DE3701802A1 - Apparat zum mischen von heterogenen medien - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mecha­ nische Mischeinrichtungen und betrifft insbesondere ei­ nen Apparat zum Mischen von heterogenen Medien.

Der erfindungsgemäße Apparat kann in der chemischen Industrie, beispielsweise bei der Düngemittelproduktion, in der Lebensmittelindustrie beim Konchieren der Scho­ kolade, in der mikrobiologischen Industrie bei der Pro­ duktion von Futterhefe und Fermentpräparaten, in der erd­ ölchemischen, medizinischen Industrie und anderen In­ dustriezweigen eingesetzt werden.

Bekannt ist ein Apparat zum Mischen von heterogenen Medien "Kakao, Schokolade, Praline". Herausgegeben von G.P. Ermakova. M., "Pischevaya promyshlennost", 1966, S. 304.

Der Apparat enthält ein Gehäuse mit Stutzen für die Zu- und Abführung der Phasen, und einen Behälter, über dessen Umfang drei mit einem Antrieb verbundene Wellen mit Rührern angeordnet sind.

Der Antrieb enthält eine Antriebswelle mit einem Mitnehmer, die mit den Wellen der Umlaufräder verbunden ist, auf denen die Wellen mit Rührern starr befestigt sind. Die Umlaufräder stehen mit einem unbeweglichen Zahnrad im Eingriff.

In diesem Apparat rotieren die drei Rührer mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit um ihre Achsen und bewegen sich mit einer konstanten Winkelgeschwindig­ keit um die Gehäuselängsachse.

Durch die mit einer konstanten Winkelgeschwindig­ keit rotierenden Rührer können hochturbulente Flüssig­ keitsströme nicht erzeugt werden und als Folge ist die Verlaufgeschwindigkeit der Stoffaustauschprozesse ge­ ring, wodurch die spezifische Leistung des Apparats ver­ ringert und der Energieverbrauch erhöht wird.

Bekannt ist ebenfalls ein Mischapparat (US-PS Nr. 22 09 287), der ein Gehäuse mit Stutzen für die Zu- und Abführung der Phasen enthält, und einen Behälter mit zwei auf dessen Achse koaxial angeordneten Wellen mit Rührern hat, die mit einem auf dem Gehäuse montierten Antrieb verbunden sind.

Der Antrieb enthält eine Antriebswelle, die mit der inneren Welle mit Rührer starr verbun­ den ist und zu deren Rotation mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit dient. Darin ist ebenfalls ein Zahnrad mit Außenverzahnung auf dessen Welle die Außenwelle mit Rührer befestigt ist, sowie ein Zahnrad mit Innenverzahnung vorgesehen, das über einen L-förmigen Mitnehmer mit der Antriebswelle verbunden ist. Beide Räder stehen mit Zahnrädern im Ein­ griff und versetzen die Außenwelle mit Rührer in Ro­ tation mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit.

Die Rührer rotieren in entgegengesetzten Richtungen mit konstanten, jedoch unterschiedlich großen Winkelge­ schwindigkeiten.

Durch die Rotation der Rührer mit einer konstanten Geschwindigkeit können hochturbulente Ströme nicht er­ zeugt werden, wodurch die spezifische Leistung des Ap­ parats verringert wird. Außerdem wird der Strom im Ap­ parat in zwei Zirkulationsströmungen getrennt, deren Stoffaustausch gering ist, wodurch die Reaktionsausbeute in diesen Bereichen unterschiedlich groß ist und die Mischdauer verlängert wird.

Bekannt ist ein Apparat zum Mischen von heterogenen Medien (SU-Urheberschein 8 29 154), der ein Gehäuse mit Stutzen für die Zu- und Ab­ führung der Phasen enthält, und einen Behälter hat, in dem eine Welle mit einem Rührer angeordnet ist, die mit einem auf dem Gehäuse montierten Antrieb verbunden ist, der Zahn- und Hebelgetriebe aufweist. Der Antrieb hat eine entlang der Gehäuselängsachse angeord­ nete Antriebswelle mit einem starr befestigten und koaxial damit angeordneten Mitnehmer, der mit der Welle eines Umlaufrades beweglich verbunden ist, wobei das Umlaufrad mit einem mit einer Pleuelstange verbundenen Kurbel versehen ist, und wobei die Pleuelstange mit einem zweiten Mitnehmer kinematisch verbunden ist.

Der zweite Mitnehmer ist auf der Rührerwelle starr befestigt und die Antriebswelle ist mit der Motorwelle verbunden. Das Umlaufrad steht mit einem unbeweglichen Zentralrad im Eingriff.

