DE2624991A1

DE2624991A1 - Fluegelruehrer

Info

Publication number: DE2624991A1
Application number: DE19762624991
Authority: DE
Inventors: Pierre Jonqueres
Original assignee: PROCEDES SEM
Current assignee: PROCEDES SEM
Priority date: 1975-06-04
Filing date: 1976-06-03
Publication date: 1976-12-16
Also published as: US4147437A; FR2313114B1; FR2313114A1; DE2624991C2; BE842503A; IT1083976B; ES448521A1

Description

PATKNTAN WÄI/riS

DlPL-CHEM. DR. KLAUS JAEGER TELEPHON: {O89) 854 27O1; 8 57 40 80 DIPL.-ING. KLAUS D. GRAMS

ΠΟ32 GRäFElFING ■ ARIBOSTR. 47 TELEX : 5 21777 Isar d 8O31 STOCKDORF · KREUZWEG

PRO-1

PROCEDES SEM

70, Avenue Dumotel, F-94230 Cachan

Flügelrührer

Die Erfindung betrifft einen Flügelrührer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein Flügelrührer im Sinne dieser Beschreibung dient der Erzeugung von Turbulenzen in einem nichtkondensierten Medium, das gasförmig, flüssig oder mehr oder weniger sirupös oder pastös sein kann, zum Zwecke der Erzielung einer Rührwirkung in diesem Medium. Das Medium braucht nicht einphasig zu sein, so dass das Rühren beispielsweise einem Mischen, Belüften, Kneten, Dispergieren oder Emulgieren, insbesondere also irgendeinem beliebigen Mischvorgang dienen kann.

Misch- und Rührvorgänge der genannten Art werden gebräuchlicherweise in offenen oder geschlossenen Rührgefässen oder

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Mischern durchgeführt. Ein bei diesen Verfahrensschritten stets auftretendes technisches Problem, das es zu lösen gilt, ist die Erzielung einer Rührwirkung in dem zu behandelnden Medium, die sich bei kleinstem erforderlichen Energieaufwand für den Rührwerksantrieb gleichmässig auf sämtliche Bereiche des im Rührgefäss befindlichen Mediums erstreckt, insbesondere ausreichend turbulent erstreckt.

Die zur Lösung dieses Problems bislang bekannt gewordenen und durchgeführten Untersuchungen sind sämtlich auf die Form des Rührgefässes und die Form und das Profil der Rührflügel gerichtet. Korrelationsversuche der verschiedensten Art zielten auf eine Senkung der mitunter durchaus beachtlichen Gesamtkosten der Rühr- und Mischprozesse ab.

Frühere Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass beim Mischen beachtliche Energieeinsparungen durch die Verwendung von Flügelrührern mit grösstmöglicher Pumpleistung erzielbar sind.

Die Pumpleistung ist als Volumenstrom des durch die Ebene der Rührflügel strömenden Fluids definiert. Sie bestimmt in dem Medium, in das der Rührer taucht, den in diesem Medium erzeugten Bewegungsablauf, der seinerseits ausschlaggebend ist sowohl für den Teilchentransport im Medium als auch gleichzeitig für eine Verformung dieser Teilchen. Eine solche Teilchenverformung wird durch Geschwindigkeitsgradienten erzeugt, die im Gesamtbewegungsablauf im Medium auftreten. Die Verformung der Teilchen oder Teilbereiche des zu rührenden oder zu durchmischenden Mediums sind also letztlich eine Wirkung der durch den Flügelrührer erzeugten Turbulenzenergie (W„). Gleichzeitig erzeugt der Flügelrührer im Medium eine Verschxebungsenergxe (W ), die im Medium die Transportwirkung hervorruft.

Der zur Erzielung einer vorgegebenen Wirkung erforderliche

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Turbulenzenergiebetrag hängt direkt und unmittelbar von der Art der zu erzielenden Wirkung ab. So ist es beispielsweise leicht, zwei miteinander mischbare Flüssigkeiten geringer Viskosität miteinander zu vermischen, wohingegen es beispielsweise ein technisch durchaus schwieriges Problem ist, eine zweiphasige Dispersion unter Bildung noch kleinerer Teilchen der dispergierten Phase in ein feindisperses System zu überführen.

