DE4232935A1 - Magnetrührwerk - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Rührwerk mit einer
Rührwerkswelle, einem Antrieb, einem Rührwerkzeug und
einer berührungslos wirkenden Kupplung zur Übertragung
eines Antriebsmoments vom Antrieb über die
Rührwerkswelle auf das Rührwerkzeug.
Derartige Rührwerke sind beispielsweise als
permanentmagnetische Drehrührwerke bekannt. Die
Drehmomentübertragung zwischen Antriebsmotor und
Rührwerkswelle erfolgt nach dem Prinzip der
magnetischen Radialkupplung. Der äußere Kupplungsteil
ist mit einem Elektromotor mit stufenlos regelbarem
Getriebe verbunden und versetzt den inneren
Kupplungsteil über einen Luftspalt in eine mit dem
Getriebe synchrone Rotationsbewegung. Alternativ sind
hydraulische, pneumatische oder andere Getriebearten
einsetzbar. In dem Luftspalt zwischen inneren und
äußeren Kupplungsteil ist ein Spaltrohr aus
paramagnetischem Werkstoff angeordnet, das
beispielsweise über eine Kühlsäule mit einen
Autoklaveninnenraum verbunden ist, wobei das innere
Antriebssystem druckdicht gegen den Autoklaveninnenraum
abschließt. Die Kühlsäule hält dabei die hohen
Autoklaventemperaturen von dem Magnetsystem und den
Lagern fern.
Das Spaltrohr mit der anschließenden Kühlsäule stellt
mit dem Autoklaveninnenraum ein gemeinsames Volumen
dar. Da innerhalb der Kühlsäule beziehungsweise dem
Spaltrohr die Rührwelle angeordnet und gelagert ist,
muß innerhalb des Spaltrohres und der anschließenden
Kühlsäule eine Dichtung vorgesehen werden, die den
Autoklavenraum von dem Volumen des Spaltrohres
beziehungsweise Kühlrohres trennt, damit die
Rührwerkwellenlager vor der Autoklavenatmosphäre
geschützt ist. Über diese Dichtung ragt die drehende
Rührwerkswelle frei in den Autoklaveninnenraum hinein.
Die Lagerung dieses frei herausragenden Wellenendes
bereitet Probleme, da die Welle leicht unter den
Reaktionskräften ausgelenkt wird und zu Schwingungen
neigt.
Insbesondere bei mikrobiologischen Prozessen dürfen die
Dichtungen zwischen der drehenden Rührwerkswelle und
dem ruhenden Spalt- beziehungsweise Kühlrohr nicht
versagen. Die Folge wäre sonst der Verlust der gesamten
Charge.
Diese Dichtungen und Lager stellen bei den bekannten
Magnetrührwerken eine immerwährende Schwachstelle dar
und wirken sich besonders nachteilig im aseptischen und
sterilen Anwendungsbereich aus. Der obere Teil des
Spaltrohres beziehungsweise des Kühlrohres weist ohne
Belüftung ein ständiges Luftpolster auf, das sich nicht
oder nur unsicher im Autoklaven sterilisieren läßt. Die
Lagerung läßt sich darüber hinaus nicht schmieren. Ohne
geeignete Lager können aber die Rührwerkswellen nicht
beliebig lang gebaut werden. Die innerhalb des
Spaltrohres vorzusehenden Lager und Dichtungen bilden
unkontrollierbare Bereiche, in denen sich
Mikroorganismen festsetzen können. Auch durch
aufwendige Dichtungen mit Sperrmedien lassen sich die
Probleme nicht befriedigend lösen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der
bekannten Rührwerke zu vermeiden.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die berührungslos
wirkende Kupplung zwischen Rührwerkswelle und
Rührwerkzeug vorgesehen ist, wobei die Rührwerkswelle
innerhalb eines Rohres angeordnet ist. Das Rohr dient
als Führungsrohr für die Rührwerkswelle. Dadurch ist es
möglich, jede Länge auszuführen, weil die
Wellenlagerung bis an die Kupplung herangeführt werden
kann. Innerhalb des Führungsrohrs kann man problemlos
normale Werkstoffe einsetzen. Das Rohr weist keine tote
Zone auf. Es kann problemlos gereinigt und sterilisiert
werden. Außerdem werden anfällige zusätzliche
Gleitringdichtungen vermieden. Das Produkt im
Autoklaven ist hermetisch gegen die Umwelt abgedichtet.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das
Rührwerkzeug auf dem Rohr, insbesondere mittels eines
Gleitlagers, drehbeweglich gehaltert ist und wobei das
Lager vorzugsweise durch das zu rührende Medium
geschmiert wird. Durch diese Lagerung auf dem
feststehenden Rohr werden Schwingungen vermieden. Die
Lebenserwartung der Lager ist erhöht. In besonderen
Fällen reicht hierbei eine radiale Lagerung aus, da in
untergeordneten Fällen der axiale Halt des
Rührwerkzeugs durch die magnetischen Kräfte erfolgt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Rührwerkswelle innerhalb des Rohres mindestens
zweifach gelagert ist. Die aus dem Stand der Technik
bekannten Auslenkungen der Rührwerkswellen werden durch
diese Maßnahme vorteilhaft vermieden. Kritische
Drehzahlen der Welle werden beherrscht. Auch unter
ungünstigen konstruktiven Randbedingungen kann das
Rührwerkzeug an der zum Rühren und Mischen optimalen
Stelle konstruktiv vorgesehen werden.
