DE3839693A1 - Ruehrverschluss - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rührverschluß aufweisend eine rotierbare Rührerwelle, eine aus Glas bestehende feststehende rohrförmige Lagerhülse und einen mit der Rührerwelle verbundenen Magneten, für eine von der Außenatmosphäre abgeschlossene Apparatur der chemischen Verfahrenstechnik insbesondere im Labor oder im Technikum.

Derartige Apparaturen werden üblicherweise aus Borosilikatglas 3.3 gefertigt, wobei die chemische Resistenz dieses Werkstoffes von Bedeutung ist. Zur Lagerung der rotierenden Welle eines Rührwerkes werden bisher Gleitlager verwendet, insbesondere solche aus kapillar gezogenen Präzisions-Glasrohren, die als "KPG- Rührhülsen" bekannt sind. Ein derartiges Lager bedarf einer ständigen Schmierung, so daß das Schmiermittel bei der Durchführung chemischer Reaktionen zu unerwünschter Verunreinigung des Reaktionsmediums führen kann. Bei sparsamer Anwendung des Schmiermittels besteht die Gefahr des Trockenlaufens, so daß innerhalb kurzer Zeit ein Festfressen des Lagers erfolgt. Sofern der Drehantrieb nicht unverzüglich ausgeschaltet wird, ist ein Bruch der Glasapparatur nicht auszuschließen. Vereinzelte Versuche mit handelsüblichen Metall-Lagerungen konnten nicht befriedigen, da die Werkstoffe keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Auch die Verwendung von Bauteilen aus Werkstoffen mit niedrigem Reibungskoeffizienten wie Polytetrafluorethen vermeidet die geschilderten Nachteile nicht vollständig, da diese Werkstoffe einen wesentlich höheren Ausdehnungs­ koeffizienten als Glas besitzen und außerdem zum Kriechen neigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rührverschluß zu schaffen, der ohne die Verwendung eines Schmiermittels leichtgängig ist, der im Dauerbetrieb nicht zum Festfressen neigt, der korrosionsbeständig ist und der außerdem die Abstützung der Rührerwelle in axialer Richtung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rührerwelle mittels wenigstens zweier im wesentlichen aus nichtmetallischen Werkstoffen bestehender Kugellager innerhalb der Lagerhülse gelagert ist, und daß jeweils im Bereich von Endabschnitten der Lagerhülse an deren innerer Oberfläche tangential in Umfangsrichtung verlaufende als Lauffläche für die Kugeln der Kugellager ausgebildete rillenförmige Vertiefungen angeordnet sind.

Der besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Rührverschlusses liegt darin, daß die Anordnung von Kugellagern die Leichtgängigkeit der Rührerwelle auch bei tiefen Temperaturen ermöglicht und ein Klemmen, wie es in diesem Fall bei Verwendung einer Gleitlagerhülse aus Kunststoff eintreten kann, mit Sicherheit ausschließt. Da die Lagerhülse zugleich die äußeren Laufflächen der Kugellager trägt, also einstückig mit diesen ausgebildet ist, besitzt der erfindungsgemäße Rührverschluß eine hohe Stabilität, und der Einbau besonderer Kugellager ist nicht erforderlich.

Wenn die Stirnflächen der feststehenden Lagerhülse rechtwinklig zur Rotationsachse und planparallel zueinander angeordnet sind, so bietet es sich an, die Endabschnitte der Lagerhülse jeweils als Verbindungselement für eine Schliffverbindung, insbesondere als Planflansch, als Kugelflansch, als Kegelschliff oder als Kugelschliff auszubilden.