Tatsächlich einzusparen sind also beim Mischen und Rühren nur jene Energiebeträge, die den Mindestenergiebetrag der Turbulenzenergie W_T überschreiten,der zur Erzielung der Sollwirkung notwendigerweise erforderlich ist.

In früheren Arbeiten hat die Anmelderin gezeigt, welche Bedeutung die je auf den Flügelrührer aufgeprägte Krafteinheit durch den Rührer erzielte Zirkulationsleistung (Pumpleistung) im Medium hat. Diese Erkenntnisse haben die Anmelderin dazu veranlasst, ihre jüngeren Untersuchungen stärker auf die Strömungsverläufe des Fluids im Mischgefäss zu richten. Diese Untersuchungen haben zu der Erkenntnis geführt, dass durch eine verbesserte Beherrschung der Strömungsformen und Strömungsverläufe im Mischgefäss zahlreiche Vorteile ermöglicht werden. Diese Vorteile drücken sich in einer verminderten Leistungsaufnahme des Rührers oder Mischers für die Erzielung eines vorgegebenen lokalen Solleffektes aus. Die Leistungsverminderung ist dabei auf eine verbesserte Verteilung der aktiven Zonen auf das Gesamtvolumen des Gemisches (der zu mischenden Phasen) zurückzuführen.

Untersuchungen der durch die Wirkung eines gebräuchlichen Flügelrührers in einem Mischgefäss hervorgerufenen Erscheinungen zeigen, dass im Gegensatz zu den Vorgängen in einem "unendlichen" Milieu, in dem der durch den

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Flügelrührer b erzeugte Strom zylindrisch ist, im endlichen Gefäss eine Verbreiterung des Stromes a eintritt und dieser die Form eines mehr oder weniger stark geöffneten Kegels annimmt. Der öffnungswinkel dieses Kegels sei 2a (Fig. 1). Unter einem "unendlichen" Milieu wird dabei ein von festen Wänden unbeeinflusster Flüssigkeitsbereich verstanden. Diese Bedingungen des unendlichen Mediums sind beispielsweise durchaus real für die Verhältnisse der Antriebsschraube eines über das offene Mehr fahrenden Schiffes erfüllt. Grundsätzlich anders liegen dagegen die Verhältnisse in einem abgeschlossenen Gefäss, dessen Abmessungen relativ klein zu den Abmessungen der Flügelschraube bzw. des Flügelrührers sind, so dass in diesem Fall zahlreiche Reflexionserscheinungen an den Gefässwänden zu berücksichtigen sind. Die konische Aufweitung des durch einen Flügelrührer erzeugten axialen Stromes ist eine Funktion der Gefässwandnähe und eine Funktion der Viskosität des Fluids, mit dem der Behälter c gefüllt ist. Bei vorgegebener Gefässgeometrie und vorgegebener Fluidviskosität kann eine solche Aufweitung der Strömung mitunter durchaus vorteilhaft sein. In aller Regel jedoch bedeutet diese Aufweitung des durch die Flügelschraube erzeugten Axialstromes einen spürbaren Nachteil sowohl für den Stromverlauf als auch für die Strömungsenergie. Eine solche Aufweitung bedeutet gleichzeitig eine Verdünnung der in der Flächeneinheit oder Raumeinheit wirksamen Strömungsenergie. Dadurch kann in den von der Rührerschraube entfernteren Bereichen des Mediums die dort lokal verfügbare Wirkung unter die für die Erzielung des jeweils vorgegebenen Mischeffektes bestehende kritische untere Wirkgrenze abfallen. So beträgt beispielsweise der öffnungswinkel 2a des durch einen Flügelrührer in Wasser erzeugten Strömungskegels 120°, wenn das Verhältnis d/D des Durchmessers der Rührerschraube zum Gefässdurchmesser 0,7 beträgt. Der Wasserstrom reisst auf und bricht zusammen, und zwar je

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nach Abstand der Rührerschraube vom Gefässboden entweder am Boden des Gefässes oder an dessen senkrechten Wänden.

