DE3937103C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rühreinrichtung in einem Rührgefäß mit wenigstens einem in das Rührgefäß hineinragenden Rührer, der an einer rotierenden Welle angebracht ist und mit einer Leiteinrichtung, die gegenüber dem Rührer bewegbar angeordnet ist.

Eine derartige Rühreinrichtung ist aus der DE-OS 34 20 094 bekannt. Dabei handelt es sich um ein Propellerrührwerk für Jauchebehälter mit einem im Inneren des Jauchebehälters an­ geordneten Propeller, der über eine im wesentlichen horizontal angeordnete Antriebsachse von einem Traktor aus anzutreiben ist. Um die Gülleflüssigkeit unter weitgehender Vermeidung von Dünenbildung am Boden aufzuwirbeln ist bei dieser bekannten Einrichtung vorgesehen, daß ein Austrittskanal, der den Rühr­ propeller nach Art einer Mantalschraube umgibt, in vertikaler und horizontaler Richtung verstellbar ist.

Aus der US-PS 17 65 386 ist eine Leiteinrichtung für die Strö­ mung in einem Rührgefäß bekannt, die ortsfest angebracht ist.

Aus der DD-PS 2 68 878 ist eine Trenn- und Leiteinrichtung zur Verminderung von Rückvermischungen bekannt. Bei dieser bekann­ ten Einrichtung soll das Problem gelöst werden, in einem Rühr­ gefäß, welches in verschiedene Etagen unterteilt ist, jeweils die einzelne Etage gut zu durchrühren, jedoch einen Austausch über verschiedene Etagen zu vermeiden. Deshalb sind starre Trennwände vorgesehen, welche dem Feststoff den Weg nach unten freigeben.

Aus dem DE-GM 85 31 723 ist eine Rührdüse für Güllebehälter bekannt, welche einen an eine Güllzuflußleitung anschließbaren Rohrstutzen mit einem im wesentlichen horizontal abzweigenden Austrittsstutzen aufweist, der an seinem freien Ende eine Ku­ gelpfanne trägt, an die unter Zwischenschaltung einer Teilku­ gelmanschette eine Rührdüse anschließt. Bei dieser bekannten Rühreinrichtung wird der Suspensionsstrom nicht durch einen Rührer innerhalb des Suspensionsbehälters erzeugt, es wird vielmehr außerhalb dieses Behälters durch eine Pumpe Energie zugeführt, so daß der Suspensionsstrom unter Druck im Inneren des Suspensionsbehälters austritt.

Aus der DE-OS 21 25 698 ist ein verstellbarer Stromstörer für Rührmaschinen bekannt, der nach Wunsch einstellbare Strombre­ cher aufweist. Diese grundsätzlich verstellbaren Strombrecher werden während des Rührvorgangs nicht bewegt. Sie sind viel­ mehr fest eingestellt. Es ist lediglich ein Feststell- oder Betätigunghebel vorhanden, um einen Strombrecher auf eine be­ sonders günstige Position einzustellen, welche er beim Rühr­ vorgang fest beibehält.

Aus der DE-AS 15 57 021 ist ein Stromstörer bekannt, der nicht - wie üblich - parallel zur Mittelachse an den zylindrischen Wänden eines Rührgefäßs angebracht ist, sondern von oben in den Behälter eingeführt wird. Der Rührer weist jedoch einen klassischen Aufbau auf, d. h. es wird keineswegs die Richtung des vom Rührer ausgehenden Impulses ständig verändert und um­ gelenkt. Der Impuls der Strömung ist vielmehr konstant auf den Boden gerichtet. Dieser bekannte Stromstörer hat in einem zeitlich konstanten Flüssigkeitsfeld lediglich die Aufgabe, eine Trombe zu unterdrücken oder zumindest etwas vorteilhafter zu formen. Der dabei noch auftretende Wärmeaustausch ist uner­ heblich. Die Leitschaufeln sollen dabei gleichzeitig drehbar sein, es wird dabei jedoch das Schaufelgitter auch bei einer Drehung der Leitschaufeln immer von derselben Seite her von Flüssigkeit durchströmt. Die Richtung des vom Rührer in das Fluid eingebrachten Impulses ändert sich dadurch nicht, so daß das Fluid immer im selben Sinn rotiert.