Eine besonders hohe Stabilität, welche die Aufnahme von Zugkräften in Umfangsrichtung erlaubt, wird erreicht, wenn die Außenkontur der feststehenden Lagerhülse im Bereich der Endabschnitte flanschförmig ausgebildet ist. Vorteilhafterweise wird die Form der Flansche handelsüblichen Laborflanschverbindungen angepaßt, so daß zum Einbau des Rührverschlusses die in einem Labor vorhandenen Verbindungselemente benutzt werden können. Bei Ausbildung zumindest des der Apparatur zugewandten Endabschnittes der Lagerhülse als Kugelschliffverbindung mit konvexer oder konkaver sphärischer Krümmung der Stirnfläche ist es möglich, die Rotationsachse des Rührverschlusses gegenüber der vom Anschlußstutzen der Apparatur vorgegebenen Achse zu neigen. Somit ist auch bei Montage des Rührverschlusses an einem außermittig an einem Reaktionsgefäß angebrachten Anschlußstutzen das Rührelement im Zentrum des Reaktionsgefäßes anordbar. Eine Neigung der Rührerwelle gegenüber der Vertikalen ermöglicht in einfacher Weise eine besonders gute Durchmischung des Reaktionsmediums.

Um verschiedene Rührelemente mit einer vorzugsweise aus Glas bestehenden Rührerwelle einsetzen zu können, ist es vorteilhaft, die Kugellager mit die Rührerwelle abschnittsweise umfassenden rotierbaren Innenringen auszustatten. Auf die Innenringe wirken im wesentlichen Druckkräfte ein, so daß diese relativ dünnwandig ausführbar sind. Der Durchmesser der Innenbohrung der Innenringe ist vorteilhafterweise dem Außendurchmesser handelsüblicher KPG-Rührwellen angepaßt.

Als Werkstoff für die beiden Innenringe und die Lagerhülse wird vorteilhafterweise das gleiche Material verwendet wie für die übrige Glasapparatur, nämlich Borosilikatglas 3.3. Somit weisen sämtliche Bauteile der Apparatur den gleichen Ausdehnungskoeffizienten auf, und das Auftreten von Verspannungen infolge Temperatureinwirkung ist ausgeschlossen. Darüberhinaus weisen die tragenden Teile des Rührverschlusses dieselbe Korrosionsbeständigkeit wie die übrige Apparatur auf.

Der erfindungsgemäße Rührverschluß ist unbedenklich im Reaktionsraum einer Glasapparatur einsetzbar, wobei die Kugellager von dampfförmigen oder flüssigen Medien umgeben sein können, da die Kugellager keiner Schmierung bedürfen.

Zur Vermeidung von Korrosionsgefahr ist es empfehlenswert, Kugeln aus nichtmetallischem Werkstoff vorzusehen. Die Lebensdauer des Rührverschlusses wird erhöht, wenn der Werkstoff der Kugeln eine größere Härte als Glas besitzt. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Kugeln aus reinem oder dotiertem Aluminiumoxid, vornehmlich solchen aus Rubin. Es versteht sich von selbst, daß für besondere Anwendungszwecke auch Kugeln aus Glas, aus keramischem Werkstoff oder aus Kunststoff eingesetzt werden können.

Zur gleichmäßig in Umfangsrichtung beabstandeten Führung der Kugeln ist die Anordnung eines aus nichtmetallischem Werkstoff bestehenden Führungskäfigs empfehlenswert, welcher in im wesentlichen rotationssymmetrischer Anordnung zur Rotationsachse die Kugeln aufnehmende Aussparungen aufweist und aus zwei nach Montage der Kugeln in den Kugellagern miteinander verbindbaren Teilen besteht.

Die Verbindung der beiden Teile des Führungskäfigs kann sowohl mittels Schrauben, als auch mittels Splinten oder mittels einer Rastverbindung erfolgen. Eine lösbare Verbindung mit Schrauben oder Rastelementen hat den Vorteil, daß der Rührverschluß demontierbar ist, so daß bei eventueller Beschädigung oder Verschleiß ein einzelnes Teil oder mehrere Teile des Rührverschlusses austauschbar sind und eine schnelle und preiswerte Instandsetzung möglich ist.