Ausserdem kann die dem Fluid durch die Rührerschraube aufgeprägte Energie wesentlich entferntere Bereiche des Mediums erreichen, wenn die Energie der Strömung bzw. des Strömungsstrahls weniger rasch verdünnt und vernichtet wird. Eine solche Dissipation der Energie tritt dabei nicht nur durch Reibungseffekte am Rand der Strömung ein, wobei solche peripheren Reibungseffekte mit zunehmender äusserer Oberfläche der StromaufWeitung zunehmen, sondern wird auch durch innere Turbulenzen hervorgerufen. Das Auftreten dieser inneren Turbulenzen hängt von der Kontinuität der Profilkenndaten der Rührerschraube ab.

Aus diesen Gründen ist es für die Praxis von grosser Bedeutung, in einem vorgegebenen Mischgefäss einen Strom erzeugen zu können, der sowohl eine vorgegebene Geometrie (konisch oder zylindrisch) als auch eine vorbestimmte Turbulenzverteilung aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flügelrührer der eingangs genannten Art mit einer Rührschraube zu schaffen, der in einem vorgegebenen Rührgefäss oder Mischgefäss die Erzeugung einer konischen oder zylindrischen Flussgeometrie mit genau vorgegebener Turbulenz von vornherein ermöglicht. Der Erfindung liegt ausserdem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Flügelrührers oder Schraubenrührers zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Flügelrührer der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gekennzeichnet ist.

Die Erfindung schafft also einen Flügelrührer, dessen Flügel

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oder Blätter so geformt sind, dass zur axialen Komponente Ihrer Wirkung auf das zu bearbeitende Medium eine komplementäre zentrifugale oder zentripetale Wirkungskomponente erzeugt wird, die mit einer optimalen Ausnutzung der verfügbaren Pumpleistung der Flügelschraube einhergehen. Dies ist gleichbedeutend mit der Begrenzung der in der Turbulenz vernichteten Energie auf ein Minimum.

Ausserdem kann durch die erfindungsgemäss eingesetzten Hilfsprofile der Rührerflügel je nach Bedarf die axiale, die zentrifugale oder die zentripetale Strömungskomponente verstärkt und hervorgehoben werden, wodurch je nach Erfordernis der speziellen Rühraufgabe oder Mischaufgabe lokalisiert wirksame Turbulenzen an vorgegebenem Ort mit vorbestimmter Amplitude erzeugt werden können.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sind im folgenden zunächst einige theoretische Begriffe erläutert bzw. definiert:

Auftriebsziffer:

Wenn ein Profilkörper in die Strömung eines Fluids mit bestimmter Viskosität getaucht wird, so wirkt auf diesen Körper eine von der Strömung verursachte Kraft ein, deren Wirkungsgrad von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Diese Kraft, die den Körper zu verschieben trachtet, kann in zwei Komponenten gegliedert werden, eine Komponente, die mit der Strömungsrichtung zusammenfällt,und eine andere Komponente, die senkrecht zu dieser Komponente steht. Die erste Kraftkomponente wird Widerstand, die zweite Kraftkomponente Auftrieb genannt. Dabei kann der Auftrieb auch negativ, also abwärts gerichtet, sein. Der auf die Einheitsoberfläche und die Geschwindigkeitseinheit bezogene Auftrieb wird als Auftriebsziffer, der auf die Flächeneinheit

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und die Geschwindigkeitseinheit bezogene Widerstand als Widerstandsziffer bezeichnet.

Sehne:

Als Sehne wird der geradlinige Abstand zwischen der Vorderkante (Angriffskante) und Hinterkante (Nachlaufkante) des Flügelprofils verstanden. Da.dieser Abstand über den Radius des Rührerflügels veränderlich ist, wird gebräuchlicherweise als Bezugswert jene Profilsehnenlänge angegeben, die das Profil in einem radialen Abstand vom Zentrum des Flügelrührers aufweist, der 70 % des Gesamtradius des Flügelrührers entspricht.

Flügelunterseite und Flügeloberseite:

Bei einem gegen eine Fluidströmung, insbesondere gegen den Wind geneigten Profil wird gebräuchlicherweise als Flügelunterseite die den Wind aufnehmende Seite des Flügels bezeichnet, also die einem positiven Druck ausgesetzte Flügelseite, während die Sogseite, die gegenüberliegende Seite, als Flügeloberseite bezeichnet wird.