Die Bewegung wird von der Antriebswelle auf den ersten Mitnehmer übertragen, der während der Rotation um seine Achse die Bewegung auf das Umlaufrad und über eine exzentrisch darauf angeordnete Kurbel auf die Pleuelstange und den zweiten Mitnehmer überträgt. Da die Kurbel auf dem mit dem unbeweglichen Zahnrad im Eingriff stehenden Umlaufrad exzentrisch angeordnet ist, ist die Winkelgeschwindigkeit der mit dem zweiten Mitneh­ mer verbundenen Welle mit dem Rührer zeitlich variabel, wodurch im Apparat ein hochturbulenter Strom erzeugt wird. Jedoch kann bei einem derartigen Antrieb nur eine Welle mit einem Rührer im Apparat angeordnet werden, wodurch das Mischen von Medien in großen Mengen sowie eine we­ sentliche Beschleunigung der Stoffaustauschprozesse in heterogenen Medien verhindert wird. Der Einsatz eines Apparates mit großdimensionierten Mischorganen ist wegen der stark zunehmenden Leistungsaufnahme unzweckmäßig.

Außerdem ist der Anteil von wenig wirksamen Zonen und von Stauzonen im Apparat groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Apparat zum Mischen von heterogenen Medien dahingehend zu vervollkommnen, so daß das Mischen von Medien in großen Mengen bei beschleunigtem Verlauf der Stoffaustauschprozesse ermöglicht wird, und so die Qualität des Endprodukts unter gleichzeitiger Verringerung des Energieaufwandes verbessert wird.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Apparat zum Mischen von heterogenen Medien vorgeschlagen wird, der ein Gehäuse mit Stutzen für die Zu- und Abführung der Phasen enthält, und einen Behälter hat, in dem eine Welle mit einem Rührer angeordnet ist, die mit einem auf dem Gehäuse montierten Antrieb verbunden ist, der Zahn- und Hebelgetriebe aufweist, in dem eine entlang der Gehäuselängsachse angeordnete Antriebswelle mit einem starr befestigten und koaxial damit angeordneten Mitnehmer sowie ein zweiter Mitnehmer vorhanden sind, wobei jeder der Mit­ nehmer mit einem Umlaufrad beweglich verbunden ist, das parallel zur Antriebswelle liegt und mit einem zentralen Zahnrad im Eingriff steht, in dem erfindungsgemäß noch mindestens eine Welle mit Rührer vorhanden ist und der Antrieb mit noch mindestens einem Umlauf­ rad versehen ist, das mit dem Zentralrad im Eingriff steht, wobei die Umlaufräder mit einem Abstand angeordnet und mit mindestens einer Kurbel versehen sind, die mit einer Pleuelstange beweglich verbunden ist, über die die Verbindung eines jeden Umlaufrades mit einem der genannten Mitnehmer her­ gestellt ist.

Aufgrund einer derartigen konstruktiven Vervoll­ kommnung des Antriebs können im Apparat mehere Wellen mit Rührern angeordnet werden, die mit einer innerhalb eines Zyklus variierenden Winkelgeschwindigkeit rotieren, wodurch eine hochturbulente Strömung im heterogenen Medium erzeugt wird und als Folge der Verlauf der Stoff­ austauschprozesse beschleunigt wird sowie wenig wirksame Zonen und Stauzonen eliminiert werden. Im Apparat können große Mengen von Mischmedien bei einem gemäßigten Energie­ verbrauch bearbeitet werden.

Erfindungsgemäß wird jedes der Umlaufräder im Antrieb über die Kurbel und die Pleuelstange mit dem zweiten Mitnehmer gekoppelt, wobei deren jeweilige Welle mit dem ersten Mitnehmer beweglich verbunden ist oder es wird jedes der Umlaufräder über die Kurbel und die Pleuelstange mit dem ersten Mitnehmer gekoppelt, wobei deren jeweilige Wellen zusammen mit den darauf starr be­ festigten Wellen mit Rührern mit dem zweiten Mitnehmer beweglich verbunden sind.

Durch eine derartige Konstruktion des Antriebs wird eine Kreisbewegung der Rührer mit einer innerhalb eines Zyklus variierenden Winkelgeschwindigkeit ermög­ licht, wodurch eine wesentliche Intensivierung des Mi­ schvorganges erreicht wird.

Vorzugsweise werden im Behälter des Gehäuses durch eine entsprechende Anordnung der Umlaufradwellen relativ zur Antriebswelle drei Wellen mit Rührern mit ihrem Aktionsradius den Umfang überdecken um eine gleich­ mäßigere Beeinflussung des zu mischenden heterogenen Mediums zu erzielen.

