-
Rührvo rri chtung
-
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Vermischen von in einem Behälter, in einer Kolonne o.dgl.
-
befindlichen Stoffen, von denen wenigstens einer in flüssiger oder
fließfähiger Phase vorliegt, und zum Homogenisieren von Stoffgemischen mit wenigstens
einer flüssigen oder fließfähigen Komponente, mit einem motorischen Antrieb für
eine in den Behälter bzw. in die Kolonne ragende Rührwelle, die wenigstens ein Rührwerkzeug
mit blattförmigen Flügeln trägt, deren quer oder schräg zu der Rührwelle angeordnete
Flächen zur Rotationsachse des Rührwerkzeugs-in einem Anstellwinkel verlaufen.
-
Die bei derartigen Vorrichtungen verwendeten Rührwerkzeuge können
blatt- oder scheibenförmig oder auch als Propeller-, Anker-, greuzbalkenrührer o.dgl.
ausgebildet sein. Nachteilig ist bei herkömmlichen Vorrichtungen, wie sie z.B.
-
in den US-PS 2 657 912 und 3 163 403 sowie in dem DT-GN 1 830 840
beschrieben sind, daß im wesentlichen oit nur eine um die Drehachse rotierende Strömung
im Behälter
erzeugt wird, obwohl zum Homogenisieren oder doch annähernd
gleichmäßigen Verteilen des Mischguts eine zusätzliche Axialströmung wichtig ist.
bereits bei kleinen Dichteunterschieden der zu vermischenden Stoffe oder Komponenten
findet vielfach keine ausreichende Verwirbelung statt.
-
Bei einer Mischvorrichtung gemäß US-PS 2 315 251 sind zwischen gleichsinnig
übereinander angeordneten Rührflügeln jeweils feststehende Leitflächen mit entgegengesetztem
Anstellwinkel angeordnet, um eine vermehrte Turbulenz zu erreichen. Dies erschwert
Jedoch die Verwendung, Reinigung und Wartung der Mischvorrichtung außerordentlich.
Auch können die auftretenden Schergeschwindigkeiten für manche Produkte unzulässig
groß sein.
-
Man hat ferner versucht, eine bessere Verteilung von flüssigen oder
fließfähigen Stoffen durch Verwendung von Rührwerkzeugen mit ebenen Flugelabschnitten
zu erzielen, deren Anstellwinkel jeweils bei radial und/oder axial benachbarten
Abschnitten wechselt. Beispiele hierfür sind der US-PS 3 071 352 und der DT-PS 1
295 524 zu entnehmen. Solche Vorrichtungen sind in der Fertigung wenig problematisch,
da sich die einzelnen Flügelabschnitte auf Radialarmen quer zur Rührwelle befestigen
lassen. Andererseits bilden eben diese Befestigungen zahlreiche tote Winkel, an
denen sich Mischgut ansetzen kann und die eine gute Reinigung stark behindern.
-
Für die Verwendung z.B. in der Lebensmittelindustrie oder in der Pharmazie
sind jedoch strenge hygienische Anforderungen zu erfUllen, denen solche REhr- bzw.
Nischgeräte nicht genügen können.
-
Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, diese und weitere Nachteile
des Standes der Technik mit einfachen, wirtschaftlichen Mitteln zu überwinden und
eine verbesserte RUhr- und
Mischvorrichtung zu schaffen, die mit
geringem Konstruktions-und Fertigungsaufwand herstellbar ist sowie das rasche Vermischen
von flüssigen bzw. fließfähigen Stoffen mit hohem Homogenisierungsgrad bei kleinem
Leistungsbedarf zuverlässig ermöglicht und deren Wartung bzw. Reinigung ohne Schwierigkeiten
bewerkstelligt werden kann, so daß der Einsatz gerade auch bei gesteigerten hygienischen
Ansprüchen erfolgen kann.