Aus der DE-PS 6 75 302 ist ein geschlossener Rührbehälter be­ kannt, der zwar einen Stromstörer in verstellberar Ausführung zeigt, der jedoch nicht periodisch verstellt wird. Die Ver­ stellung geschieht nur, um den Stromstörer "optimal" auf das Produkt einzustellen. Dann wird er festgeklemmt und bleibt während des Betriebs in einer fixierten und konstanten Posi­ tion. Auf diese Weise werden nur eine große Zahl von Versuchen mit unterschiedlichen Konstruktionen vermieden. Die Verstell­ barkeit der Konstruktion dient lediglich zur einmaligen opti­ malen Einstellung.

Aus der DE-OS 36 22 723 sind labile Mischwerkzeuge bekannt, welche im wesentlichen nach Art einer Schiffsschraube aufge­ baut sind, bei welcher durch eine Verstellung des Anstellwin­ kels der Schraubenblätter eine Vorwärtsfahrt ebenso wie eine Rückwärtsfahrt ermöglicht wird, ohne die Drehrichtung der Schraubenwelle umzukehren. Außerdem sollen mit dieser bekann­ ten Einrichtung unregelmäßige und ungleichförmige Schwingbewe­ gungen erzwungen werden, wobei die Bewegung im wesentlichen nach einem Zufallsprogramm gesteuert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und Betriebsweise einer Rühreinrich­ tung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, durch welche bei einfachem Aufbau zugleich erreicht wird, daß die Rührener­ gie besonders gleichmäßig in ein Fluid eingeleitet und eine besonders wirkungsvolle Homogenisierung des Fluids herbeige­ führt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 dadurch gelöst, daß die Welle mit dem Rührer von oben im wesentlichen vertikal eingetaucht ist, daß die Lei­ teinrichtung dem Rührer in Strömungsrichtung nachgeschaltet ist, daß die Leiteinrichtung bei einem im wesentlichen axial fördernden Rührer um eine koaxial zur Welle des Rührers an­ geordnete Drehachse drehbar ist und derart unsymmetrisch zur Drehachse ausgebildet ist, daß die Strömung periodisch in ver­ schiedene Zonen des Rührgefäßes lenkbar ist, bzw. daß die Lei­ teinrichtung bei einem im wesentlichen radial fördernden Rüh­ rer um die vom Rührer aufgespannte Ebene derart ausgebildet ist, daß die Strömung periodisch axial alternierend in ver­ schiedene Zonen des Rührgefäßes lenkbar ist.

Diese Rühreinrichtung verhindert den Aufbau eines statischen Strömungsbildes, so daß es keine Bereiche in dem zu durchrüh­ renden Fluid gibt, in denen immer eine sehr schwache Verwirbe­ lung stattfindet. Durch kontinuierliches oder diskontinuierli­ ches Verstellen der Leiteinrichtung wird ständig ein anderes Strömungsbild eingestellt, so daß alle Bestandteile des zu durchrührenden Fluids relativ gleichmäßig stark bewegte Berei­ che in der Umgebung des Rührwerkzeugs und weniger stark beweg­ te Bereiche in der Nähe des Fluidspiegels passieren.

Dies ermöglicht es, Rühranordnungen mit einem kleinen Durch­ messerverhältnis des Rührorgans zum Rührgefäß zu verwenden, was wiederum die Verwendung von flachen Rührgefäßen mit einem großen Durchmesser erlaubt. Die Erfindung ermöglicht zudem die Verwendung von nicht kreisrunden Rührgefäßen, da durch die Leiteinrichtungen ein Fluidstrom gezielt in Eckbereiche des Rührgefäßes gerichtet werden kann.

Die Leiteinrichtung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich bewegt werden, wobei die Strömungsleiteinrichtung periodisch bewegt wird. Eine derartige Bewegung läßt sich elektromoto­ risch auf einfache Weise realisieren, wobei die Frequenz der Bewegung durch die Motordrehzahl einstellbar ist. Das Durch­ führen von Fluiden oder Feststoffen läßt sich im Prinzip immer auf eine oder mehrere der folgenden Grundaufgaben zurückfüh­ ren:

• - Homogenisieren von mehreren ineinander löslichen Flüssig­ keiten;
• - Suspendieren von Feststoffen in Flüssigkeiten;
• - Dispergieren von nicht miteinander mischbaren Flüssigkei­ ten;
• - Begasen von Flüssigkeiten und
• - Intensivierung des Wärmeübergangs.