Vorteilhafterweise werden im Apparat zwei Wellen mit Rührern vorgesehen, von denen die eine auf der Antriebswelle befestigt und die andere koaxial mit der Antriebswelle angeordnet und an dem zweiten Mitnehmer starr befestigt ist, um im Behälter des Apparats in der meridionalen Ebene Zirkulationsströme zu erzeugen, durch die das gesamte Volumen des zu mischenden hetero­ genen Mediums erfaßt und die Konzentration in dessen Volumen ausgeglichen wird.

Vorzugsweise werden im Antrieb zwei Umlaufrä­ der mit jeweils zwei Kurbeln auf ihnen vorgesehen, wobei die Kurbeln mit unterschiedlichen Radien ausgebildet sind, die einen Winkel von 45 bis 180° einschließen, und es ist noch ein zweiter Mitnehmer angeordnet, wobei die Verbindung zwischen jedem der Umlaufräder und jedem der zweiten Mitnehmer über das Paar der Kurbeln hergestellt ist, die mit Pleuelstangen beweglich verbunden sind, wobei auf der Antriebswelle und den zweiten Mitnehmern Wellen mit Rührern starr befestigt sind.

Bei einer derartigen Konstruktion des Apparates werden Voraussetzungen für die Intensivierung des Mischvorganges und die Qualitätserhöhung des Endpro­ duktes dadurch geschaffen, daß die Amplitude und die Frequenz der Winkelgeschwindigkeit der Rührer innerhalb eines Zyklus variiert und deren Drehrichtung periodisch geändert wird, wodurch umfassende Turbulenzströme erzeugt werden und die meridionale Zirkulation des heterogenen Mischmediums im Behälter verstärkt wird.

Vorzugsweise werden im Antrieb zwei mit den Zahn­ rädern verbundene Zahnsegmente vorgesehen, die an dem zweiten Mitnehmer starr befestigt und auf den gegen­ überliegenden Seiten der Antriebswelle angeordnet sind, wobei das eine Zahnsegment mit dem einen Zahnrad in Außenverzahnung und das andere mit dem an­ deren Zahnrad in Innenverzahnung steht, und wobei die Zahnradwellen über ein Schraubenpaar mit den die Rührer tragenden Wellen verbunden sind.

Durch die umkehrende sowie die hin- und hergehende Bewegung der Rührer mit innerhalb eines Zyklus variieren­ den Winkel- und senkrechten Lineargeschwindigkeiten wer­ den umfassende Turbulenzströme im Mischvolumen erzeugt. Durch die Turbulenz wird der Mischvorgang intensiviert.

Vorteilhafterweise werden die Wellen der Zahnräder relativ zur Antriebswelle derart im Apparat angeordnet, daß die Wellen mit Rührern mit ihrem Aktionsradius den Umfang überdecken.

Durch eine derartige Anordnung der Rührer werden die Stoffaustauschprozesse infolge einer komplizierten Wechselwirkung der Ströme zwischen dem zentralen Rührer und den Umfangsrührern intensiviert.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 - die schaubildliche Darstellung eines Apparates zum Mischen von heterogenen Medien mit vier Rührern im Längsschnitt;

Fig. 2 - eine andere Ausführungsvariante des erfin­ dungsgemäßen Apparates im Längsschnitt;

Fig. 3- den Getriebeplan der Antriebseinheit im Apparat mit drei koaxialen Wellen mit Rührern.

Der Apparat zm Mischen von heterogenen Medien (Fig. 1) enthält ein Gehäuse 1 mit Stutzen 2, 3 für die Zu- und Abführung der Phasen, in dem ein Behälter 4 vorhanden ist. Im Behälter 4 sind Wellen 5, 6, 7, 8 mit Rührern angeordnet, die mit einem auf dem Gehäuse 1 montierten Antrieb 9 verbunden sind, der Zahn- und Hebelgetriebe aufweist. Im Antrieb 9 ist eine entlang der Längsachse des Gehäuses 1 angeord­ nete Antriebswelle 10 mit einem starr befestigten und koaxial dazu angeordneten Mitnehmer 11 vorgesehen. Parallel zur Antriebswelle 10 sind Wellen zweiter Um­ laufräder 12, 13 angeordnet, die einen Abstand haben und mit einem zentralen Zahnrad 14 im Eingriff stehen und deren Wellen mit einem zweiten Mitnehmer 15 beweglich verbunden sind. An den Wellen der Umlaufräder 12, 13 sind die Wellen 5, 6 mit Rührern starr befestigt. Die Wellen der Umlaufräder 12, 13 sind relativ zur Antriebswelle 10 derart angeordnet, daß die Wellen 5, 6 im Behälter 1 des Gehäuses 1 mit ihrem Aktionsradius den Umfang überdecken. Die Welle 7 mit Rührer ist an der Antriebswelle 10 befestigt. Koaxial zur Antriebs­ welle 10 ist die Welle 8 mit Rührer angeordnet, die an dem zweiten Mitnehmer 15 befestigt ist. Das Umlaufrad 12 ist mit einer Kurbel 16 versehen, die mit einer Pleuel­ stange 17 beweglich verbunden ist; das Umlaufrad 13 ist mit einer Kurbel 18 versehen, die mit einer Pleuelstange 19 beweglich verbunden ist. Die Umlaufräder 12, 13 sind über diese kinematischen Paare mit dem ersten Mitneh­ mer 11 verbunden. Die Anzahl der Umlaufräder und entspre­ chend der Wellen mit Rührern wird in Abhängigkeit vom Volumen der zu mischenden heterogenen Medien, ihrer Struktur, der Geschwindigkeit der chemi­ schen Reaktionsabläufe und der Stoffaustauschprozesse gewählt.