-
Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß jeder Flügel Flügelflächen aufweist, die zumindest innerhalb eines
wesentlichen Bereichs seiner Radialerstreckung kontinuierlich zwei definierte Anstellwinkel
zur Rotationsachse bilden.
-
Anders als bei bekannten Mischvorrichtungen mit Rührelementen, deren
Blätter oder Blattabschnitte stets nur einen durchgehenden Anstellwinkel aufweisen,
ist erfiniungsgemäß ein Ruhrwerkzeug vorgesehen, das in einem wesentlichen Radialbereich
durchgängig zwei Anstellwinkel hat, so daß zumindest in diesem Bereich zwei Abreißkanten
für die Strömung vorhanden sind und infolge der unterschiedlichen Anstellwinkel
auch unterschiedliche Förderrichtungen mit entsprechend gesteigerter Turbulenz entstehen.
Dank dieser überraschend einfachen Maßnahme wird daher eine ungewöhnliche Verbesserung
der Mischwirkung erzielt.
-
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Flügel in
dem Radialerstreckungsbereich derart verbunden, abgekantet, gebogen oder gewölbt
sind, daß die eine Flügelfläche mit dem einen Anstellwinkel radial oder schräg an
die andere Flügelfläche mit dem anderen Anstellvinkel anschließt.
-
Die Flügelflächen könnten im Prinzip auch getrennt nebeneinander angeordnet
sein. Sind sie einstückig, so sind Fertigung und Montage Jedoch stark vereinfacht.
Je nach Anwendungszweck können dabei die verschiedensten Formgests
tungen
benutzt werden.
-
Vorteilhaft weisen die Flügel in Radialrichtung oder schräg dazu abgekantete
Flügelflächen auf. Diese Gestaltung ist konstruktiv besonders einfach. Sie ergibt
glatte Oberflächen, die selbst in der vorhandenen Hohlkehle leicht und gründlich
gereinigt werden können.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können die Flügel wenigstens
zwei ebene, durch Abkantungen bzw. Knicke aneinander anschließende Teile aufweisen.
Dadurch wird die Möglichkeit der Abwechslung der Förderrichtungen noch vermehrt.
Auch hierbei ist jedoch eine Fertigung ohne großen Aufwand gut durchführbar.
-
Ferner kann jeder Flügel zwei im Winkel zueinander stehende, denselben
Radialerstreckungsbereich einnehmende ebene Flügelflächen haben. Ist also ein fester
Knickwinkel vorhanden, so sind bestimmte Förderrichtungen von vornherein vorgegeben.
-
Dies ermöglicht einen optimalen Wirkungsgrad mit guter Anpassung an
die benutzte Behältergestaltung.
-
Der Knickwinkel kann jeweils im Bereich von etwa 300 bis 1500 liegen,
vorzugsweise bei etwa 900, so daß die Förderrichtungen bevorzugt entgegengerichtet
verlaufen, z.B. aufwärts/abwärts.
-
Die große Axialkomponente der Strömung bewirkt eine entsprechend starke
Turbulenz.
-
Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die nahe der Rührwelle
angeordneten Flügelflächen in Rotationsrichtung größeren Querschnitt als die radial
außen befindlichen Flügelflächen besitzen, erzielt man eine stärkere Schub- bzw.
Saugwirkung auch an den radial inneren, mit geringerer Bahngeschwindigkeit rotierenden
Flügelteilen.
-
Nach der Erfindung können ferner zumindest radial äußere Flügelflächen
mit Ausnehmungen z.B. in Form von Löchern,
Schlitzen o.dgl. versehen
sein, was für den Durchtritt von Rührgut insbesondere bei zähen Stoffen vorteilhaft
ist, weil man so eine noch bessere Durchmischung erzielt.
