DE2803407C2 - Rührwerkzeug - Google Patents

Description

sin α

und

C₂ = vT (V^¹⁷F-arc tan"

mit α

Steigungswinkel der Schraubfläche für

— = 1, r = radialer Abstand eines Punktes der

Aufprallfläche von der Drehachse und ro = Außenradius der den Flügel tragenden Nabe.

In Rührern oder Mischern mit in einem rotationssymmetrischen E "hälter umlaufenden. Flügel aufweisenden Rührwerkzeug zur Durchmisohung und Homogenisierung eines zu behandelnden schüttfähigen Gutes wird das Rührwerkzeug im allgemeinen mit so hoher Geschwindigkeit betrieben, daß sich im Gut eine heftige Bewegung ergibt, die schließlich zur Ausbildung einer sogenannten Trombe führt. Diese Trombe bewirkt eine Umschichtung und Umverteilung des Gutes, die die Homogenisierung zur Folge hat.

Zur Erzielung der gewünschten Trombe ist es erforderlich, im Gut eine der Schwerkraft entgegengerichtete Bewegungskomponente zu erzeugen, weshalb die Rührflügel Aufprallflächen aufweisen, welche gegen die Rotationsebene entsprechend geneigt sind. Da die Beanspruchung von zu behandelndem Gut und Rührwerkzeug mit steigender Aufprallgeschwindigkeit zunimmt, ist es bekannt, entweder die Neigung der Aufprallfläche mit zunehmendem, radialen Abstand von der Drehachse abnehmen zu lassen oder die Flügel entgegen der Drehrichtung in der Rotationsebene zu krümmen, um die Aufprallwinkel zwischen Gut und Aufprallfläche entsprechend zu verringern.

Eine gute und schnelle Homogenisierung eines schüttfähigen Gutes läßt sich bekanntlich dann erreichen, wenn man in dem Gut einander entgegengerichtete Strömungen erzeugt, die eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen, an welcher die aneinander entlangstreichenden Partikel des Gutes sich miteinander vermengen oder vermischen. Die Ausbildung einer Trombe genügt diesem Ziel nur unvollkommen, da sich innerhalb einer Trombe das Gut mehr oder weniger gleichförmig bewegt, ohne daß es zur Ausbildung größerer Grenzflächen kommt, an denen Gut in unterschiedlichen Richtungen strömt.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß auch in horizontaler Richtung einander entgegengesetzt verlaufende Strömungen eine rasche Homogenisierung des Gutes bewirken können, dies besonders angesichts der üblicherweise relativ hohen Umlaufdrehzahlen des Mischwerkzeuges, Einander entgegengerichtete Strömungen in horizontaler Richtung lassen sich mit einem umlaufenden Mischwerkzeug erzeugen, das wenigstens zwei Flügel aufweist, die in der Drehebene in einander entgegengesetzten Richtungen sichelförmig gekrümmt sind. Ein solches Mischwerkzeug ist aus der GB-PS 5 56 343 bekannt.

ίο Das bekannte Mischwerkzeug kann die ihm zugedachte Aufgabe aber nur unvollkommen erfüllen. Durch seine Formgebung kommt es zu lokalen Staus im Gut, die eine rasche Homogenisierung verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mischwerkzeug der vorgenannten Art so zu verbessern, daß Staus im Mischgut weitestgehend vermindert sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Durch die Erfindung wird ein Mischwerkzeug angegeben, dessen Flügel solche Aufprallflächengeometrie haben, daß die radial gerichtete Geschwindigkeitskomponente, die dem Gut vermittelt wird, an allen Punkten, an denen das Gut auf die Flügel auftrifft, gleich groß ist Bei geeigneten Verschraubungswinkeln der Flügel wird im Gut zusätzlich zu der oszillierenden Bewegung eine Trombe erzeugt, die die gewünschte, eingangs erläuterte Umschichtung des Gutes zur Folge hat.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Rührwerkzeug mit zwei Flügelpaaren;

F i g. 2 ein Rührwerkzeug mit einem Flügelpaar;

F i g. 3 einen einzelnen Rührflügel in Draufsicht und

Fig.4 eine perspektivische Darstellung eines Rühr-Werkzeugs.

F i g. 1 zeigt ein Rührwerkzeug, bestehend aus zwei Rührflügelpaaren 1 und 2, die an einer gemeinsamen Nabe 3 in der gleichen, von der Nabe 3 senkrecht geschnittenen Ebene befestigt sind und innerhalb der Ebene gekrümmt sind. Die Uiv:!ai;frichtung des Rührwerkzeugs ist durch den Pfei! A gekennzeichnet. Wie ersichtlich, sind die Rührflügel 1 in Umlaufrichtung gekrümmt, während die Rührflüge! 2 entgegen der Umlaufrichtung gekrümmt sind, d. h. das freie Ende eines Flügels 1 ist voreilend, während das freie Ende eines Flügels 2 nacheilend ist. Eine von der Achse Oder Nabe 3 auf die Aufprallfläche zielende Radiallinie trifft bei einem Flügel 1 die Aufprallfläche von vorn, während sie die Aufprallfläche bei einem Flügel 2 von hinten durchstößt. Aus diesem Grunde verlaufen die radial gerichteten, im Gut erzeugten Bewegungskomponenten bezüglich der Flügel 1 nach innen, d. h. in Richtung auf die Achse O, bei den Flügeln 2 nach außen.
~ Ein Rührwerkzeug mit einer geraden Anzahl von Flügelpaaren, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, läßt sich ohne Berücksichtigung besonderer Auswuchtprobleme realisieren, da die rotationssymmetrische Anordnung der Flügel eines Flügelpaares eine symmetrische Ausrichtung der Schwerpunkte dieser Flügel in bezug auf die Rotationsachse A zur Folge hat.