Bei der klassischen Flügelberechnung wird davon ausgegangen, dass das Produkt der Auftriebsziffers Cz und der Profilsehne Lr in jedem radialen Abstand (r) einen Wert Ar liefert:

Ar = Cz · Lr

Dies hat bisher auch dazu geführt, dass über die gesamte Länge eines Rührflügels, der für eine optimale Pumpleistung ausgelegt war, Cz so gewählt wurde, dass das Flügelprofil möglichst genau im Bereich des Maximums des Verhältnisses Cz/Cx arbeitet. Dies bedeutet jedoch, dass das Verhältnis Cz/Cx und Cz über die gesamte Flügellänge praktisch

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konstant sind.

Wenn man dagegen Cz systematisch so wählt, dass dieser Wert von der Drehachse zum Rand des Flügels zunimmt, so werden im gleichen Sinne der Druck auf der Flügelunterseite und der Sog auf der Flügeloberseite erhöht. Dies wiederum erzeugt auf der Flügelunterseite eine Zentripetalkomponente und gleichzeitig auf der Flügeloberseite eine Zentrifugalkomponente, wobei jedoch die Resultierende eine Zentrifugalkomponente ist, da die an der Flügelunterseite auftretenden Drücke in aller Regel sich im Auftrieb deutlich geringer bemerkbar machen als der Sog an der Flügeloberseite.

Entsprechendes gilt für die umgekehrten Verhältnisse, wenn nämlich Cz so gewählt wird, dass dieser Wert von der Drehachse zum Rand des Flügels abnimmt. Dabei wird als Resultierende eine Zentripetalkomponente erzeugt.

Bei dem Flügelrührer der Erfindung sind die Rührflügel so ausgebildet, dass die Auftriebsziffer (Cz) über die Länge des Flügels von der Drehachse zum Aussenrand des Flügels abnimmt, um dadurch den öffnungswinkel des Wirkungskegels (Strömungskegels) der Rührschraube zu verkleinern. Wie eingangs dargestellt, ist ein zu grosser öffnungswinkel in aller Regel unerwünscht und nachteilig.

Wenn für bestimmte Zwecke und Strömungsführungen jedoch im Gegenteil ein möglichst grosser Kegelöffnungswinkel der Rührerströmung eingestellt werden soll, so ist auch dies, wie vorstehend erläutert, ohne weiteres möglich.

Die Bestimmung und Festlegung des Winkels α (Fig. 1) wird bei der Dimensionierung und Herstellung des Rührerflügels wie folgt vorgenommen:

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Das zur Herstellung eines Flügels e der Rührerschraube bestimmte Blech wird angenähert in der Form eines Trapezes aus der Tafel geschnitten. Die grosse Basis el dieses Trapezes (Fig. 2) bildet am fertigen Flügel den radial innen liegenden Rand, also den der Drehachse zugekehrten Rand, der zwar mit geringer Geschwindigkeit umläuft, aber mit grosser Anstellung und dem Hauptdrehmoment auf das Fluid einwirkt. Im Gegensatz dazu ist die kleinere Basis e2 des Trapezes im fertigen Flügel dem Flügelaussenrand zugeordnet. Das Längenverhältnis zwischen der kurzen und der langen Basis ist entsprechend der für die maximale Flussintensität ausgewählten Zone bestimmt.

Das so ausgeschnittene Blech wird entweder in der in den Figuren 2 und 2a gezeigten Weise auf Walzen oder in der in den Figuren 3 und 3a gezeigten Weise auf einer Kantenpresse zylindrisch oder konisch oder mit komplexer Geometrie beispielsweise mit zylindrischen, konischen und ebenen Profilteilen, ausgeformt.

Eine Veränderung der Auftriebsziffer Cz wird in einfacher Weise sowohl durch eine Veränderung des Anstellwinkels der Mittelsehne des Profils zum Fluid (Milieu) als durch eine Änderung der relativen Durchbiegung des Profils erhalten. Die Durchbiegung des Profils oder des Flügels ist dabei das Verhältnis der Länge der Flügelprofxlkurve zur Länge der entsprechenden Profilsehne. Auftriebsziffern an Schraubenflügeln einzustellen, ist dem Fachmann ohne weiteres geläufig.