-
Günstig für Montage und Demontage ist es, wenn die Rührwerkzeuge nach
der Erfindung zweiflügelig ausgebildet sind, insbesondere mit je zwei sich gegenüberstehenden
Flügeln. Für gewisse Anwendungen kommen jedoch auch drei-, vier- und mehrflügelige
Rührwerkzeuge in Betracht. Bei einer speziellen Ausführungsform tragen die Rührwerkzeuge
Paare von jeweils ungleich langen Flügeln mit entgegengesetzt gleichen Unwuchtmomenten,
wobei eine dynamische Auswuchtung in bekannter Veise möglich ist. Die ungleiche
Flügel-Radialausdehnung sorgt für verstärkte Turbulenz namentlich in höherviskosen
Medien. Im Extremfall können die Rührwerkzeuge einflügelig ausgebildet und mit Unwucht-Ausgleichsteilen
versehen sein, so daß der Rühr- bzw. Mischvorgang mit beträchtlicher Leistungsersparnis
vor sich gehen kann.
-
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können die Rührwerkzeuge
chemisch resistente Oberflächen haben, insbesondere durch einen Überzug z.B. aus
Email oder Polytetrafluoräthylen, oder indem die Rührwerkzeuge aus rostfreiem Stahl
bestehen. Ihre Verwendung ist daher auch beim Vermischen aggressiver Stoffe möglich.
-
Eine wichtige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die an
einen inneren Knick anschließenden Flügelflächen und/oder an sie über einen äußeren
Knick anschließende Randteile einen weiteren Anstellwinkel zur Rotationsachse bilden.
Diese in Konstruktion und Fertigung ebenfalls recht einfache Maßnahme erschließt
die Möglichkeit einer zusätzlichen Förderrichtung mit noch weiter gesteigerter Verwirbelung.
-
Günstig ist es, wenn die Flügel außerhalb des Radialerstreckungsbereichs
Verlängerungsansätze tragen, die eine erhöhte Mischwirkung auch in den Randzonen
gewährleisten. Diese Ansätze
können eine innerhalb des Radialerstreckungsbereichs
befindliche Flügelfläche kontinuierlich fortsetzen, was eine einstückige und daher
kostensparende Fertigung ermöglicht.
-
Sind die Ansätze nach der Erfindung eben ausgebildet und fluchten
sie mit der radial weiter innen befindlichen Flügelfläche, so hat man ein außerordentlich
einfach gestaltetes und mit geringstem Aufwand herstellbares Rührwerkzeug, dessen
Flügel beispielsweise Trapezform haben können und das sich für die verschiedensten
Anwendungen eignet.
-
Erfindungsgemäß ist Jedoch auch vorgesehen, daß die Ansätze entgegen
der Kniokrichtung der radial weiter innen befindlichen Flügelfläche abgekantet sind.
Sie bilden dann z.B, Schaber, die an der Behälterinnenwand entlangfahren und die
dortige Grenzschicht des Mischgutes fortgesetzt abheben.
-
In Jedem Falle kann ein dritter Anstellwinkel, der beliebig wählbar
ist, eine dritte Richtungskomponente in die Strömung bringen, was zu noch schnellerer
und innigerer Vermischung des Kehrgut8 beiträgt.
-
Bei einer Vorrichtung der vorstehend genannten Art mit wenigstens
zwei in axialem Abstand auf der Rührwelle angeordneten Rührwerkzeugen, deren axial
und/oder radial benachbarte Flügel oder Flügelteile gegealOufig angestellt sind,
können nach der Erfindung zumindest die innerhalb des Radialerstreckungsbereichr
befindlichen axial benachbarten Flügelflächen zumindest mit dem einen Anstellwinkel
zur Rotationsachse Jeweils zueinander entgegengesetzt angeordnet sein.
-
Der andere Anstellwinkel kann ebenfalls an axial und/oder radial benachbarten
Flügelflächen entgegengerichtet sein, doch ist das nicht erforderlich. Es sind daher
die unterschiedlichsten Paar-Kombinationen möglich. Je nach Anzahl der Rührwerkzeuge
ist eine gestufte Doppel-Turbulenz in Jeder Rotationsebene gegeben. Solche Anordnungen
sind namentlich für Großrtilirwerke in der chemischen und Grund-.
