DE2951937C2

DE2951937C2 -

Info

Publication number: DE2951937C2
Application number: DE2951937A
Authority: DE
Inventors: Erwin J. Penfield N.Y. Us Nunlist; Franklyn J. Amorese; Vincent J. Greece N.Y. Us Piarulli
Original assignee: Pfaudler Co Inc
Current assignee: Pfaudler Inc
Priority date: 1979-09-17
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1990-07-19
Also published as: BR8001978A; US4264215A; MX150677A; DE2951937A1; JPS5644034A; GB2034187B; JPS6236734B2; GB2034187A

Description

Die Erfindung betrifft einen Impellerrührer, der durch ein Mannloch in einen geschlossenen Behälter einbringbar ist und der an einer Welle befestigbar ist, mit einer eine zentrale Bohrung aufweisenden Nabe und mit vier sich von der Nabe nach außen erstreckenden Rührrahmen, die starr auf der Nabe befestigt sind.

Ein bekannter Impellerrührer dieser Art (US-SP 21 51 146) findet normalerweise an Anklemm-Rührwerken Verwendung, welche beispielsweise am Rand eines offenen Behälters befestigt werden. Bei derartigen Rührwerken ist der Durchmesser des Impellerrührers regelmäßig kleiner als der Durchmesser des Getriebemotors, und der Impellerrührer wird vor der Montage an einem Behälter mit der Rührerwelle verschweißt. Deshalb ist dieser Vorveröffentlichung keine Anregung zu entnehmen, wie ein Rührer in ein Mannloch einbringbar ist, falls der Durchmesser des Rührers größer als die größte Querschnittsabmessung des Mannlochs ist. In Verbindung mit einem anderen bekannten Impellerrührer ist es ferner bekannt, auswechselbare Rührflügel in Verbindung mit einer Keilverzahnung vorzusehen, wobei die Anordnung von mehreren Dichtungen erforderlich ist, um ein Eindringen von korrodierendem Produktmedium nach Möglichkeit zu verhindern, was insbesondere bei emaillierten Rührern von Interesse ist (US-PS 28 11 339). Deshalb fanden in der Praxis bisher in der Hauptsache einstückige Konstruktionen von emaillierten Rührereinheiten Verwendung, bei denen dann bei geschlossenen Rührwerken der Nachteil in Kauf genommen werden mußte, daß entweder nachteilig große Mannlochstutzen vorgesehen werden mußten oder nur einstückige Rührer mit verhältnismäßig geringem Rührflügeldurchmesser durch den Mannlochstutzen bei der Montage eingebracht werden konnten.

Einrückige emaillierte Rührwerkbehälter finden in der chemischen, der pharmazeutischen und in der Nahrungsmittelindustrie Verwendung und können einen Inhalt von 10 000 oder mehr Litern besitzen. Derartige Rührwerkbehälter sind ferner oft für einen verhältnismäßig hohen Innendruck ausgelegt. In derartigen Rührwerkbehältern ist es wünschenswert, die Länge der Dichtungsflächen so klein wie möglich zu halten und deshalb auch die Abmessung der Einsetzöffnung für den Rührer so klein wie möglich zu halten.