Zum Mischen werden nach einer Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise über der Profilsehne kreisförmige oder elliptische Profilausbildungen mit einer relativen Durchbiegung von 2 bis 12 % verwendet. Der Anstellwinkel des Flügels beträgt 2 bis 10°. In diesem Rahmen wird für einen Anstellwinkel von 3° und eine relative Durchbiegung im

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— IU""

Bereich von 2 % eine Auftriebsziffer Cz von kleiner als etwa 0,7 erhalten, während für einen Anstellwinkel von 10° und eine relative Durchbiegung von 12% eine Auftriebsziffer Cz von 1,6 erhalten wird.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Der Rührflügel e, von denen der Flügelrührer b (Fig. 1) vorzugsweise 2 bis 6, insbesondere 2 oder 4 Stück enthält, weist die Form eines KreisZylindermantelausschnittes auf. Er kann beispielsweise in der in Fig. 2 gezeigten Art auf einem Triowalzwerk zwischen zylindrischen Walzen d hergestellt sein. Alternativ kann der Flügel in der in Fig. 3 gezeigten Weise auf einer Gesenkpresse profiliert werden.Dabei wird in beiden Fällen beim Ausformen des Flügelprofils die kleine Basis e2 des trapezoid ausgeschnittenen Flügelblechs zuerst in die Formgebungsanlage eingeführt, also zuerst zwischen die Walzen d oder zwischen das Oberwerkzeug 4 und das Unterwerkzeug 4a der Gesenkpresse, eingeführt.

Der Winkel β zwischen der Zylindermantelachse und der Mittellinie M1-M2 des Flügels e wird in Richtung des in Fig. 4 gezeigten Pfeiles als positiv, in Richtung des in Fig. 6 gezeigten Pfeiles als negativ bezeichnet. Dieser Winkel ß ist im folgenden als "Profilwinkel¹¹ bezeichnet. In dem in Fig. 4 (und den Figuren 2 und 3) gezeigten Ausführungsbeispiel ist also der Profilwinkel des Flügels e positiv.

Bei dieser Ausbildung des Flügels nimmt der Anstellwinkel der Profilsehne des Rührflügels mit zunehmendem Abstand von der Drehachse f ab, nimmt also entsprechend auch die Auftriebsziffer Cz ab. Ein solcher Rührflügel erzeugt also im Fluidstrom eine zentripetale Korrekturkomponente, die den Kegelöffnungswinkel der durch die Wirkung des Flügel-

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rührers erzeugten Strömung im Fluid verringert und damit die verfügbare Pumpleistung in Strömungsrichtung hinter dem Rührflügel erhöht. Die "Pumpwirkung" eines in der in Fig. 4 gezeigten Art ausgebildeten Rührflügels ist im Rührgefäss von oben nach unten gerichtet.

Umgekehrt liegen die Verhältnisse bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispxel der Erfindung. Hiegwird zunächst die lange Basis des trapezförmigen Rührflügels e profiliert. Der Profilwinkel ß ist negativ. Dies führt dazu, dass der Anstellwinkel der Profilsehne von der Drehachse f zum äusseren Rand des Flügels zunimmt. Dementsprechend nimmt auch der Wert der Auftriebsziffer Cz zu. Ein Rührflügel der in Fig. 6 gezeigten Art erzeugt also im Medium eine zentrifugale Strömungskorrekturkomponente, die den öffnungswinkel des Strömungskegels, der im Medium durch den Flügelrührer erzeugt wird, vergrössert.

Wenn beispielsweise das Verhältnis d/D des Durchmessers des Flügelrührers zum Durchmesser des Rührgefässes im Bereich von etwa 0,5 liegt und der Profilwinkel ß positiv ist (etwa +20° beträgt), so wird für ein Fluid mit einer Viskosität von 1 mPa«s (1 cP) als Strömungsbewegung im Medium ein rein axialer Fluss erhalten mit einem rein zylindrischen Volumen der Strömung.

Ist dagegen für den Rührflügel in der in Fig. 5 gezeigten Art der Profilwinkel ß 0°, so wird unter sonst gleichen Bedingungen im gleichen Fluid ein Strömungskonus erhalten, dessen Grenzfläche im Äxialschnitt um den Winkel α (Fig. 1), der dem halben Kegelöffnungswinkel entspricht, im Bereich von 45° gegen die Senkrechte geneigt ist.