Eine wesentlich größere Geschwindigkeit der Stoff­ austauschprozesse kann bei einer minimalen Anzahl der Umlaufräder im Antrieb und einer maximalen Anzahl der Wellen mit Rührern erzielt werden. Erfindungsgemäß wird eine weitere Ausführungsvariante der Verbindung des Umlaufrades mit den Mitnehmern und der Befestigung der Wellen mit den Rührern (Fig. 2) vorgeschlagen.

Die Anordnung der übrigen Umlaufräder im Antrieb und deren Verbindung mit den Mitnehmern ist ähnlich wie nachstehend beschrieben, ist jedoch in der Zeichnung wegen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Das Umlaufrad 13 ist über die Kurbel 18 und die Pleuelstange 19 mit dem zweiten Mitnehmer 15 verbunden. Die Welle des Umlaufrades 13 ist mit dem ersten Mitnehmer 11 beweglich verbunden. Das Umlaufrad 13 steht mit dem zentralen unbeweglichen Rad 14 im Eingriff. In diesem Fall können die Wellen mit den Rührern an dem zweiten Mitnehmer (in Fig. 2 nicht gezeigt) befestigt werden. Um jedoch die freie Oberfläche des heterogenen Mischmediums zu eliminieren und die Stoffaustauschprozesse zu intensivieren, wird zweckmäßigerweise neben der Umkehrbewegung auch eine hin- und hergehende Bewegung der Wellen mit den Rührern bewerk­ stelligt.

Dazu wird der zweite Mitnehmer 15 mit zwei Zahn­ segmenten 20, 21 starr verbunden, die auf sich gegenü­ berliegenden Seiten der Antriebswelle 10 angeordnet sind. Das Segment 20 steht in Außenverzahnung mit einem Zahn­ rad 22 und das Segment 21 in Innenverzahnung mit einem Zahnrad 23. Die Welle 24 des Zahnrades 22 ist über ein Schraubenpaar mit einer Welle 26 verbunden, die einen Rührer trägt.

Die Verbindung des Zahnrades 23 mit der den Rührer tragenden Welle ist nicht dargestellt.

Die mit Außengewinde versehene Mutter 25 des Schraubenpaares ist in einer Hülse 27 angeordnet, auf deren Innenfläche ebenfalls ein Gewinde vorgesehen ist. Die Welle 24 des Zahnrades 22 stellt mit ihrem Gewinde die Schraubenspindel des Schraubenpaares dar. Die Mutter 25 ist mit der Welle 26 mit Rührer starr verbunden. An dem Mitnehmer 15 ist die Welle 8 mit Rührer starr befestigt.

Erfindungsemäß wird noch eine Ausführungsvariante der Verbindung der Umlaufräder mit den Mitnehmern und der Befestigung der Wellen mit den Rührern (Fig. 3, Getriebeplan) vorgeschlagen. Die Wellen der Umlaufräder 12, 13 sind mit dem Mitnehmer 11 beweglich verbunden. Die Umlaufräder 12, 13 stehen mit dem unbeweglichen zentralen Rad 14 im Ein­ griff. Das Umlaufrad 12 ist mit einem Paar Kurbeln 28, 29 versehen, die mit Pleuelstangen 30, 31 beweglich ver­ bunden sind; das Umlaufrad 13 ist mit einem Paar Kurbeln 32, 33 versehen, die mit Pleuelstangen 34, 35 beweglich verbunden sind. Die Kurbeln 28, 29, 32, 33 sind mit unterschiedlichen Radien ausgebildet, die paarweise einen Winkel α von 45 bis 180° bilden. Im Antrieb 9 sind zwei zweite Mitnehmer 15, 36 vorhanden. Das Umlaufrad 12 ist mit dem Mitnehmer 15 über das ki­ nematische Paar Kurbel 29 - Pleuelstange 30 und mit dem Mitnehmer 36 über das kinematische Paar Kurbel 29 - - Pleuelstange 31 verbunden. Das Umlaufrad 13 ist mit dem Mitnehmer 15 über das kinematische Paar Kurbel 33 - Pleuelstange 35 und mit dem Mitnehmer 36 über das kinematische Paar Kurbel 32 - Pleuelstange 34 verbunden. Die Pleuelstangen 30, 31, 34, 36 sind mit den zweiten Mitnehmern 15, 36 beweglich verbunden.