In derartigen Rührwerkbehältern verwandte Impellerrührer können einen effektiven Durchmesser aufweisen, der etwa 40 bis 60% des Behälterdurchmessers beträgt. Deshalb besteht die praktische Schwierigkeit, einen verhältnismäßig großen Impellerrührer in eine Behälteröffnung einzuführen, die nicht größer als beispielsweise eine übliche Mannlochöffnung ist.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit ist es bereits bekannt, getrennte Nabenelemente zu verwenden, von denen jedes einen oder zwei Rührflügel des Impellerrührers aufweist, und welche Elemente durch ein Mannloch eingeführt werden können. Diese unterteilten Nabenelemente werden dann in dem Rührwerkbehälter an dem Ende der Rührerwelle angebaut, indem sie damit verschraubt oder verklemmt werden. Diese Konstruktion bedingt jedoch gewisse Nachteile, insbesondere weil die Befestigungsmittel sich lockern können, und weil die dafür verwendbaren korrosionsbeständigen Metalle eine verhältnismäßig geringe mechanische Festigkeit aufweisen und im allgemeinen sehr teuer sind. Ferner bilden derartige vorspringende Befestigungselemente Ansatzstellen für das Produkt, was insbesondere in Polymerisationsbehältern nachteilig ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, mehrere Naben vorzusehen, von denen jede einen oder zwei Flügel des Impellerrührers aufweist. Diese Elemente können durch ein Mannloch eingeführt werden und werden an der Rührerwelle untereinander angeordnet, um einen ausgewuchteten Impellerrührer mit vier Rührflügeln herzustellen (US-PS 34 94 708). Ein Vorteil dieser Konstruktion ist ebenfalls darin zu sehen, daß die freiliegenden Oberflächen emailliert sind. Auch bei dieser Konstruktion besteht die Schwierigkeit, daß eine zuverlässige Abdichtung und eine wirtschaftliche Herstellung nicht ohne weiteres möglich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Impellerrührer der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß bei möglichst wirtschaftlicher Konstruktion und Herstellung die Möglichkeit besteht, den Rührer in ein Mannloch einzubringen, obwohl sein effektiver Durchmesser beträchtlich größer als die größte Querschnittsabmessung des Mannlochs ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Besondere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß es möglich ist, einen größeren Rührerdurchmesser oder eine geringere Größe des Mannlochs vorzusehen. Durch eine geringere Größe des Mannlochs ergibt sich eine geringere Dichtungslänge, was bei derartigen Rührwerkbehältern wichtig ist, da diese abwechselnd bei verhältnismäßig hohem Überdruck oder bei Unterdruck betrieben werden. Durch einen größeren Rührerdurchmesser ergibt sich andererseits ein verbesserter Rühreffekt. Ferner verbraucht ein derartiger Impellerrührer nicht so viel Leistung wie ein Rührer mit vier Rührarmen, die jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind und denselben effektiven Durchmesser bilden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines einteiligen Rührwerkbehälters, von dem Wandteile weggebrochen sind, in dem ein Impellerrührer gemäß der Erfindung angeordnet ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Rührflügeleinheit eines Impellerrührers gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Seitenansicht; und

Fig. 4 eine Darstellung, die zur Erläuterung der Einführung der Rührflügeleinheit durch ein Mannloch dient.

Fig. 1 zeigt einen Impellerrührer, der eine abtrennbare Rührflügeleinheit 10 mit vier Rührflügeln 26, 28, 30, 32 aufweist. Die Rührflügeleinheit 10 ist an dem unteren Ende einer Rührerwelle 10 in einem einstückigen Druckgefäß 12 befestigt. Der Rührwerkbehälter kann ein üblicher emaillierter Rührwerkbehälter sein, der für einen verhältnismäßig hohen Innendruck ausgelegt ist und einen Inhalt von größenordnungsmäßig 10 000 Liter besitzt. An derartigen Rührwerkbehältern ist beispielsweise ein Stutzen 14 für einen Stromstörer oder ein Thermometerrohr angeordnet, sowie ein Stutzen 16 für die Aufnahme der Rührerwelle 18. Derartige Rührwerkbehälter sind ferner durch einen Mannlochstutzen 20 zugänglich. Derartige Mannlochöffnungen sind meist oval ausgebildet und besitzen eine maximale Abmessung von 360 mm, oder besitzen einen Durchmesser bis zu 600 mm. Am Boden des Behälters ist normalerweise ein Auslaßstutzen 22 angeordnet. Alle Behälterstutzen können abgedichtet werden und als Dichtung für die Rührwelle 18 findet normalerweise eine nicht dargestellte Gleitringdichtung Verwendung.