Diese Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben erfordert unter­ schiedliche Behandlungsparameter beim Rühren. In herkömmlichen Rühranlagen wird jedoch lediglich die Umdrehungsgeschwindig­ keit des Rührorgans verändert. Durch die gezielte Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit und der Amplitude der Strömungs­ leiteinrichtung kann die Rühranordnung auf die entsprechende Aufgabe eingestellt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ebenfalls durch die Rühranordnung nach Anspruch 2 gelöst. In der Regel hat der Rührer einer Rühranordnung mindestens ein an einer drehbaren Welle angeordnetes Rührorgan. Im Umgebungsbereich des Rührorgans sind die auftretenden Strömungsgeschwindigkei­ ten in dem zu durchrührenden Fluid und/oder Feststoff am größ­ ten. Auf die in dem Rührgefäß sich einstellende Strömung kann daher sehr gut Einfluß genommen werden, wenn die Strömungslei­ teinrichtung in der Drehebene des Rührorgans angeordnet ist.

Die Strömungsleiteinrichtung kann hierbei z. B. in Art einer Ringscheibe ausgebildet sein, die zwischen dem Bewegungsbe­ reich des Rührorgans und der Innenwand des Rührgefäßes an­ geordnet ist. Die Strömungsrichtung des im Rührgefäß befindli­ chen Fluids läßt sich auf einfache Weise verändern, wenn die Ringscheibe aus der Drehebene des Rührorgans ausgelenkt oder gegenüber der Drehebene geneigt wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch die Innenkante oder die Außenkante der Drehscheibe festgelegt und die jeweils abgewandte Kante der Ringscheibe ist parallel zur Wellenachse auslenkbar. Hierdurch kann die Ringscheibe eine kegelförmige Gestalt annehmen und das vom Rührorgan abge­ wirbelte Fluid nach oben oder nach unten ablenken. Die Ring­ scheibe kann beispielsweise aus einzelnen Blechsegmenten be­ stehen. In einer vorteilhaften Weiterbildung besteht die Ring­ scheibe aus einem elastischen Material, z. B. Gummi. Wenn die elastische Ringscheibe an mehreren Punkten der Innen- oder Außenkante auslenkbar gelagert ist, läßt sich die Ringscheibe nicht nur in eine kegelige Gestalt bringen, die Ringscheibe läßt sich dann segmentweise nach oben und nach unten auslen­ ken. Die Ringscheibe hat dann eine wellenförmige Oberfläche, wobei die Bewegung der Ringscheibe in Art einer stehenden Wel­ le erfolgt.

Bei einer zwischen dem Rührorgan und dem Boden des Rührgefäßes drehbar angeordneten kegeligen Taumelscheibe, deren Kegelachse relativ zur Wellenachse geneigt ist, wird der Rühreffekt da­ durch erreicht, daß durch die Drehbewegung des Rührorgans ähn­ lich einer Schiffsschraube eine starke Schubbewegung auf das im Rührgefäß befindliche Fluid ausgeübt wird. Das Fluid wird dann gegen den Boden des Rührgefäßes gedrückt und strömt ent­ lang der Innenwände des Rührgefäßes nach oben. Es stellt sich ein Strömungsverlauf ein, der mit umgekehrten Vorzeichen dem einer Wärmekonvektionsströmung ähnlich ist. Je nach Stellung dieser Taumelscheibe wird die axiale Fluidströmung am Boden in eine Vorzugsrichtung geleitet. Wenn die Taumelscheibe entgegen der Drehrichtung des Rührorgans gedreht wird, läßt sich der Rühreffekt noch weiter verbessern.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in der Rühranordnung mindestens ein Stromstörer vorgese­ hen, der eine parallel zur Drehebene eines Rührorgans ausge­ richtete Umlenkplatte aufweist, wobei der Stromstörer in Rich­ tung der Wellenachse des Rührers verschiebbar ist. Je nachdem, ob die Umlenkplatten leicht über oder unter dem Rührorgan an­ geordnet sind, wird die Fluidströmung in verstärktem Maße nach oben bzw. nach unten ausgelenkt. Derartige verschiebbare Stromstörer könnten auch an dem Deckel des Rührgefäßes oder an einer Halteeinrichtung des Rührers befestigt sein. Gerade die­ se Ausführungsform der Erfindung eignet sich daher sehr gut für eine Nachrüstung bereits bestehender Rühranordnungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der sche­ matischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rühranordnung mit einer als Ringscheibe ausgebildeten Strömungsleit­ einrichtung;