An den zweiten Mitnehmern 15, 36 sind Wellen 37, 38 mit Rührern starr befestigt und koaxial angeordnet. Koaxial zu den Wellen 37, 38 ist eine Welle 39 mit Rührer angeordnet, die mit der Antriebswelle 10 starr verbunden ist. Bei einer derartigen Anordnung der Wellen 37, 38 mit Rührern, die an verschiedenen Mitnehmern 15, 36 befestigt sind, die durch das eine Umlaufrad 12 oder 13 angetrie­ ben werden, werden die Spitzen der Winkelgeschwindigkei­ ten relativ zueinander zeitlich versetzt. Das bedeutet, daß der Ungleichmäßigkeitszyklus der Winkelgeschwindig­ keiten der Rührer phasenverschoben wird. Dadurch wird eine kontinuierlich variierende Turbulenz und Zirkulation im Volumen der heterogenen Mischmedien sichergestellt, wodurch der Mischvorgang wesentlich intensiviert wird. Der Apparat zum Mischen von heterogenen Medien funktioniert folgenderweise.

Der Behälter 4 des Gehäuses 1 wird mit einem he­ terogenen Medium über den Stutzen 2 für die Zuführung der Phasen gefüllt. Die Drehung wird von einem Motor auf die Antriebswelle 10 und von dieser auf den Mit­ nehmer 11 übertragen, der bei der Rotation um seine Achse die Bewegung auf die Pleuelstangen 17, 19 und über die Kurbeln 16, 18 auf die mit diesen kinematisch verbundenen gezahnten Umlaufräder 12, 13 und entsprechend auf den zweiten Mitnehmer 15 überträgt, die mit den Wellen der Umlaufräder 12, 13 beweglich verbunden sind. Dadurch, daß die Kurbeln 16, 18 auf den Umlaufrädern 12, 13 exzentrisch angeordnet sind, die mit dem unbeweglichen Zahnrad 14 im Eingriff stehen, werden die Winkelge­ schwindigkeit und die Beschleunigung des zweiten Mitneh­ mers 15 zeitlich variabel. Die Rotation der Umlaufräder 12, 13 um ihre Achsen wird ebenfalls zeitlich variabel. Die Bewegung der Umlaufräder 12, 13 mit einer inner­ halb eines Zyklus variierenden Amplitude und Frequenz der Winkelgeschwindigkeit wird auf die Wellen 5, 6 mit Rüh­ rern übertragen. Das heterogene Mischmedium wird über den Stutzen 3 abgeführt.

Somit wird im Apparat eine Kreisbewegung der Rührer zustandegebracht, wobei die Rührer sich im Kreis mit einer innerhalb eines Zyklus kontinuierlich variieren­ den Winkelgeschwindigkeit bewegen, wodurch eine zusätzliche Turbulenz mit vorherrschenden weitgreifenden Geschwindig­ keitspulsationen erzeugt und die Vergleichmäßigung der Konzentrationen im gesamten Volumen beschleunigt wird. Außerdem kommen die Rührer bei ihrer Kreisbewegung pe­ riodisch in jeden Punkt der Strömung. Die Rührer rotieren um ihre Achse ebenfalls mit einer innerhalb eines Zyklus kontinuierlich variierenden Winkelgeschwindigkeit, wodurch der Strom noch mehr verwirbelt wird. Außerdem entsteht um die Rührer eine Zone, in der die Strahlen zusammenprallen, die unter den Rührern hervorströmen, wodurch eine Strömungsturbulenz erzeugt wird. Das alles führt zu einer wesentlichen Beschleunigung des Stoff­ austausches.

Die Welle 7 mit Rührer wird von der Antriebs­ welle angetrieben und der Rührer hat eine konstante Winkelgeschwindigkeit. Die Welle 8 mit dem Rührer wird vom zweiten Mitnehmer 15 in Bewegung gesetzt und der Rührer rotiert mit einer innerhalb eines Zyklus vari­ ierenden Winkelgeschwindigkeit.

