für den Wärmeaustausch grundsätzlich
beide Strömungswege des Wärmeaustauschmediums offenstehen, hat sich die vorstehend
angegebene Anordnung als konstruktiv besonders vorteilhaft erwiesen, zumal sich
eine Entlüftungsanordnung in den Rührflügeln erübrigt, die bei entgegengesetzt gerichteter
Strömung erforderlich wäre. Das in der inneren Leitung herabströmende, zugeführte
Wärmeaustauschmedium erfährt nicht schon in der hohlen Rührwelle, sondern erst in
den unteren Querarmen, in den Kühltaschen der Flügel-Hohlprofile und in den oberen
Querarmen einen Wärmeaustausch.
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Nach der Erfindung kann wenigstens einer der Querarme Rührflächen
tragen oder als Profil-Hohlkörper ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Rührflügelprofil
der Rührelemente symmetrisch oder entsprechend der Umlaufbahn einsinnig gekrümmt.
Im Falle des symmetrischen Profils ergibt sich eine besonders wirtschaftliche Fertigung.
Steht der Drehsinn fest bzw. ist er im allgemeinen unveränderlich, so setzt man
entsprechend der Umlaufbahn einsinnig gekrümmte Profil-Rührelemente ein, mit denen
das Mischgut bei optimalem Wärmeaustausch, jedoch im wesentlichen ohne Kavitation,
durchrührt wird.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
nachstehend näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Rührwerks, Fig. 2 eine Druntersicht des Rührwerks gemäß Fig. 1 und Fig. 3 eine Schnittansicht
eines Flügels des Rührwerks nach F i g. 1 bzw. 2.
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Wie man aus Fig. 1 ersieht, umfaßt ein erfindungsgemäßes Rührwerk
nach dem gezeichneten Ausführungsbeispiel einen Getriebemotor 1 mit einer angeflanschten
elastischen Kupplung 2, welche über Verbindungsflansche mit einer Rührwellenlagerung
3 verbunden ist. An diese wiederum ist eine Halterung 4 angeflanscht, welche eine
die Rührwelle 7 umschließende Stoffbuchse 5 trägt und welche an ihrem unteren Ende
mit einem Dichtflansch 6 versehen ist, der mit einer vorzugsweise aus nichtrostendem
Stahl bestehenden Verkleidung eines Behälters verschraubt ist. Die ebenfalls vorzugsweise
aus nichtrostendem Edelstahl bestehende Rührwelle 7 ist als Hohlwelle ausgebildet
und enthält in ihrem Inneren koaxial eine Leitung 8, die zu einem Einlaß 9 in der
Stoffbuchse S führt, während der übrige Leitungsquerschnitt 10 an der Stoffbuchse
5 mit einem Auslaß 11 in Strömungsverbindung steht. Durch den Einlaß 9 kann in die
Leitung 8 ein Strömungsmedium, beispielsweise Leitungswasser, Eiswasser od. dgl.,
eingeleitet werden, das einen nachfolgend erläuterten Rührmechanismus durchströmt
und über den als Mantelrohr ausgebildeten übrigen Leitungsquerschnitt 10 der hohlen
Rührwelle 7 zum Auslaß 11 zurückströmt. Statt eines kalten Strömungsmediums kann
im Bedarfsfalle auch ein warmes Strömungsmittel eingeleitet, durch den Rührmechanismus
geführt und wieder abgeleitet werden, um ein bestimmtes Rührgut während des Durchmischens
zu erwärmen.
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Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß die Rührwelle 7 an ihrem unteren
Ende sich kreuzende hohle Querarme Q1,, Q21 bzw. Q3,, Q4, trägt. Diese sind über
Winkelstücke W' mit Rührelementen Rl bis R4 verbunden, die an ihren oberen Enden
über Winkelstücke W und entsprechende hohle Querarme Q1 bis Q4 wieder an die Rührwelle
7 angeschlossen sind. Die Rührelemente R1 bis Rd, sind als Profil-Hohlkörper ausgebildet
und dienen, wenn ein kaltes Strömungsmedium benutzt wird, als Kühltaschen zur Wärmeabfuhr
aus dem Rührgut. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß zwei Rührelemente R1
und R2 an den längeren Querarmen Q1, Q bzw. Q1,, Q.,' angebracht sind und auf einer
strichdoppelpunktiert gezeichneten Außenbahn A umlaufen, während zwei weitere Rührelemente
R3 und Ra an kürzeren Querarmen Q3, Q4 bzw. e,l, Q4, befestigt sind und auf einer
strichpunktiert gezeichneten inneren Umlaufbahn I rotieren. Es sind somit Rührelement-Paare
Rt, R2 und R3, R4 an speichen- bzw. kreuzförmig angeordneten Querarmen angebracht
und mit Verteilerköpfen 14, 14' verbunden, um das Strömungsmittel hindurchzulassen.
Die Befestigung der Rührelemente R an den Querarmen Q, Q' erfolgt über die Winkelköpfe
W, W', die mit wenigstens einem Seitendurchlaß 17 versehene Hohlachsstummel 16 der
Rührelemente R aufnehmen.
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Wie aus der Detailzeichnung von F i g. 3 zu entnehmen ist, sind in
jedem Rührelement R Leitflächen 18 vorhanden, die zur gleichmäßigen Verteilung des
Strömungsmediums dienen und an die mit den Hohlachsstummeln 16 in Verbindung stehende
Leitung 21 geführt sind, welche Durchbrechungen aufweist. Aus letzteren strömt das
Strömungsmedium, das durch
Löcher 22. Ausnehmungen 22a und/oder
Aussparungen 23 die Leitflächen 18 passieren und so die Kühltaschen der Rührelemente
füllen kann.