Fig. 2 eine Aufsicht II auf die Rühranordnung aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Rühranordnung mit ei­ ner am Boden drehbar gelagerten Taumelscheibe;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Rühranordnung mit ei­ nem am Boden eines Rührgefäßes angeordneten geboge­ nen Rohrstück;

Fig. 5 eine Rühranordnung mit in Längsrichtung verschiebba­ ren Stromstörern;

Fig. 6 die Aufsicht VII-VII aus Fig. 5;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Rühranordnung mit einem ein Rührorgan umgebenden drehbaren Spiralpumpengehäuse.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Rühranordnung 10 hat ein an einer Welle 12 drehbares Rührorgan 14, welches in ein Rührgefäß 16 eingetaucht ist.

In der Drehebene des Rührorgans 14 befindet sich um des­ sen Bewegungsbereich eine als Ringscheibe 18 ausgebildete elastische Strömungsleiteinrichtung aus einem gummiartigen Material. Die Außenkante 20 der Ringscheibe ist durch vier Halterungen 22 fest an dem Rührgefäß 16 gehalten, während die Innenkante 24 der Ringscheibe durch vier parallel zur Welle 12 verlaufende Auslenkstangen 26 be­ weglich gehalten ist. Durch eine axiale Bewegung der Aus­ lenkstange 26 wird die elastische Ringscheibe an ihrer dem Rührorgan 14 zugewandten Innenkante 24 relativ zum Rühr­ organ 14 nach oben oder nach unten ausgelenkt. Hierdurch wird der vom Rührorgan 14 abwirbelnde Fluidstrom dement­ sprechend nach unten oder nach oben abgelenkt.

In Fig. 3 ist im Längsschnitt eine Rühranordnung 42 mit einer drehbaren Welle 44, einem an der Welle 44 angeordneten Rührorgan 46 und einem Rührgefäß 48 dargestellt. Durch die Drehbewegung des Rührorgans 46 wird eine starke Fluidströmung parallel zur Wellenachse erzeugt, die am Boden entsprechend der Stellung der Strömungsleitein­ richtung umgelenkt wird. Im Boden 50 des Rührgefäßes 48 ist eine kegelförmige Taumelscheibe 52 drehbar gelagert, de­ ren Achse A relativ zur Wellenachse B geneigt ist. Ent­ sprechend der Winkelstellung der Taumelscheibe 52 wird die auf den Boden 50 des Rührgefäßes 48 gerichtete Fluidströmung in unterschiedliche Richtungen umgeleitet. In der in Fig. 3 dargestellten Stellung der Taumelscheibe 52 wird die Fluidströmung vorwiegend auf die linke Seite des Rührgefäßes 48 umgeleitet.

Fig. 4 zeigt eine Rühranordnung 54 mit einer in ein Rühr­ gefäß 56 hineinragenden Welle 58, an deren unterem Ende ein propellerförmiges Rührorgan 60 angeordnet ist. Zwi­ schen dem Rührorgan 60 und dem Boden 62 des Rührgefäßes ist ein (perspektivisch dargestelltes) gebogenes Rohr­ stück 64 an einer zweiten Welle 66 drehbar gelagert. Die zweite Welle 66 verläuft in Verlängerung der Rührerwelle 58 durch den Boden 62 des Rührgefäßes 56. Die obere Öff­ nung 68 des gebogenen Rohrstückes 64 weist in Richtung des Rührorgans 60, während die untere Öffnung 70 in etwa radial nach außen weist. Das gebogene Rohrstück 64 kann unabhängig vom Rührorgan 60 bewegt werden.

Fig. 5 zeigt eine Rühranordnung 74 mit einem Rührgefäß 76 und einer in das Rührgefäß 76 hineinragenden Welle 78, an deren Ende ein Rührorgan 80 befestigt ist. Im Bereich der Innenwände des Rührgefäßes sind Stromstörer 82 gleich­ mäßig über den Umfang des Rührgefäßes 76 verteilt. Diese Stromstörer 82 haben in etwa in der Höhe des Rührorgans 80 vertikale Umlenkplatten 84 und die Stromstörer 82 sind in Längsrichtung, d. h. parallel zur Wellenrichtung verschieb­ bar, wodurch die Umlenkplatten 84 über dem Rührorgan, ge­ nau um das Rührorgan herum oder unter dem Rührorgan angeordnet werden können.