Da der effektive Duchmesser des Rührflügels eines Impellerrühers vorzugsweise 40-60% des Behälterdurchmessers beträgt, ist es bei den bekannten Rührerkonstruktionen erforderlich, mehrteilige Rührflügelelemente vorzusehen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dagegen eine einteillige Rührflügeleinheit 10 vorgesehen, deren Ausbildung aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die vier Rührflügel 26, 28, 30 und 32 sind an einer Nabe 24 angeordnet. Vorzugsweise sind alle Rührflügel in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise gekrümmt ausgebildet. Die Rührflügel sind paarweise angeordnet, so daß sich jedes Flügelpaar im wesentlichen von entgegengesetzten Seiten der Nabe erstreckt. Bei Betrachtung von Fig. 2 verläuft die Drehrichtung des Rührers im Gegenuhrzeigersinn.

Die dargestellte Anordnung der Rührflügel an der Nabe ergibt eine ausgewuchtete Struktur. Winkel B zwischen dem vorlaufenden Rührflügel 26 beziehungsweise 30 und dem nachlaufenden Flügel 28 beziehungsweise 32 des anderen Flügelpaars liegt zwischen 105 und 130° und beträgt vorzugsweise etwa 120°. Der Winkel A zwischen den beiden Flügeln eines Flügelpaars liegt zwischen 50 und 75° und beträgt vorzugsweise etwa 60°.

Bei einer derartigen Anordnung der Rührflügel an der Nabe 24 ergibt sich ein im wesentlichen rechteckförmiger Grundriß der Rührflügeleinheit. Die äußeren Enden 36, 38, 40 und 42 jedes Rührflügels liegen in den Ecken eines Rechtecks und der effektive Durchmesser der Rührflügel entspricht der Länge der Diagonalen dieses Rechtecks. Dieser effektive Durchmesser kann wesentlich größer als die größte Mannlochöffnung sein, weil es ohne weiteres möglich ist, diese Rührflügeleinheit durch eine Öffnung mit relativ kleineren Abmessungen einzuführen.

Vorzugsweise sind die Rührflügel wie in Fig. 2 derart gekrümmt ausgebildet, daß die größte vorhandene Mannlochöffnung ausreicht, die Rührflügeleinheit einzuführen. Diese Mannlochöffnung muß eine Abmessung aufweisen, die etwa gleich dem Abstand 44 entspricht, der zwischen dem Ende des führenden Flügels jedes Flügelpaars und dem nachlaufenden Flügel vorhanden ist.

Bei gekrümmten Rührflügeln muß der tatsächliche Innendurchmesser der Mannlochöffnung etwas größer als theoretisch sein, um die Wanddicke des Behälters zu berücksichtigen und die Tiefe irgendeines um die Mannlochöffnung 20 angeordneten Bunds. Dies ist deshalb der Fall, weil die Rührflügeleinheit gedreht wird, wenn sie durch die Mannlochöffnung eingeführt wird.