Als Werkstoff für den Führungskäfig eignet sich ein chemisch beständiger Werkstoff, beispielsweise Titan oder ein Kunststoff wie Polytetrafluorethen. Die mechanischen Eigenschaften dieses Materials werden verbessert, wenn dieses mit einem pulverförmigen Füllstoff wie Graphitpulver versetzt ist.

Der Führungskäfig kann aus zwei zur Mittelebene eines Kugellagers symmetrisch miteinander verbindbaren Käfighälften bestehen, es ist auch möglich, einen Führungskäfig vorzusehen, welcher einen im wesentlichen U-förmige Aussparungen, deren Breite und Tiefe die Abmessungen der Kugel übersteigt, aufweisenden Führungsring und eine mit diesem verbindbare die offene Seite der Aussparungen überdeckende ringförmige Abdeckung aufweist.

Der erfindungsgemäße Rührverschluß kann zur Aufnahme hoher axialer Kräfte bei vertikaler Anordnung der Rotationsachse im oberen Endabschnitt mit einem Pendelkugellager, mit einem Schrägkugellager oder mit einem Axial-Kugellager ausgerüstet sein, wobei für das untere Kugellager die Ausführung als Radial- Rillenkugellager zu bevorzugen ist.

Die Rille des Innenringes des unteren Kugellagers wird vorteilhafterweise in axialer Richtung verbreitert, so daß dieses Kugellager keine axialen Kräfte aufnimmt. Hierzu ist in der Führungsrille ein zylinderförmiger Abschnitt vorzusehen, dessen Durchmesser demjenigen der Führungsrille an ihrer tiefsten Stelle gleich ist. Die Anordnung eines in axialer Richtung nicht führenden unteren Kugellagers schließt das Auftreten von Blindkräften zwischen den beiden Kugellagern des Rührverschlusses mit Sicherheit aus.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen, für sich und/oder in Kombination, sondern auch aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Rührverschluß (2) in der Ausführungsform mit zwei Radial-Rillenkugellagern (10, 30) in teilweise entlang der Rotationsachse (6) längsgeschnittener Seitenansicht dargestellt. In einer aus Borosilikatglas 3.3 bestehenden rohrförmigen Lagerhülse (4) ist eine um die Rotationsachse (6) rotierbare Rührerwelle (8) mittels eines ersten Kugellagers (10) und eines zweiten Kugellagers (30) gelagert, wobei die Rührerwelle (8) in Führungsrillen (13, 33) aufweisenden Innenringen (12, 32) der Kugellager (10, 20) spielfrei aufgenommen ist. Die im Innenring (32) des zweiten Kugellagers (30) angeordnete Führungsrille (33) ist mittels eines zylindrischen Abschnittes (35) verbreitert.

Im Bereich der Endabschnitte (14, 34) der Lagerhülse (4) sind an deren innerer Mantelfläche tangential in Umfangsrichtung verlaufende Führungsrillen (16, 36) angeordnet, die als Laufflächen für die Kugeln (18, 20; 38, 40) der Kugellager (10, 30) ausgebildet sind. Die Innenringe (12, 32), die Rührerwelle (8) und die Lagerhülse (4) bestehen aus Borosilikatglas 3.3, die Kugeln (18, 20; 38, 40) bestehen aus Rubin. Je sieben Kugeln (18, 20; 38, 40) sind in Führungskäfigen (22, 42) angeordnet, welche die Kugeln (18, 20; 38, 40) in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet führen. Die aus mit Graphitpulver als Füllstoff versetztem Polytetrafluorethen bestehenden Führungskäfige (44, 42) sind jeweils zweiteilig ausgeführt.

Die Außenkontur der Lagerhülse (4) ist im Bereich der Endabschnitte (14, 34) flanschförmig als Labor- Glasplanflansch mit rechtwinklig zur Rotationsachse (6) angeordneten planen Stirnflächen (24, 44) ausgeführt, so daß der Rührverschluß (2) mittels handelsüblicher Dichtungen (26, 46) mit dem Anschlußflansch (48) einer Apparatur und mit einer Kappe (50) gasdicht lösbar verbindbar ist.

