DE4232934C2 - 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 einem Rührwerkzeug 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 der
US 4,993,841 und der EP 0 399 972 A1
bekannt. Die Impeller weisen eine Vielzahl von sich
radial nach außen erstreckende Rührblättern 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 Impellers
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. Ferner ist
von Nachteil, daß die Axialkräfte auf den Propeller
sehr ungleichmäßig einwirken, wodurch ein vorzeitiger
Verschleiß des Impellers verursacht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Axialkräfte auf den
Impeller auf ein betriebssicheres Maß zu kompensieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Rührwerkzeug
als Propeller ausgebildet ist, der eine eine nach oben
gerichtete Strömung erzeugende Drehrichtung aufweist,
und darunter zusätzliche Flügel am Impellerkopf
vorgesehen sind, die eine der vom Propeller bewirkten
Strömung entgegengesetzt gerichtete Strömung nach unten
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 der
Impellerkopf eine untere Stirnfläche aufweist, die
turbinenartig ausgebildet ist, wobei zwischen zentralem
Hohlraum und der äußeren Oberfläche mindestens eine
verbindende Leitung vorgesehen ist. Auch bei geringen
Füllhöhen wird die Rührwirkung hierdurch
aufrechterhalten. Die mindestens eine verbindende
Leitung dient dazu, den inneren Hohlraum des Impellers
ständig mit Flüssigkeit zu spülen, was die Reinigung
des Impellers 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
1½-fachen 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 entsprechend Schnittlinie I-I
in Fig. 2 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 entsprechend Schnittlinie III-III in Fig. 4
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 (3)
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 eine nach oben
gerichtete Strömung erzeugende Drehrichtung
aufweist, und darunter zusätzliche Flügel (18) am
Impellerkopf vorgesehen sind, die eine der vom
Propeller bewirkten Strömung entgegengesetzt
gerichtete Strömung nach unten entstehen lassen.
2. Impeller nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Impellerkopf
eine untere Stirnfläche (12) aufweist, die
turbinenartig ausgebildet ist, wobei zwischen
zentralem Hohlraum (15) und der äußeren Oberfläche
(19) mindestens eine verbindenden Leitung (17)
vorgesehen ist.
3. Impeller nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß der
Propeller (3) einen Abstand zur unteren
Impellerstirnfläche (12) aufweist, der dem
einfachen bis zweifachen des Propellerdurchmessers
entspricht, vorzugsweise dem 1½-fachen entspricht.
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