Ein zweites Ausführungsbexspiel der Erfindung ist in den Figuren 7 und 8 gezeigt. Das Rührflügelprofil ist gemischt

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zylindrisch-eben-konisch geformt. Die Zone 1 (Figuren 7 und 8) ist wie im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zylindrisch, die Zone 2 eben und die Zone 3 in Fig. 7 wiederum zylindrisch, in dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel dagegen konisch.

In dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die ebene Zone 2 in der Tangentialebene der zylindrischen Fläche In dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieebene Zone 2 gegen die Tangente der Zylinderfläche 1 in der Schnittlinie der beiden Flächen geneigt. Der in Fig. dargestellte Rührflügel erzeugt im Medium eine insgesamt zentrifugale Strömungskorrekturkomponente. Der in Fig. gezeigte Rührflügel erzeugt dagegen im Medium eine insgesamt zentripetale Strömungskorrekturkomponente„

Diese resultierenden Korrekturkomponenten sind darauf zurückzuführen, dass die Profildurchbiegung des Flügels und der Anstellwinkel des Profils in dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel von der Drehachse des Flügelrührers zum Rand der Rührflügel zunehmen, wobei auch die Auftriebsziffer Cz gleichsinnig zunimmt, während in dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel diese Grossen mit zunehmendem Abstand von der Drehachse f abnehmen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Flügel des Flügelrührers vorzugsweise mit Hilfsrudern und bzw. oder Hilfsklappen (im Folgenden "Leitelernente" genannt) ausgerüstet. Solche Leiteleraente besitzen Profile, die der Erzielung genau vorgegebener Spezifikationen für den einzelnen Einsatzfall dienen und nach diesen Vorgaben berechnet sind. Die Leitelemente werden wie die Hauptflügel aus Blechen durch Walzen oder Pressen geformt. Sie können an den Flügelspitzen, auf der Flügeloberseite und bzw. oder auf der Flügelunterseite angeordnet sein.

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Die Leitelemente können wie der Rührflügel selbst einer einfachen Verstärkung der axialen, zentrifugalen oder zentripetalen Wirkung des Flügels dienen, können jedoch auch der Erzeugung genau definierter und lokalisierter intensiver Turbulenzbereiche dienen.

In den Figuren 9 bis 13 sind einige (nicht erschöpfende) Ausführungsbeispiele für die Anordnung und Ausbildung solcher Leitelemente an den Rührflügeln des Flügelrührers der Erfindung dargestellt.

Das in der Fig. 9 gezeigte Leitelement dient der Veränderung der Auftriebsziffer und entspricht seiner Funktion und seinem Wesen nach den Höhenrudern der Flugzeugtragflächen. Die in Fig. 9 schematisch in perspektivischer Darstellung gezeigte Anordnung ist in Fig. 10 im schematischen Axialschnitt gezeigt. Das Leitelement i ist vorzugsweise an der Unterseite des Flügels e so befestigt, dass seine Achse die Achse des Flügels e schneidet, so dass eine zentripetale Wirkung erzielt wird. Das Leitelement i kann gleicherweise auch in der und als Verlängerung des Rührflügels e ausgebildet sein.

In der Fig. 11 ist eine Flügelausbildung gezeigt, mit der eine Zentrifugalwirkung erzielt werden soll. Das Leitelement j ist am äusseren Rand des Flügels (an der Flügelspitze) befestigt. Es hat die Form eines senkrecht stehenden Kreiszylindermantelausschnittes, der sowohl über die Unterseite als auch über die Oberseite des Flügels hinausragt. Die Gesamthöhe des Leitelementes j ist gleich der Länge der Sehne des Hauptflügels im Abstand 0,7 r von der Drehachse. Die konvexe Oberfläche des Leitelementes j ist der Drehachse des Flügels e zugekehrt. Eine Umkehrung der Wirkung des Leitelementes j, also eine zentripetale Wirkung des Leitelementes j wird erzielt, wenn dieses in der Weise um 180°

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verdreht am Flügel e befestigt ist, dass die konkave Fläche des Leitelementes j der Drehachse f zugekehrt ist.