-
ßtoff-Indugtrie zum schnellen Homogenisieren der Prozeßkotponenten
gut geeignet.
-
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Kombinationsmöglichkeiten und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Darin zeigen: Fig.
1 eine Schema-Ansicht einer erfindungsgemäßen, an einem Behälter angebrachten Rührvorrichtung,
Fig.2a eine Seitenansicht eines Rührwerkzeugs nach der Erfindung, Fig.2b eine abgewandelte
Ausführungsform eines Rührwerkzeugs gemäß der Erfindung, Fig. 3 eine Seitenansicht
der Rührwelle einer erfindungsgemäßen Rührvorrichtung mit axial abwechselnd angestellten
Ruhrwerkzeugen, Fig.4a eine Seitenansicht bzw. Draufsicht eines vierflügeligen und
4b Rührwerkzeuges nach der Erfindung, Fig.Sa Eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht
eines dreiflü-und 5b geligen Rührwerkzeugs nach der Erfindung, Fig.6a eine Seitenansicht
bzw. eine Draufsicht eines zweiflü-und 6b geligen Rührwerkzeugs nach der Erfindung,
Fig.6c eine Schnittansicht entsprechend der Linie A-A in Fig. 6a, Fig.6d eine Schnittansicht
entsprechend der Linie B-B in Fig. 6b, Fig. 7 eine Teil-Seitenansicht einer anderen
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rührwerkzeugs, Fig. 8 eine Teil-Seitenansicht
einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rührwerkzeugs, Fig. 9 eine
Teil-Seitenansicht eines Rührwerkzeugs ähnlich Fig. 6a, jedoch mit einer Oberflächenbeschichtung,
und Fig.iOa eine Teil-Seitenansicht bzw. Teil-Draufsicht auf noch und lOb eine andere
Ausführungsform eines Rührwerkzeugs nach der Erfindung.
-
Den prinzipiellen Aufbau einer Rührvorrichtung nach der Erfindung
veranschaulicht Fig. 1. An einem Behälter 1 ist ein Rührwerk 2 angeflanscht, dessen
Antrieb 3 eine RUhr- und Mischwelle 4 in Umdrehung versetzt. Auf der Welle 4 kann
wenigstens ein Rührwerkzeug angeordnet sein; im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind
in axialem Abstand zwei zweiflügelige Rührelemente um 900 zueinander winkelversetzt
angeordnet. Jedes Rührwerkzeug 5 ist mit einer Nabe 6 an der Welle 4 befestigt und
besitzt
Flügel 7, die in verschiedenster Weise gestaltet sein können.
-
Wie sich aus den weiteren Abbildungen ergibt, ist für Rührwerkzeuge
5 nach der Erfindung kennzeichnend, daß sie verschiedene Flügelflächen 8,9,10,13
aufweisen, die zumindest in einem wesentlichen Radialerstreckungsbereich E doppeltgängig
angestellt sind, d.h. zur Rotationsachse zwei verschiedene Anstellwinkelt (Fig.
6c) und p (Fig. 1) aufweisen.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2a sind an der Nabe 6 zwei sich gegenüberstehende
Flügel 7 befestigt, an deren radial innere Flügelfläche 8 eine abgekantete Flügelfläche
9 anschließt, welche sich wiederum in einer zur inneren Flügelfläche 8 parallel
abgekanteten äußeren Flügelfläche 10 fortsetzt. Die durch Pfeile angedeuteten Förderrichtungen
sind daher an den Flügelfläche 8 und 10 entgegengesetzt zu jener der Flügelfläche
9. Infolge der Abkantungen 11 bzw. 12 sind nicht nur in dem durch die innere Flügelfläche
8 vorgegebenen Radialerstreckungsbereich E, sondern auch bis zum äußeren Ende der
mittleren Flügelfläche 9, d.h. bis zum Radius R, jeweils zwei im Winkel zueinander
stehende Flügelflächen mit unterschiedlichem Anstellwinkel zur Rotationsachse wirksam.