Um die in Fig. 2 dargestellte Rührflügeleinheit durch eine Mannlochöffnung 20 einzuführen, wird sie in die in Fig. 4 dargestellte Lage gebracht und bei gleichzeitiger Durchführung einer Drehbewegung hineinbewegt. Dabei wird zuerst das Ende 38 des Flügels 28 an einer Seite der Mannlochöffnung eingesetzt und die Rührflügeleinheit wird im Uhrzeigersinn gedreht, während das Ende 38 und ein Teil des Flügels 28 eingeführt werden. Das Ende 36 des Flügels 26 gelangt dabei durch die gegenüberliegende Seite der Mannlochöffnung. Die Rührflügeleinheit wird weiter in die Mannlochöffnung 20 im Uhrzeigersinn hineingedreht, bis die Nabe 24 eingetreten ist. Danach erfolgt ein Verkippen im Gegenuhrzeigersinn, um zuerst den Flügel 30 und dann den Flügel 32 einzuführen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel hat jeder Rührflügel einen konstanten Krümmungsradius von seiner Befestigungsstelle an der Nabe bis zum äußeren Ende. Versuche haben gezeigt, daß bei einer derartigen Rührerkonstruktion, bei der die Winkel A und B 60° bzw. 120° betragen, mehr Leistung verbraucht wird und deshalb ein stärkerer Rühreffekt als bei Impellerrührern mit der gleichen Spannweite, welche nur drei Rührflügel aufweisen, die in einem Winkelabstand von jeweils 120°C angeordnet sind. Diese bevorzugte Konstruktion mit vier Rührflügeln verbraucht jedoch nicht so viel Leistung wie ein Impellerrührer mit vier Rührflügeln, die jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind und denselben effektiven Durchmesser aufweisen. Wie bereits oben erwähnt wurde, können insbesondere derartige bekannte Konstruktionen mit drei oder vier Rührflügeln bei einstückiger Ausführung nicht in ein Mannloch eingeführt werden, dessen Durchmesser beträchtlich kleiner als der effektive Durchmesser der Rührflügel ist. Deshalb ist es ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß trotz einstückiger Ausführung der Rührflügeleinheit eine Einführung in ein Mannloch durchführbar ist, dessen Durchmesser wesentlich kleiner als der effektive Durchmesser der Rührflügel ist, wie die in Tabelle I enthaltenen Werte zeigen.

Tabelle I

Im Vergleich dazu zeigt Tabelle II die Durchmesser von Mannlochöffnungen, die bei bekannten einstückigen Impellerrührern mit drei Flügel erforderlich sind.

Tabelle II

Aus einem Vergleich von Tabelle I und II ist ersichtlich, daß ein vier Rührflügel aufweisender Impellerrührer gemäß der Erfindung durch eine beträchtlich kleinere runde oder ovale Mannlochöffnung als ein bekannter einstückiger Impellerrührer mit drei Flügeln und gleichem Rührerdurchmesser eingeführt werden kann. Beispielsweise kann eine Rührflügeleinheit gemäß der Erfindung mit vier Rührflügeln mit einem Rührerdurchmesser von 1422 mm in ein Mannloch eingeführt werden, das einen Durchmesser von 610 mm hat und für das Einführen eines bekannten einstückigen Impellerrührers mit drei Flügeln erforderlich ist, der einen Rührerdurchmesser von nur 914 mm hat.

Vorzugsweise beträgt der Winkel A zwischen 50° und 75° und der Winkel B zwischen 105° und 130°. Eine Vergrößerung des Winkels A (oder eine Verkleinerung des Winkels B) auf etwa 90° führt zu einer beträchtlichen Erhöhung des erforderlichen Durchmessers der Behälteröffnung, durch die der Rührer eingeführt werden kann. Andererseits führt eine Verringerung des Winkels A (oder Vergrößerung des Winkels B) zu einer Annäherung der Flügel der beiden Flügelpaare, so daß also bei einem Winkel von 180° der Rührer nur zwei gegenüberliegende Flügel aufweisen würde. Mit einem Rührer mit nur zwei Flügeln kann aber nur ein wesentlich schlechterer Rühreffekt erzielt werden.

Zur Befestigung der Rührflügeleinheit 10 an der Rührerwelle 18 in einem einstückigen Behälter 12 ist die Nabe 24 mit einer axialen Bohrung 46 versehen, mit der die Nabe über das untere Ende der Rührerwelle 18 geschoben werden kann. Die Befestigung der Rührflügeleinheit an der Rührerwelle kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Vorzugsweise erfolgt jedoch die Verbindung mit Hilfe eines Festsitzes oder einer Passung mit Übermaß, beispielsweise in dem das untere Ende der Welle 18 zum Zwecke der Verringerung ihres Durchmessers abgekühlt wird, bis die Rührerwelle in die Bohrung 46 eingeführt werden kann. Wenn sich dann die Rührerwelle auf Umgebungstemperatur erwärmt und ausdehnt, ergibt sich ein Paßsitz zwischen der Rührerwelle und der Nabe. Um einen derartigen Paßsitz zu erzielen, muß der Außendurchmesser zumindest des unteren Teils der Rührerwelle 18 und der Innendurchmesser der Bohrung 16 auf enge Toleranzen bearbeitet werden. Praktische Versuche haben gezeigt, daß ein Paßsitz von etwa 0,00025 bis 0,00075″ pro Zoll Durchmesser ausreicht, eine starke Paßsitzverbindung zu erzielen.