Ein besonders einfach herstellbares Ausführungsbeispiel eines Rührflügels der Erfindung mit Leitelementen ist in Fig. 12 gezeigt. Der Hauptrührflügel e besteht aus einem Element, das gegebenenfalls sogar eben sein kann. An diesem Hauptelement, das sich vorzugsweise in der radialen Projektion ebenfalls von der Drehachse nach aussen trapezförmig verjüngt, sind abschnittweise ebene oder profilierte (im Axialschnitt gekrümmte) Leitelemente k befestigt, die alle in ein und derselben Richtung aus der Ebene oder Hauptebene des Hauptflügels e abgewinkelt sind. Jeweils zwischen zwei dieser Leitelemente k liegt je ein Leitelement k1 einer zweiten Gruppe von Leitelementen, die in gleicher Weise wie die Leitelemente k ausgebildet sind, jedoch in der entgegengesetzten Richtung gegen die Ebene oder Hauptebene des Hauptflügels e abgewinkelt sind.

Wenn der von sämtlichen in eine Richtung abgewinkelten Leitelementen erzeugte Auftrieb gleich dem Auftrieb sämtlicher der in die entgegengesetzte Richtung abgewinkelten Leitelemente ist und wenn jedes der Leitelemente nur massig lang ist, so wird die gesamte von diesen Leitelementen komplementär aufgenommene Energie in eine Turbulenz umgesetzt. Die Leitelemente k und k1 können sowohl in der in Fig. 12 gezeigten Weise an der Hinterkante des Flügels als auch an seiner Vorderkante,als auch an beiden Kanten des Flügels ausgebildet sein.

In der Fig. 13 ist eine Weiterentwicklung des in Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem jeder Rührflügel lediglich zwei Leitelemente m und m1 trägt, die in entgegengesetzter Richtung zur Hauptebene des Rührflügels abgewinkelt sind. Wenn der durch diese

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beiden Leitelemente insgesamt am Flügel zusätzlich erzeugte Auftrieb Null ist, wird insgesamt ein Rührflügel erhalten, der zwei einander gleiche und entgegengesetzte Strömungen im Medium erzeugt, eine zentrale und eine periphere .

Diese Ausbildung des Flügelrührers der Erfindung, bei der vorzugsweise mindestens zwei Flügelschrauben axial übereinanderliegend angeordnet sind, ist insbesondere zum Mischen nichtnewtonscher Flüssigkeiten geeignet. Bei dem in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Durchmesser des Flügelrührers im Gegensatz zu allen anderen Flügelrührern so gross gewählt werden, dass der Flügelrührer praktisch den gesamten Querschnitt des Mischgefässes c (Fig. 13) überstreicht. Bei dieser Ausbildung des Flügelrührers wird auch die Bildung toter Randzonen unter allen Umständen verhindert, während sich sonst solche toten Randzonen mitunter durch Schwellenwerte des Scherverhaltens der zu mischenden Flüssigkeiten bilden können.

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Claims

Patentansprüche

Flügelrührer zum Rühren eines in einem Gefäss befindlichen Mediums, insbesondere zur Herstellung von Mischungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührflügel so ausgebildet sind, dass sie in Richtung von der Drehachse zum Äussenrand des Flügels einen variablen Verlauf der Auftriebsziffer (Cz) aufweisen und je nach Art des radialen Gradienten der Auftriebsziffer durch Erzeugung einer zentrifugalen oder zentripetalen Stromungskomponente eine Äufweitung oder eine Verminderung der Aufweitung des durch den Flügelrührer im Medium erzeugten Strömungskegels bewirken können.
2. Flügelrührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass seine Rührflügel so profiliert sind, dass ihre Auftriebsziffer radial von der Drehachse zum Äussenrand des Flügels abnimmt und mit einer zentripetalen Stromungskomponente eine Verkleinerung des öffnungswinkels des vom Flügelrührer im gerührten Medium erzeugten Strömungskegels bewirkt werden kann.
3. Flügelrührer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührflügel eine relative Profildurchbiegung im Bereich von 2 bis 12 %, bezogen auf die Profilsehne, aufweisen und einen Anstell winkel im Bereich von 3^ebis 10° besitzen und diese Werte