-
Die überstehenden Teile der äußeren Flügelfläche 10 wirken als Rand-Ansätze
13 des Rührwerkzeugs 5, und zwar im Ausführungsbeispiel von Fig. 2a mit der gleichen
Förderrichtung wie die inneren Flügelflächen 8.
-
Eine vereinfachte Ausführungsform ist in Fig. 2b dargestellt.
-
Hier hat das Ruhrwerkzeug 5 an der Nabe 6 einen Flügel 7 mit zwei
ebenen, an einem Knick 11 abgekanteten Flügelflächen 8 bzw. 9. Als Unwucht-Ausgleichsteil
ist gegenüber dem Flügel 7 eine Gegengewichtsfläche 15 angebracht, deren Anstellwinkel
mit jenem der inneren Flügelfläche 8 übereinstimmen kann, aber nicht muß. Die Förderrichtungen
der Flächen 8 und 15 verlaufen, wie durch Pfeile angedeutet, entgegengesetzt zur
Förderrichtung der äußeren Flügelfläche 9.
-
Man erkennt aus Fig. 3, daß axial übereinander angeordnete Flügel
7a, 7b, 7c jeweils mit abwechselndem bezw. entgegengesetztem Anstellwinkel an der
Welle 4 befestigt sein können.
-
Die Förderrichtungen der inneren Flügelflächen 8a, 8a, 8c einerseits
und der äußeren Flügelflächen 9a, 9b, 9c andererseits wechseln daher von Rotationsebene
zu Rotationsebene ab.
-
Zusätzlich können, ähnlich wie in Fig. 1, die einzelnen Rührwerkzeuge
5a, 5b, 5c zueinander auch noch in Umfangsrichtung winkelversetzt sein, und zwar
je nach der Anzahl der Flügel 7a, 7b, 7c jedes der Rührwerkzeuge 5a, 5b, 5c um verschieden
große Winkel, die beispielsweise 600, 900 oder 1200 betragen können.
-
In den Fig. 4a und 4b ist ein vierflügeliges, an jedem Flügel 7 zweifach
abgeknicktes Rührwerkzeug 5 dargestellt. Man erkennt, daß bei dieser Ausführungsform
der wesentliche Radialerstreckungsbereich E, in dem jeder Flügel 7 kontinuierlich
zwei Anstellwinkel aufweist, zwischen dem Beginn des Knicks 11 und dem Ende des
Knicks 12, also radial weiter außen liegt, da die innere Flügelfläche 8 einen ebenen,
nach Art eines herkömmlichen Steilpropellers mit vorgegebenem Anstellwinkel an der
Nabe 6 befestigten Flügelteil bildet. Auch in diesem Falle bilden die über den Radialbereich
E überstehenden Teile der äußeren Flügelflächen 10 Ansätze 13, deren Förderrichtung
zu Jener der Flügelflächen 8 und 9 entgegengerichtet verläuft.
-
Ein dreiflügeliges Rührwerkzeug 5 ist in Fig. 5a und 5b gezeigt.
-
Bei dieser Ausführungsform hat jeder Flügel 7 eine an der Nabe 6 genähert
tangential ansetzende Knickkante 11, welche über die gesamte Radialerstreckung E
des Flügels 7 reicht und die zueinander im Knickwinkelx stehenden Flügelflächen
8, 9 verbindet. Eine solche Flügelgestaltung ist besonders wirtschaftlich herstellbar
und z.B. auch für Rührwerkzeuge mit zwei, vier oder mehr Flügeln geeignet.
-
Die Fig. 6a bis 6d veranschaulichen eine zweiflügelige Konstruktion,
bei welcher die über einen Knick 11 an die innere Flügelfläche 8 des Flügeis 7 anschließende
äußere Flügelfläche 9 in ihrer Ebene über den Radialerstreckungsbereich E hinaus
trapezfdrmig fortgesetzt ist. Diese auch in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform
hat den Vorteil einer einfachen, material- und kostensparenden Fertigung und eines
hohen Wirkungsgrades, wobei die äußeren Flügelflächen 9 mit ihren Ansätzen 13 in
Axialrichtung entgegengesetzt zu den inneren Flügelflächen 8 fördern. Letztere sind
vorzugsweise mit einem Anstellwinkel OC von etwa 450 an der Nabe 6 befestigt (Fig.