Somit wird im Apparat eine komplizierte Bewegung der Flüssigkeit zustandegebracht, die durch die Zu­ sammenwirkung der hydrodynamischen Ströme, die durch die Rotation der Umfangsrührer um ihre Achsen und durch ihre Kreisbewegung erzeugt sind, und der durch die Zentralrührer erzeugten Ströme bedingt ist. Im erfindungs­ gemäßen Apparat wird der Energieverbrauch für den Prozeß verringert, weil durch die Rührer mit einem kleineren Durchmesser eine höhere Wirksamkeit des Mischens erzielt wird, da die für den Mischvorgang zu verbrauchende Leistung mit dem Rührerdurchmesser in fünter Potenz proportional ist.

Durch die koaxiale Anordnung der zwei Wellen mit Rührern (der untere Rührer vom Propellertyp und obere als Schaufel oder Turbine) wird eine zweifache Zirkulations­ strömung in der axialen Ebene erzeugt. Die in der Flüs­ sigkeit schwebenden Festteilchen werden sukzessiv die Wirkungsbereiche der Zentral- und der Umfangsrührer passieren. Da die Geschwindigkeiten dieser Rührer unter­ schiedlich sind, entsteht eine zusätzliche Differenz zwischen der Geschwindigkeit der Festteilchen und der Flüssigkeit, wodurch ein intensiverer Stoffaustausch herbeigeführt wird. So gelangt ein Festteilchen, das sich in dem durch die Umfangsrührer erzeugten Strom befindet, in den Strom des unteren Zentralrührers, der eine andere Drehgeschwindigkeit als die Umfangsrührer hat, und weiter gelangt es in den Wirkungsbereich des oberen Rührers, dessen Drehgeschwindigkeit sich eben­ falls von der Drehgeschwindigkeit des unteren Rührers unterscheidet. Dann kommt das Teilchen wiederum in den Wirkungsbereich der Umfangsrührer.

Im Apparat mit einem hohen Verwirbelungsgrad der Ströme (Fig. 2) wird die Rotation beim Einschalten des Elektro­ motors auf die Antriebswelle 10 mit dem daran befestig­ ten Mitnehmer 11 übertragen. Bei seiner Rotation wird das Umlaufrad 13 vom Mitnehmer 11 zur Rotation um die Gehäuselängsachse gebracht, das infolge der Verzahnung mit dem unbeweglichen Zentralrad 14 gleichzeitig um seine Achse zu rotieren beginnt. Von dem Umlaufrad 13 wird auf die darauf exzentrisch angeordnete Kurbel 18 eine hypotrachoidale Bewegung übertragen, für die eine innerhalb eines Zyklus variierende Geschwindigkeit typisch ist. Von der Kurbel 18 wird die innerhalb eines Zyklus variierende Bewegung über die Pleuelstange 19 in der einen Richtung auf den Mitnehmer 15 übertragen, durch den die darauf befestigte Welle 8 mit Rührer in Be­ wegung gesetzt wird. Von dem Mitnehmer 15 wird die Be­ wegung auf die Zahnsegmente 20, 21 übertragen, die die mit ihnen im Eingriff stehenden Zahnräder 22, 23 zur Rotation bringen. Die Welle des Zahnrades 22, die gleich­ zeitig als Spindel im Schraubenpaar wirkt, überträgt eine hin- und hergehende sowie eine ungleichmäßige um­ kehrende Bewegung über die mit der Hülse 27 im Eingriff stehende Mutter 25 auf die Welle 26 mit Rührer. Bei der Außenverzahnung des Zahnsegments 20 mit dem Zahnrad 22 rotiert die Welle 26 mit dem Rührer in Bewegungsrichtung der Kurbel 18. Vom Zahnrad 23, das mit dem Segment 21 in Innenverzahnung steht, wird eine hin- und hergehende sowie eine ungleichmäßige umkehrende Rotation über das Schraubenpaar in der entgegengesetz­ ten Richtung und mit einer geringeren Geschwindigkeit auf die Welle mit dem Rührer (in Fig. 2 nicht gezeigt) übertragen. Die anderen Umlaufräder 13 und deren kine­ matische Bindung mit den Mitnehmern 11, 15 sind in Fig. 2 nicht gezeigt.

Somit rotiert der Zentralrührer in der einen Richtung mit einer kontinuierlich variierenden Winkel­ geschwindigkeit. Die Umfangsrührer vollführen eine Um­ kehrrotation und eine hin- und hergehende (Wechsel-)Bewegung mit innerhalb eines Zyklus variierenden und unterschiedlich großen Winkel- und senkrechten Lineargeschwindigkeiten, wobei eine kontinuierlich variierende Turbulenz und Zirkulation der Ströme im Volumen des Apparats erzeugt wird.