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im Einzelfall so festgelegt werden, dass sie eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Veränderung der Auftriebsziffer des einzelnen Rührflügels zwischen 0,7 und 1,6 ermöglichen.
4. Verfahren zur Herstellung eines Flügelrührers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 durch zylindrisches und bzw. oder konisches Verformen einer zumindest angenähert trapezförmigen ebenen Platte durch Walzen und bzw. oder Pressen, dadurch gekennzeichnet , dass zu Beginn der Profilausformung die kürzere Basis des Trapezes in das Formgebungswerkzeug (die Wals oder die Presse) eingeführt wird, und zwar in der Weise, dass der Winkel (ß) zwischen der Achse der Profilkrümmung und der Mittellinie des Flügels (Profilwinkel) so gewählt ist, dass der Flügel, bezogen auf die Profilsehne, einen in radialer Richtung von der vertikalen Drehachse zum Aussenrand des Flügels abnehmenden Anstellwinkel und abnehmende Auftriebsziffern aufweist und dadurch eine zentripetale Strömungskorrektur bewirkt, die den öffnungswinkel des vom Flügelrührer erzeugten Strömungskonus verringert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die längere Basis des trapezförmig geschnittenen Flügelblechs als erste in das

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Formwerkzeug eingeführt wird, und zwar unter Einhaltung eines (negativen) Profilwinkels (ß) in der Weise, dass der auf die Profilsehne bezogene Anstellwinkel des Flügels radial von der Drehachse des Flügelrührers zum Aussenrand des Rührerflügeis zunimmt und auch die Auftriebsζiffer in dieser Richtung zunimmt und der Flügel dadurch eine zentrifugale Strömungskorrekturwirkung auszuüben vermag, die eine Vergrösserung des öffnungswinkels des durch den Flügelrührer erzeugten Strömungskegels bewirken kann.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das trapezförmige Flügelblech so profiliert wird, dass die Achse der Profilkrümmung und die Mittelachse des Flügels zusammenfallen (der Profilwinkel ß 0° ist) und auf diese Weise ein Flügelrührer hergestellt wird, der im Medium einen rein axialen Fluss mit rein zylindrischem Strömungsvolumen zu erzeugen vermag.
7. Verfahren zur Herstellung eines Flügelrührers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührerflügel mit einem gemischt zylindrisch-eben-konischen Profil ausgebildet werden, und zwar in der Weise, dass auf ein und demselben Rührerflügel aufeinanderfolgend ein zylindrischer Flächenabschnitt, ein ebener Flächenabschnitt, der tangential oder abgewinkelt gegen die Tangential-

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ebene des zylindrischen Flächenabschnitts in der Durchdringungslinie beider Flächenabschnitte sein kann, und ein konischer Flächenabschnitt ausgeformt werden und durch die spezielle Gestaltung dieser drei Flächenbereiche die jeweils vorgegebene radiale Einstellung der Auftriebsziffer des Rührflügels nach Belieben realisierbar ist.
8. Flügelrührer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Rührflügel mit Hilfsprofilen (Leitelementen) versehen sind, die der Verstärkung der axialen oder radialen Wirkung der Rührflügel und bzw. oder der Verstärkung der durch den Flügelrührer erzeugten Turbulenz dienen.
9. Flügelrührer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente den Höhenrudern oder Landeklappen von Flugzeugtragflügeln entsprechend ausgebildet sind und in der Verlängerung bzw. als Verlängerung der Oberseite und bzw. oder Unterseite mit konstanter oder variabler Profilsehne, bezogen auf die Profilsehne des Hauptflügels, ausgebildet sind.
10. Flügelrührer nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die der Erzeugung einer Turbulenz dienenden Leitelemente eine Folge

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ebener oder gekrümmter Profilelemente sind, die an der Hinterkante des Hauptrührflügels abwechselnd aufwärts zur Flügeloberfläche und abwärts zur Flügelunterfläche abgewinkelt angeordnet sind.
11. Flügelrührer nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , dass die Leitelemente an jedem Flügel des Rührers aus zwei in entgegengesetzter Richtung zur Hauptebene des Flügels abgewinkelten Elementen bestehen, die im Medium insgesamt einen Auftrieb Null erzeugen, so dass der Flügelrührer zwei einander entgegengesetzte gleich grosse Flüsse erzeugt, und zwar einen zentralen und einen peripheren.
12. Verwendung des Flügelrührers nach einem der Ansprüche

1 bis 3 oder 8 bis 11 in Mischern, insbesondere Turbomischern.

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