6c), und der Knickwinkel >c zwischen den Flügelflächen 8 und 9 beträgt vorzugsweise
900 (Fig. 6d).
-
Um nahe der Nabe 6 an den mit geringerer Bahngeschwindigkeit umlaufenden
Teilen des Rührflügels 7 eine vergrößerte Förderwirkung zu erzielen, ist gemäß Fig.
7 vorgesehen, die innere Flügeifläche 8 mit Auswölbungen 18 zu versehen, so daß
sie einen größeren Querschnitt hat als die mittlere bzw. größere Flügelfläche 9,
welche in diesem Ausführungsbeispiel ebenso wie gemäß Fig. 8 und 9 wiederum trapezförmig
ausgebildet ist.
-
Bei der Ausführungsform von Fig. 8 sind die Flügel 7 des Rührwerkzeugs
5 allgemein ähnlich gestaltet wie in Fig. 6a bzw.
-
6b, jedoch zusätzlich mit Ausnehmungen 14 versehen, welche die Form
von Bohrungen, LanglUchern, Schlitzen usw. haben können und den Durchtritt des RUhr-
bzw. Mischguts gestatten, was insbesondere zweckmäßig ist, wenn letzteres eine hohe
Zähigkeit besitzt. Anstelle der in Fig. 8 gezeichneten gleichgroßen Ausnehmungen
14 ist es auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, solche Ausnehmungen in unterschiedlicher
Größen- und Formverteilung auf den Flügeln 7 anzubringen, auch auf nur einer seiner
Flügelflächen 8 oder 9.
-
Das in Fig. 9 dargestellte Rührwerkzeug 5 unterscheidet sich von den
vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, daß auf jedem der aus den Flügelflächen
8 und 9 bestehenden Flügel 7 eine chemisch resistente Oberflachenbeschichtung 16
angebracht ist, welche die Form eines Dberzuges aus Emaille, Polytetrafluoräthylen,
Gummi, Eunstgunmsli usw. haben kann. Alternativ ist es auch möglich, das ganze Rührwerkzeug
5 aus rostfreiem Stahl zu fertigen.
-
Noch eine andere Gestaltung ist aus Fig. 10a und 10b ersichtlich.
-
Hierbei trägt das Ruhrwerkzeug 5 Flügel 7, welche außer einer inneren
Flügelfläche 8 und einer daran anschließenden, trapezförmigen Flügelfläche 9 noch
Ansätze 13 aufweisen, die achsparallel angeordnet sind, vorzugsweise bis zur Wand
eines Behälters 1 (Fig. 1) reichen und mit der Tangentialrichtung des Rührflügels
den Winkel einschließen. In diesem Falle bestehen nicht nur innerhalb des Radialerstreckungsbereichs
E zwei verschiedene Anstellwinkel, da die Flügelflächen 8 und 9 über den Knick 11
aneinander anschließen, sondern es ist am Außenteil jedes Flugels durch den schräg
im Winkel g angestellten Schaber-Ansatz 13 ein weiterer Winkel-Verwirbelungsbereich
vorhanden. Dabei ist anzumerken, daß ein solcher Schaber 13 mit seiner radial inneren
Begrenzung auch anders geformt und beispielsweise bis an das Ende des Radialerstreckungsbereichs
E führen kann, wie das in Fig. 1Oa gestrichelt angedeutet ist.
-
Zahlreiche andere Gestaltungen sind ebenfalls möglich, wobei die Wahl
von der jeweiligen Mischaufgabe, dem verfügbaren Behälter, der Antriebsleistung
und weiteren Parametern abhängt.