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Das Strömungsmedium fließt also zu den Rührelementen R1 bis R4 über
den Einlaß 9 am Dichtflansch 6 durch die koaxiale Leitung 8 in der Rührwelle 7 zum
unteren Verteilerkopf 14', von da über die unteren Querarme Q1, bis Q4, und die
Winkelstücke W' zu den durchbrochenen Leitungsstücken 21 in den Rührelementen. Die
Ableitung erfolgt über die oberen Winkelstücke W, die oberen Querarme Ql bis Q4
und das Mantelrohr bzw. den übrigen Leitungsquerschnitt 10 der Rührwelle 7 zurück
zum Auslaß 11.
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Das Hohlprofil der Kühltaschen bzw. Rührelemente und deren Drehzahl
sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, daß sich das Rührgut im Betrieb nicht
von den Außenflächen der Rührelemente Rt bis RL absetzt, so daß beim Umlauf auf
den Kreisbahnen A bzw. I keine Hohlräume entstehen. Auf diese Weise wird ein optimaler
Wärmeübergang erzielt. In anderen Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, den Anstellwinkel
der Rührelemente Rl bis R4 in bezug auf ihre Kreisbahnen A bzw. I zu verstellen,
um eine entsprechend günstige Durchmischung und Verwirbelung zu erzielen. In diesem
Falle sind die Rührelemente Rt bis R4 nicht starr an den Querarmen Q1 bis Q4 bzw.
Q1, bis Q4, befestigt, sondern schwenkbar angeordnet. Beispielsweise ist es möglich,
ein Paar der Rührflügel mit den Verdickungen 19 einwärts und das andere Rührflügelpaar
mit den Verdickungen 19 auswärts zu schwenken. Auch eine einzeln ungleiche Verstellung
der Rührelemente kann in Betracht kommen.
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Wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist, können die Querarme mit
Rührflächen 13 bzw. 13 a gleicher oder unterschiedlicher Flächengestaltung versehen
sein. Im gezeichneten Beispiel sind die Rührelemente Rt und R. mit schräg bzw. gewunden
verlaufenden Rührflächen 13 versehen, die an ihren Außenenden ihre größte Ausdehnung
in Umfangsrichtung aufweisen. An den kürzeren Querarmen Q3, bzw. Q4, sind hingegen
Rührflächen 13 a angebracht, die nahe dem Innenradius bzw. der Rührwelle 7 ihre
größte Ausdehnung haben. Nach Bedarf können auch anders ausgebildete Rührflächen
und in anderer Anordnung befestigt sein.
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Für den Strömungskreislauf ist es günstig, wenn im Inneren der Rührwelle
7 zwischen den Verteiler-
köpfen 14 und 14' ein Verschluß 15 vorhanden ist, der den
als Mantelrohr ausgebildeten Leitungsquerschnitt 10 unterhalb der oberen Querarme
Q abschließt. Dadurch wird das in der Leitung 8 abwärts fließende Strömungsmittel
nicht schon im Inneren der Rührwelle 7 zum Wärmeaustausch mit dem gegengeführten
Rückstrom gebracht, sondern erst in den unteren Querarmen Q', den Rührelementen
R und den oberen Querarmen 0 sowie schließlich in dem Abschnitt der Rührwelle 7,
der sich zwischen den oberen Querarmen Q und der Stoffbuchse 5 erstreckt Es kann
allerdings auch zweckmäßig sein, die hohle Rührwelle 7 selbst ebenfalls zum Wärmeaustausch
mit dem Behälterinhalt heranzuziehen, so daß sich ein Verschluß 15 im Leitungsquerschnitt
10 erübrigt.
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Man erkennt aus dem Ausführungsbeispiel, daß hier die Rührelemente
in einer Speichenradanordnung über hohle Verbindungsstücke an die hohle Rührwelle
7 angeschlossen sind. An Stelle von zwei Querarmpaaren können auch mehrere Querarmpaare
vorgesehen sein, und es ist auch möglich, ungleiche Einzelradien vorzusehen, wobei
die Auswuchtung durch entsprechend ungleich bemessene Kühltaschen erfolgt. Ferner
kann eine Anordnung vorgesehen sein, die eine Verstellung des Anstellwinkels der
Rührelemente auch während des Betriebes gestattet, insbesondere mittels einer konzentrisch
zur Rührwelle 7 durch den Dichtflansch 6 hindurchgeführten Stellmechanik. Von Bedeutung
ist, daß die einzelnen Rührelemente austauschbar an den Querarmen angebracht sind,
was nicht nur Wartung und Instandhaltung sowie Reinigung erleichtert, sondern im
Bedarfsfall auch einen raschen Ersatz etwa durch Rührelemente anderen Profils gestattet.
Während einsinnig gekrümmte Rührflügel-Profile für stets gleichsinnige Rotation
vorzuziehen sind, kommen grundsätzlich auch symmetrisch ausgebildete Rührflügel
in Betracht, insbesondere im Falle eines umsteuerbaren Drehantriebes. Derartige
symmetrisch ausgebildete Rührelemente haben außerdem den Vorzug einer sehr wirtschaftlichen
Herstellbarkeit.
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Es ist ferner möglich, Ein- und Ausströmseite zu vertauschen, so
daß das Strömungsmedium auf kürzestem Wege von oben nach unten in die Rührelemente
einströmt, also in Gegenrichtung zu der durch Pfeile in F i g. 1 angedeuteten Strömungsrichtung.
Eine weitere konstruktive Abwandlung bestünde darin, den Querarmen Q bzw. Q' selbst
noch ein Strömungsprofil zu geben.