DE4232934A1 - Doppel-Impeller zum Rühren von sterilen Flüssigkeiten - Google Patents
Doppel-Impeller zum Rühren von sterilen FlüssigkeitenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Impeller zum Rühren,
insbesondere von sterilen Flüssigkeiten, bestehend aus
einem Impellerkopf mit Rührwerkzeugen und einer unten
angeordneten Öffnung zur Aufnahme eines Zapfens in
einem zentralen Hohlraum, wobei der Impeller
berührungslos, induktiv oder magnetisch, antreibbar
ausgebildet ist.
Ein derartiger Impeller ist zum Beispiel aus dem
amerikanischen Patent 4,993,841 und der EP-A1 0 399 972
bekannt. Die Impeller weisen eine Vielzahl von sich
radial nach außen erstreckende Rührblätter als
Rührwerkzeuge auf. Im eingebauten Zustand wird im
Behälter eine Strömung erzeugt, die in der
Behälterflüssigkeit eine strudelartige Strömung mit dem
Impeller als Mittelpunkt bewirkt. Oberhalb des Impeller
bildet sich also ein Unterdruck, der durch den Sog die
Oberfläche der Flüssigkeit sich kegelförmig in Richtung
des Impellers ausstülpen läßt. Der in diesem Bereich
herrschende Unterdruck ist unerwünscht, da er den
Gaseintrag in die Flüssigkeit begünstigt und bei
einigen Flüssigkeiten Schaum entstehen läßt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine andere Strömung im
Behälter zu erzeugen, die darüber hinaus eine
verbesserte Misch- und Rührwirkung aufweist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Rührwerkzeug
als Propeller ausgebildet ist, der eine nach oben
gerichtete Strömung erzeugende Drehrichtung aufweist
und im unteren Bereich zusätzlich strömungserzeugende
Flächen vorgesehen sind, die eine der vom Propeller
bewirkte Strömung entgegengesetzt gerichtete Strömung
nach unten oder seitlich entstehen lassen. Die im
Zentrum vorhandene Unterdruckzone wird durch die vom
Propeller erzeugte, nach oben gerichtete Strömung mehr
als kompensiert, so daß ein unerwünschter Gaseintrag
vermieden wird. Effekte der Schaumbildung werden
vermindert. Durch die im unteren Bereich
entgegengesetzte Strömung werden die axialen Kräfte des
Propellers teilweise kompensiert. Die Lebenserwartung
der Lager wird vorteilhaft erhöht.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
unteren strömungserzeugenden Flächen als Flügel am
Impeller ausgebildet sind. Je nach Anstellung und Größe
der Flügel können die auf den Impeller wirkenden
Axialkräfte fast vollständig kompensiert werden.
In anderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die unteren strömungserzeugenden Flächen als
turbinenartig ausgebildete untere Stirnfläche des
Impellers ausgebildet sind. Auch bei geringen Füllhöhen
wird die Rührwirkung hierdurch aufrechterhalten.
Die Maßnahme, daß zwischen zentralem Hohlraum und der
äußeren Oberfläche mindestens eine verbindenden Leitung
vorgesehen ist, dient dazu, den inneren Hohlraum des
Impellers ständig mit Flüssigkeit zu spülen, was die
Reinigung des Impeller erleichtert.
Die beste Rührwirkung wird erzielt, wenn der Propeller
einen Abstand zur unteren Impellerstirnfläche aufweist,
der dem einfachen bis zweifachen des
Propellerdurchmessers entspricht, vorzugsweise dem
1½fachen entspricht.
Die Erfindung wird in Zeichnungen beschrieben, wobei
weitere vorteilhafte Einzelheiten den Zeichnungen zu
entnehmen sind. Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen
erfindungsgemäßen Doppel-Impeller mit
turbinenartig ausgebildeter unterer
Stirnfläche,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt entsprechende
Schnittlinie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen
erfindungsgemäßen Doppel-Impeller mit Flügeln
im unteren Bereich und
Fig. 4 einen Horizontalschnitt entsprechend
Schnittlinie IV-IV in Fig. 3.
In Fig. 1 bezeichnet 1 die Antriebswelle einer nicht
weiter detaillierten Antriebseinheit eines
Impellerkopfes 2, der an einem Wellenstummel 20 als
Rührwerkzeug einen Propeller mit mehreren
Propellerblättern 3 trägt. Der Impellerkopf 2 ist im
unteren Teil eines Behälters angeordnet, dessen untere
Behälterwandung 4 in unterbrochener Linienführung
dargestellt ist. In diese Wandung ist ein
Montageflansch 5 eingeschweißt, der zum Inneren des
Behälters weisend einen Zapfen 6 aufweist und innen
hohl ausgeführt ist. In diesen Hohlraum des Zapfens 6
ragt die Antriebswelle 1 hinein, die an ihrem oberen
Ende eine mit mehreren Permanentmagneten bestückte
Magnetscheibe 7 drehfest trägt.
Der Montageflansch 5 ist meist aus nicht-magnetischem
Stahl gefertigt. Der obere Teil des Zapfens 6 ist als
zylindrische Sitzfläche 8 eines Lagers 9 geformt. Lager
9 dient zur drehbaren Fixierung des Impellerkopfes 2
mit eingedrehter Sitzfläche 10. Im Inneren des
Impellerkopfes 2 sind der Magnetscheibe 7
gegenüberliegend eine Anzahl entgegengesetzt
polarisierter Permanentmagnete 11 angeordnet, so daß
sich durch die magnetischen Kräfte zwischen
Magnetscheibe 7 und dem Permanentmagneten 11
berührungsfrei ein Drehmoment von Antriebswelle 1 auf
Impellerkopf 2 übertragen läßt.