Ein weiterer Vorteil einer einstückigen Konstruktion der Rührflügeleinheit ist darin zu sehen, daß die gesamte Außenfläche der Rührflügeleinheit und die Innenfläche der Bohrung 46 mit einer kontinuierlichen Emailschicht überzogen werden können, die einen Korrosionsschutz gewährleistet.

Im Falle eines gewölbten Behälterbodens (Fig. 3) können die Rührflügel von der Nabe 24 nach oben abgewinkelt sein, so daß die gesamte Länge der Rührflügel in einem kurzen Abstand von der Bodenfläche liegt. Eine bevorzugte Abwinkelung dieser Art beträgt etwa 15°. Auf diese Weise kann ein gutes Umrühren und Vermischen von Material erfolgen, das sich in der Nähe des Bodens befindet oder auf diesem liegt.

Obwohl bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel jeder der vier Rührflügel kreisbogenförmig gekrümmt ist, können auch andere Krümmungen vorgesehen werden. Gewünschtenfalls können auch gradlinige Rührflügel 26, 28, 30 und 32 vorgesehen werden. Bei gradlinigen Rührflügeln ist jedoch eine größere Mannlochöffnung zum Einführen in den Behälter erforderlich, weil dann der Abstand 44 in Fig. 2 größer ist.

Zusammenfassend sind deshalb die wesentlichen Merkmale der Erfindung in einer einstückigen Rührflügeleinheit mit vier Rührflügeln zu sehen, welche Einheit eine symmetrische und ausgewuchtete Konstruktion aufweist, die emailliert ist, so daß ein Einführen durch ein verhältnismäßig kleines Mannloch möglich ist, obwohl der effektive Durchmesser der Rührflügel beträchtlich größer als der Durchmesser etc. des Mannlochs ist.

Claims

1. Impellerrührer, der durch ein Mannloch in einen geschlossenen Behälter einbringbar ist und der an einer Welle befestigbar ist, mit einer eine zentrale Bohrung aufweisenden Nabe und mit vier sich von der Nabe nach außen erstreckenden Rührarmen, die starr auf der Nabe befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Impellerrührers größer als der Durchmesser oder die größte Querschnittsabmessung des Mannlochs ist, daß die Rührarme (26, 28, 30, 32) derart paarweise auf gegenüberliegenden Seiten der Nabe (24) befestigt sind, daß der Winkel (A) zwischen den Armen des ersten Paares (26, 28) zwischen etwa 50° und 70° liegt und der Winkel (B) zwischen dem hinteren Arm (28) des ersten Paares und dem vorderen Arm (30) des zweiten Paares (30, 32) zwischen etwa 105° und 130° liegt, und daß der Abstand (44) zwischen dem äußeren Ende des vorderen Armes (26; 30) und dem hinteren Arm (28; 32) jedes Paares kleiner als der Durchmesser bzw. die größte Querschnittsabmessung des Mannlochs (20) ist.

2. Impellerrührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rührarm (26, 28, 30, 32) gekrümmt ausgebildet ist.

3. Impellerrührer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius jedes Rührarms entlang dessen gesamter Länge konstant ist.

4. Impellerrührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (A) zwischen den beiden Rührarmen des ersten Paares (26, 28) etwa 60° ist.

5. Impellerrührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Außenfläche des Impellerrührers (10) emailliert ist.

6. Impellerrührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührarme (26, 28, 30, 32) einstückig mit der Nabe (24) ausgebildet sind.