Die Kappe (50) umgibt einen mit der Rührerwelle (8) stirnseitig verbundenen Magneten (52), welcher in bekannter Weise die Rotations-Antriebskraft von einem außerhalb der Kappe (50) angeordneten ring- oder hutförmigen Magneten aufnimmt.

Oberhalb des ersten Kugellagers (10) weist die Rührerwelle (8) einen ringförmigen Vorsprung (54) auf, welcher die Rührerwelle (8) in axialer Richtung abstützt.

Claims (14)

1. Rührverschluß aufweisend eine rotierbare Rührerwelle, eine aus Glas bestehende feststehende rohrförmige Lagerhülse und einen mit der Rührerwelle verbundenen Magneten, für eine von der Außenatmosphäre abgeschlossene Apparatur der chemischen Verfahrenstechnik insbesondere im Labor oder im Technikum, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührerwelle (8) mittels wenigstens zweier im wesentlichen aus nichtmetallischen Werkstoffen bestehender Kugellager (10, 30) innerhalb der Lagerhülse (4) gelagert ist, und daß jeweils im Bereich von Endabschnitten (14, 34) der Lagerhülse (4) an deren innerer Oberfläche tangential in Umfangsrichtung verlaufende als Lauffläche für die Kugeln (18, 20; 38, 40) der Kugellager (10, 30) ausgebildete rillenförmige Vertiefungen (16, 36) angeordnet sind.

2. Rührverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (24, 44) der feststehenden Lagerhülse (4) rechtwinklig zur Rotationsachse (4) und planparallel zueinander angeordnet sind.

3. Rührverschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Lagerhülse (4) beidseitig im Bereich der Endabschnitte (14, 34) als Verbindungselement für eine Schliffverbindung ausgebildet ist.

4. Rührverschluß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der feststehenden Lagerhülse (4) im Bereich der Endabschnitte (14, 34) flanschförmig ausgebildet ist.

5. Rührverschluß nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellager (10, 30) aus Glas bestehende, die Rührerwelle (8) abschnittsweise umfassende, rotierbare Innenringe (12, 32) aufweisen.

6. Rührverschluß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Innenringe (12, 32) der Kugellager (10, 30) und die Lagerhülse (8) aus Borosilikatglas 3.3 bestehen.

7. Rührverschluß nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (18, 20; 38, 40) der Kugellager (10, 30) aus nichtmetallischem Werkstoff bestehen.

8. Rührverschluß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (18, 20; 38, 40) im wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehen.

9. Rührverschluß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (18, 20; 38, 40) aus Rubin bestehen.

10. Rührverschluß nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen der Lagerhülse (4) und den rotierbaren Innenringen (12, 32) ein aus nichtmetallischem Werkstoff bestehender zweiteiliger Führungskäfig (22, 42) angeordnet ist, welcher in im wesentlichen rotationssymmetrischer Anordnung zur Rotationsachse (6) die Kugeln (18, 20; 38, 40) aufnehmende Aussparungen aufweist.

11. Rührverschluß nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskäfige (22, 42) aus Titan bestehen.

12. Rührverschluß nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskäfige (22, 42) aus einer mit einem Füllstoff wie Graphitpulver versetzten polymeren fluorhaltigen Kohlenwasserstoffverbindung wie Polytetrafluorethen bestehen.

13. Rührverschluß nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest am Außenmantel des rotierbaren Innenringes (12, 32) eines der Kugellager (10, 30) eine tangential verlaufende Führungsrille (13, 33) angeordnet ist.

14. Rührverschluß nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrille (33) des Innenringes (32) des zweiten Kugellagers (30) einen zylinderförmigen Abschnitt (35) aufweist, dessen Durchmesser demjenigen der Führungsrille (33) an ihrer tiefsten Stelle gleich ist.