Die untere Stirnfläche 12 des Impellers 2 ist durch
entsprechend eingefräste Nuten 13 so geformt, daß sich
bei Drehen des Impellerkopfes 2 ein Pumpeffekt ergibt.
Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt des
Impellerkopfes gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1,
wobei die behälterseitigen Teile der Übersicht halber
nicht dargestellt sind. In unterbrochener Linienführung
sind die Nuten 13 gezeigt. Durch die einem Schaufelrad
ähnelnde Anordnung der Nuten 13 ergibt sich bei Drehung
des Impellerkopfes 2 in Pfeilrichtung 14 ein
Pumpeffekt, der eine aus Hohlraum 15 des Impellerkopfes
2 nach außen gerichtete Strömung erzeugt, die durch
Pfeile 16 angedeutet ist. Ergänzt wird die aus dem
zentralen Hohlraum 13 abgesaugte Flüssigkeit durch die
den Hohlraum 15 mit der Oberfläche 19 des
Impellerkopfes 2 verbindende Leitung 17.
Die Propellerblätter 3 sind so angestellt, daß sich
beim Drehen des Impellerkopfes infolge der Rührkräfte
eine nach unten gerichtete Axialkraft ausbildet als
Reaktionskraft einer senkrecht nach oben gerichteten
Strömung.
Durch die als Pumpenlaufrad ausgebildete untere Fläche
13 des Impellerkopfes 2 wird bei einem Antrieb in
Pfeilrichtung 14 ein Unterdruck in Hohlraum 15 erzeugt,
der eine zusätzliche Axialkraft bewirkt, die ebenfalls
nach unten gerichtet ist. Sind jedoch zusätzliche
Flügel 18 am Impellerkopf 2 angebracht, deren
Anstellung bei Drehen des Impellers in Pfeilrichtung 14
so gewählt ist, daß daraus eine zusätzliche nach unten
gerichtete Strömung erzeugt wird, so werden die
Axialkräfte der Propellerblätter 3 teilweise
kompensiert und eine besonders intensive Rühr- und
Mischwirkung in der Behälterflüssigkeit erreicht, ohne
die Lebenserwartung der Lager nachteilig zu
beeinflussen.
Die turbinenartige Ausgestaltung der unteren
Stirnfläche 12 des Impellers sowie die Flügel 18 im
unteren Bereich des Impellers können auch in ihrer
Wirkung kombiniert werden.
Dadurch ergibt sich ein Impellerkopf mit besonders
intensiver Rühr- und Mischwirkung, der auch bei
niedrigen Füllhöhen unterhalb des Niveaus der
Propellerflügel noch eine Rührwirkung aufweist.
Außerdem ist er durch seine selbstreinigende
Konstruktion besonders für den biotechnologischen
Einsatz, z. B. in Fermentern, geeignet. In derartigen
Einsatzfeldern bewährt sich auch das erzeugte
andersgeartete Strömungsfeld, weil die Konstruktion der
Schaumbildung entgegenwirkt.
Bezugszeichenliste
1 Antriebswelle
2 Impellerkopf
3 Propellerblätter
4 Behälterwandung
5 Montageflansch
6 Zapfen
7 Magnetscheibe
8 Sitzfläche
9 Lager
10 Sitzfläche
11 Permanentmagnet
12 untere Fläche
13 Nuten
14 Pfeilrichtung
15 Hohlraum
16 Pfeile
17 verbindende Leitung
18 Flügel
19 äußere Oberfläche
20 Wellenstummel
2 Impellerkopf
3 Propellerblätter
4 Behälterwandung
5 Montageflansch
6 Zapfen
7 Magnetscheibe
8 Sitzfläche
9 Lager
10 Sitzfläche
11 Permanentmagnet
12 untere Fläche
13 Nuten
14 Pfeilrichtung
15 Hohlraum
16 Pfeile
17 verbindende Leitung
18 Flügel
19 äußere Oberfläche
20 Wellenstummel
Claims (5)
1. Impeller zum Rühren, insbesondere von sterilen
Flüssigkeiten, bestehend aus einem Impellerkopf
(2) mit einem Rührwerkzeug und einer unten
angeordneten Öffnung zur Aufnahme eines Zapfens
(6) in einem zentralen Hohlraum (15), wobei der
Impeller berührungslos, induktiv oder magnetisch,
antreibbar ausgebildet ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Rührwerkzeug (3)
als Propeller ausgebildet ist, der eine nach oben
gerichtete Strömung erzeugende Drehrichtung
aufweist, und im unteren Bereich zusätzlich
strömungserzeugende Flächen vorgesehen sind, die
eine der vom Propeller bewirkten Strömung
entgegengesetzt gerichtete Strömung nach unten
oder seitlich entstehen lassen.
2. Impeller nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die unteren
strömungserzeugenden Flächen als Flügel (18) am
Impeller ausgebildet sind.
3. Impeller nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die
unteren strömungserzeugenden Flächen als
turbinenartig ausgebildete untere Stirnfläche (12)
des Impellers ausgebildet ist.
4. Impeller nach Anspruch 1, 2 oder 3, da
durch gekennzeichnet, daß
zwischen zentralem Hohlraum (15) und der äußeren
Oberfläche (19) mindestens eine verbindenden
Leitung (17) vorgesehen ist.
5. Impeller nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da
durch gekennzeichnet, daß der
Propeller (3) einen Abstand zur unteren
Impellerstirnfläche (12) aufweist, der dem
einfachen bis zweifachen des Propellerdurchmessers
entspricht, vorzugsweise dem 1½fachen entspricht.
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