Fig. 2 zeigt ein Rührwerkzeug von oben, welches lediglich zwei Flügel aufweist. Bei diesen Flügeln ist besondere Sorge zu tragen, daß die Schwerpunkte Sder Flügel 1 und 1' auf einer gemeinsamen Linie liegen, die die Achse O der Nabe 3 schneidet, und daß in diesen Schwerpunkten S gleichgroße Massen vereinigt sind, damit das Werkzeug im ganzen ausgewuchtet ist.

F i g. 3 zeigt einen einzelnen Flügel 1 an einer Nabe 3,

an welchem die spezielle Gestaltung der Aufprallfläche erläutert werden soll. Die Anströmgeschwindigkeit eines auf den Flügel 1 auftreffenden Teilchens zerlegt sich nach dem Vektordiagramm in einen tangential zur Aufprallfläche verlaufenden Vektor und einen senkrecht dazu verlaufenden Vektor. Der tangential zur Aufprallfläche verlaufende Vektor IaBt sich wiederum if; einen Vektor W_n der in einer durch den Aufprallpunkt verlaufenden Radiallinie liegt, und einen senkrecht dazu verlaufenden Vektor zerlegen. Die Aufprallf'äche ist, wie bereits erläutert, so gestaltet, daß der Vektor W_r für alle Auipi alipunkte gleichgroß ist.

Die Aufprallfläche selbst ist durch Verschraubung einer Spiralkurve C gebildet, die sich aus der Summe oder Differenze einer archimedischen Spirale G und einer Kreisevolvente C2 zusammensetzt. Hierbei genügt die archimedische Spirale der Gleichung

C₁=

(P-I)

10

15

sin ar
und C₂ der Gleichung

C₂ = YT(Vp² -1 - arc tan Yp² -1)

genügen. Hierbei bedeutet λ der Steigungswinkel der

Schraubfläche für ρ = hund ρ = —wobei r der radiale

"0

Abstand eines Aufprallpunktes zur Achse O und ro der Außenradius der Nabe 3 ist.
Durch die Verschraubung ergibt sich eine Neigung der A'-ifpiallfische gegen die Rotationsebene, welche zusätzlich eine Förderkompcnentc parallel zur Rotationsachse erzeug; und ate Tr'rmhirr.AUibiidiiiig fördert. Aus diesem Grunde geht auch der Winkel a in uie Beschreibung der Schraubfläche ein.

Da die Schraubfläche sowohl durch Summenb'ldung ais auch durch Differenzbildung von archimedischer Spirale und Kreisevolvente erzeugt werden !<ann, ergeben sich zwei Lösungen mit verschiedenen Radialkomponenten.

Die unter Summenbiidung erhaltene Schraubfläche weist eine flacher verlaufende Spirale auf, d. h. der Flügel ist stärker gekrümmt und die in radialer Richtung im Gut erzeugte Geschwindigkeitskomponente W_r ist bei gleicher Anströmgeschwindigkeit größer als bei einer unter Differenzbildung erhaltenen Schraubfläche. Eine größere Komponente W_r erzeugt eine größere Mischwirkung, durch den flachen Verlauf der Spirale ist jedoch der erreichbare maximale Radius bis zur Flügelspitze kleiner, so daß auch der Behälterdurchmesser im Verhältnis zum Nabendurd'-nesser kleiner ist. Die Anwendung der einen oder anderen. Ausführungsform hängt von der konstruktiven Gestaltung des Rührers und vom durchzuführenden Misch- und Rührprozeß ab.

Die räumliche Gestalt eines Rührwerkzeuges, dessen Rührflügel durch Verschraubung von Spiralkurven erhaltene Aufprallflächen aufweist, geht aus Fig.4 anschaulich hervor. Rotiert dieses Rührwerkzeug von oben gesehen im Uhrzeigersinn, rufen die Flügel neben den radial gerichteten Geschwindigkeitskomponenten auch nach oben gerichtete Geschwindigkeitskomponenten hervor.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Umlaufendes Rührwerk für einen Mischer oder Rührer mit wenigstens einem Paar in der Drehebene in einander entgegengesetzten Richtungen sichelförmig gekrümmter Rührflügel, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufprallfläche eines Rührflügels eine Schraubfläche ist, die durch Verschraubung einer Spiralkurve C gebildet ist, die der Beziehung C = Q ± Ci gehorcht, worin