Die Intensität des Stoffaustausches zwischen den Phasen im Mischmedium nimmt infolge einer wesentlichen Differenz zwischen den Geschwindigkeiten der festen und der flüssigen Teilchen im Mischvolumen stark zu.

Der erfindungsgemäße Apparat, (Fig. 3) in dessen Antrieb jedes der Umlauf­ räder mit mehreren Kurbeln versehen ist, funktioniert folgenderweise.

Vom eingeschalteten Elektromotor wird eine gleich­ mäßige Drehbewegung auf die Antriebswelle 10 und den daran befestigten Mitnehmer 11 übertragen. Der Mitnehmer 11 setzt die Umlaufräder 12, 13 um die Längsachse des Ge­ häuses 1 in Bewegung. Gleichzeitig rotieren die Umlauf­ räder 12, 13 infolge Verzahnung mit dem unbeweglichen zentralen Zahnrad 14 um ihre Achsen. Von den Umlauf­ rädern 12, 13 wird die Bewegung auf die Kurbeln 29, 32 übertragen, die mit den Pleuelstangen 31, 34 kinematisch verbunden sind. Die Pleuelstangen 31, 34 übertragen die Bewegung mit einer innerhalb eines Zyklus variierenden Winkelgeschwindigkeit auf den zweiten Mitnehmer 36, der mit der einen Rührer tragenden Welle 38 starr verbnden ist. Auf den Umlaufrädern 12, 13 sind ebenfalls Kurbeln 28, 33 vorhanden, deren Radien sich von den Radien der Kurbeln 29, 32 unterscheiden, wobei der von den Kurbeln 28, 29 (32, 33) gebildete Winkel α in einem Bereich von 45 bis 180° gewählt wird. Von den Kurbeln 28, 33 wird die Bewegung über die Pleuelstangen 30, 35 auf den Mit­ nehmer 15 und die damit starr verbundene Welle 37 mit Rührer übertragen. Die Wellen 37, 38 rotieren mit innerhalb eines Zyklus variierenden Winkelgeschwindig­ keiten, deren Spitzen infolge der Winkel α, die durch das Kurbelpaar auf jedem der Umlaufräder 12, 13 gebil­ det werden, relativ zueinander phasenverschoben sind. Die unterschiedlichen Radien der Kurbeln 32, 33 (28, 29) führen zu unterschiedlich großen Spitzen der Winkel­ geschwindigkeiten der Wellen 37, 38 mit Rührern.

Durch die koaxiale Anordnung der Wellen 36, 37, 38 mit Propellerrührern wird in der Querschnittsebene eine Zirkulationsbewegung des heterogenen Mediums erzeugt, dessen gesamtes Volumen den Wirkungsbereich sämtlicher Rührer sukzessiv passiert. Die Festteilchen passieren periodisch die Wirkungsbereiche der Rührer auf den Wellen 37, 38, 39, die mit unterschiedlichen Momentangeschwindigkeiten rotieren. Dadurch werden die Relativgeschwindigkeiten der Festteilchen stark vergrößert, was zur Vergrößerung der Geschwindigkeit der Wärme- und Stoffaustauschprozesse führt.

Im erfindungsgemäßen Apparat bewegen sich die Rührer mit einer innerhalb eines Zyklus variierenden Amplitude und Frequenz der Winkelgeschwindigkeit, wobei die Krafteinwirkung der Schaufel auf das Mischmaterial kontinuierlich variiert und die im Mischvolumen ent­ stehenden Trägheitskräfte wirksamer ausgenutzt werden.

Bei einer innerhalb eines Zyklus variierenden Drehfrequenz der Rührer kommen die Trägheitskräfte zur Geltung, unter deren Einwirkung die Festteilchen, die eine größere Trägheit als die Flüssigkeit besitzen, bei einer Vergrößerung der Rührergeschwindigkeit von der Flüssigkeit zurückbleiben und umgekehrt bei einer Ver­ ringerung der Drehgeschwindigkeit die Flüssigkeit über­ holen. Durch die Verzögerung der Relativgeschwindig­ keiten der Phasen wird der Wärme- und Stoffaustausch­ prozeß bedeutend intensiviert und die Phasen im Volumen des Mediums werden gleichmäßig verteilt. Außerdem wird durch eine innerhalb eines Zyklus variierende Amplitude und Frequenz der Winkelgeschwindigkeit der Rührer die Energie der Turbulenzpulsationen vergrößert und eine Trichterbildung auf der Flüssigkeitsoberfläche verhindert.