Fig. 6 zeigt die Ausbildung der Umlenkplatte 84 an einem Stromstörer 82 im Detail.

Fig. 7 zeigt eine Rühranordnung 90 mit einem Rührgefäß 92, einer in das Rührgefäß hineinragenden Welle 94, die in unterschiedlicher axialer Höhe zwei Rührorgane 96, 98 trägt. Das zweite Rührorgan 98 ist am Ende der Welle 94 angeordnet und hat an seinen radialen äußeren Enden Schaufeln, die in einem Spiralpumpengehäuse 100 drehbar gelagert sind, das wiederum an einer konzentrisch zur Achse der Rührerwelle 94 angeordneten zweiten Welle 102 relativ zum zweiten Rührorgan 98 und relativ zum Rührge­ fäß 92 drehbar gelagert ist. Das Spiralpumpengehäuse 100 ist vorzugsweise über einen Winkelbereich von 180° bis 270° ausgebildet. Durch die Relativbewegung der beiden Wellen 94 und 102 zueinander bewegen sich die Schaufeln des zweiten Rührorgans 98 in dem Spiralpumpengehäuse 100 entsprechend dem Unterschied in der Rotationsgeschwin­ digkeit der beiden Wellen 94, 102. Hierdurch wird das Fluid aus dem Spiralpumpengehäuse 100 mit einer einstell­ baren Frequenz impulsartig ausgestoßen. Dies trägt zur Verbesserung der Rührwirkung und zur Verhinderung eines statischen Strömungsbildes im Rührgefäß bei.

Claims (9)

1. Rühreinrichtung in einem Rührgefäß mit wenigstens einem in das Rührgefäß hineinragenden Rührer, der an einer rotierenden Welle angebracht ist und mit einer Leitein­ richtung, die gegenüber dem Rührer bewegbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle mit dem Rührer von oben im wesentlichen vertikal eingetaucht ist, daß die Leiteinrichtung dem Rührer in Strömungsrichtung nachgeschaltet ist, daß die Leiteinrichtung bei einem im wesentlichen axial fördern­ den Rührer um eine koaxial zur Welle des Rührers ange­ ordnete Drehachse drehbar ist und derart unsymmetrisch zur Drehachse ausgebildet ist, daß die Strömung perio­ disch in verschiedene Zonen des Rührgefäßes lenkbar ist, bzw. daß die Leiteinrichtung bei einem im wesentlichen radial fördernden Rührer um die vom Rührer aufgespannte Ebene derart ausgebildet ist, daß die Strömung periodisch axial alternierend in verschiedene Zonen des Rührgefäßes lenkbar ist.

2. Rühreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude und Geschwindigkeit der Bewegung der Leiteinrichtung steuerbar sind.

3. Rühreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (18) in der Art einer Ringscheibe zwischen dem Bewegungsbereich des Rührorgans (14) und der Innenwand des Rührgefäßes (16) angeordnet ist.

4. Rühreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkante (24) oder die Außenkante (20) der Ringscheibe (18) festgelegt ist und daß die jeweils ab­ gewandte Kante der Ringscheibe (18) parallel zur Wellen­ achse auslenkbar ist (Fig. 1, 2).

5. Rühreinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (18) aus einem elastischen Material besteht.

6. Rühreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer als Rührer mit Axialströmung ausgebildet ist, und daß zwischen dem Rührorgan (46) und dem Boden (50) des Rührgefäßes eine kegelige Taumelscheibe (52) drehbar angeordnet ist, deren Kegelachse (A) relativ zur Wellenachse (B) geneigt ist (Fig. 3).

7. Rühreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung durch ein gebogenes offenes Rohrstück (64) gebildet ist, welches unter der Welle (58) des Rührers drehbar angeordnet ist, und daß eine obere Öffnung (68) des Rohrstückes (64) in Richtung des Rühr­ organs (60) des Rührers weist (Fig. 4).

8. Rühreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stromstörer (82) vorgesehen ist, der eine parallel zur Drehebene eines Rührorgans (80) aus­ gerichtete Umlenkplatte (84) aufweist und daß der Strom­ störer (82) in Richtung der Wellenachse des Rührers ver­ schiebbar ist (Fig. 5).

9. Rühreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung als Spiralpumpengehäuse (100) ausgebildet und um die Wellenachse des Rührers drehbar gelagert ist und daß das Spiralpumpengehäuse (100) das Rührorgan (98) des Rührers umgibt (Fig. 7).