Claims (8)

1. Apparat zum Mischen von heterogenen Medien, der ein Gehäuse (1) mit Stutzen (2, 3) für die Zu- und Ab­ führung der Phasen enthält, und einen Behälter (4) hat, in dem eine Welle (5) mit einem Rührer angeordnet ist, die mit einem auf dem Gehäuse montierten Antrieb (9) verbunden ist, in dem eine entlang der Längsachse des Gehäuses (1) angeordnete Antriebswelle (10) mit einem starr befestigten und damit koaxial liegenden Mitnehmer (11) sowie ein zweiter Mitnehmer (15) vorhanden sind, wobei jeder Mitnehmer (11, 15) mit einem Umlaufrad (12) be­ weglich verbunden ist, das parallel zur Antriebswelle (10) angeordnet ist und mit einem zentralen Zahnrad (14) im Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens noch eine Welle (6) mit Rührer vorgesehen und der Antrieb (9) mit noch mindestens einem Um­ laufrad (13) versehen ist, das mit dem zentalen Zahnrad (14) im Eingriff steht, wobei die Um­ laufräder (12, 13) mit Abstand angeord­ net und mit mindestens einer Kurbel (16, 18) versehen sind, die mit einer Pleuelstange (17, 19) beweglich verbunden ist, über die die Verbindung eines jeden Umlaufrades (12, 13) mit einem der Mitnehmer (11, 15) hergestellt ist.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (9) jedes der Umlaufräder (12, 13) im Antrieb über die Kurbel (16, 18) und die Pleuelstange (17, 19) mit dem ersten Mitnehmer (11) gekoppelt ist und ihre Wellen zu­ sammen mit den daran starr befestigten Wellen (5, 6) mit Rührern mit dem zweiten Mitnehmer (15) beweglich ver­ bunden sind.

3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Umlaufräder (12, 13) im Antrieb über die Kurbel (16, 18) und die Pleuelstange (17, 19) mit dem zweiten Mitnehmer (15) gekoppelt ist wobei ihre Wellen jeweils mit dem ersten Mitnemer (11) beweglich ver­ bunden sind.

4. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, bei Vorhandensein von drei Wellen (5, 6) mit Rührern, die Wellen 5 der Umlaufräder (12, 13) relativ zur Antriebswelle (10) derart angeordnet sind, daß die Wellen (5, 6) mit Rührern im Behälter (4) des Gehäuses (1) mit ihrem Aktionsradius den Umfang überdecken.

5. Apparat nach Ansprüchen 2 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß noch zwei zusätzliche Wellen (7, 8) mit Rührern vorhanden sind, von denen die eine an der Antriebs­ welle (10) befestigt ist und die andere (8) koaxial mit der Antriebswelle (10) angeordnet und an dem zweiten Mitnehmer (15) starr befestigt ist.

6. Apparat nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß im Antrieb bei Vorhandensein von zwei Umlaufrä­ dern (12, 13) mit jeweils zwei Kurbeln (28, 29, 32, 33) die Kurbeln paarweise (28, 29, 32, 33) mit unterschiedlichen Radien ausgebildet sind, die einen Winkel von 45 bis 180° einchließen, und noch ein zweiter Mitnehmer (36) vorgesehen ist, wobei die Verbindung zwischen jedem der Umlaufräder (12, 13) und jedem der zweiten Mitnehmer (15, 36) über das Paar der Kurbeln (28, 29) (32, 33) hergestellt ist, die mit Pleuelstangen (30, 31), (34, 35) beweglich verbunden sind, und daß an der Antriebswelle (10) und den zweiten Mitnehmern (15, 36) Wellen (38, 39) mit Rührern starr befestigt sind.

7. Apparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Antrieb (9) zwei mit Zahnrädern (22, 23) im Ein­ griff stehende Zahnsegmente (20, 21) vorgesehen sind, die an dem zweiten Mitnehmer (15) befestigt und auf den gegenüberliegenden Seiten der Antriebswelle (10) angeord­ net sind, wobei das eine der Zahnsegmente (21) mit dem einen Zahnrad (23) in Außenverzahnung und das andere (20) mit dem anderen Zahn­ rad (22) in Innenverzahnung steht, und die Wellen der Zahnräder (22, 23) über ein Schraubenpaar (24, 25) mit den Rührer tragenden Wellen (26) verbunden sind.

8. Apparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Zahnräder (22, 23) relativ zur Antriebswelle (10) derart angeordnet sind, daß die Wellen (26) mit den Rührern radial auf dem Umfang des Behälters (4) des Gehäuses (1) liegen.