Die Maßnahme, daß das Rührwerkzeug als Impeller mit
einer das Rohr teilweise umhüllenden inneren und einer
äußeren Oberfläche mit mindestens einem die beiden
Oberflächen verbindenden Kanal ausgebildet ist, dient
zur Verbesserung der selbstreinigenden Eigenschaft des
Rührwerkzeugs. Beim Betrieb des Rührwerkzeugs wird der
innere Bereich um das Lager ständig mit dem zu
mischenden Produkt gespült. Im Falle einer Reinigung
erreicht die Reinigungsflüssigkeit auch die schwer
zugänglichen Stellen im Bereich der Lager.
In Verbindung damit, daß der Kanal ein Gefälle
aufweist, kann das Produkt oder die
Reinigungsflüssigkeit nach Entleeren des Behälters auch
aus dem Rührwerkzeug auslaufen.
Die hermetische Trennung des Behälterinnenraumes wird
dadurch erreicht, daß das Rohr am antriebsseitigen Ende
eine Dichtung oder Dichtfläche aufweist.
Die Befestigung des Rührwerkzeuges am Behälter wird
erleichtert, wenn das Rohr am antriebsseitigen Ende
einen Montageflansch aufweist.
Die Maßnahme, daß eine zweite Kupplung zwischen Antrieb
und Rührwerkswelle angeordnet ist, dient der leichteren
Zerlegung des Rührwerks.
Bei temperaturkritischen Prozessen ist es vorteilhaft,
wenn das Rohr einen Innenraum aufweist, der beheizbar
oder kühlbar ausgebildet ist.
Demselben Zweck dient die Maßnahme, daß das Rohr selbst
kühlbar oder heizbar, zu diesem Zweck vorzugsweise
doppelwandig, ausgebildet ist.
Die Merkmale des Rührwerks wirken sich besonders
vorteilhaft aus, wenn das Rührwerk in Behältern für
mikrobiologische Prozesse verwendet wird.
Konstruktiv läßt sich das Rührwerk noch weiter
vereinfachen, wenn der Antrieb im Rohr angeordnet ist,
vorzugsweise unter Verzicht auf eine Welle.
Die Erfindung wird in einer Figur beschrieben, wobei
weitere vorteilhafte Einzelheiten der Figur zu
entnehmen sind. Die Figur zeigt im einzelnen:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Magnetrührwerk in einem
Axialschnitt.
In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Lager- und Schutzrohr,
innerhalb dessen eine Antriebswelle 2 mittels Lager 7
und 8 drehbar fixiert ist. Das untere Ende des Lager-
und Schutzrohres 1 ist als topfartiges Spaltrohr
ausgebildet, das den Abschluß des Lager- und
Führungsrohres bildet. In das Spaltrohr 12 ragt die
Rührwerkswelle 2 hinein, die an ihrem unteren Ende eine
mit mehreren Permanentmagneten bestückte Magnetscheibe
5 drehfest trägt. Das Spaltrohr 12 wird außen von
Impellerkopf 13 teilweise umhüllt. Im Inneren des
Impellerkopfes 13 ist der Magnetscheibe 5
gegenüberliegend eine nicht dargestellte Anzahl
entgegengesetzt polarisierter Permanentmagnete
angeordnet, so daß sich durch die magnetischen Kräfte
zwischen Magnetscheibe 5 und den Permanentmagneten
berührungsfrei ein Drehmoment von Antriebswelle 2 auf
den Impellerkopf 13 übertragen läßt. Als Rührwerkzeuge
trägt der Impellerkopf 13 an Stegen befestigte Flügel
4. Die Lagerung des Impellerkopfes erfolgt durch das
produktgeschmierte Gleitlager 6, daß auf einen an
Spaltrohr 12 nach unten angeformten Wellenstummel 14
sitzt.
Die innere Vertiefung mit Oberfläche 15 des Impellers
13 ist über Kanal 3 mit der äußeren Oberfläche 16 des
Impellers 13 verbunden. Bei Drehung des Impellers wird
von dem teilweise radial nach außen gerichteten Kanal 3
ein Pumpeffekt erzeugt, der die im topfförmigen
Hohlraum des Impellers 13 vorhandene Flüssigkeit nach
außen strömen läßt. Die innere Oberfläche des Impellers
wird dadurch ständig mit Produktflüssigkeit gespült,
was einen selbstreinigenden Effekt bewirkt.
Das obere Ende des Führungs- und Lagerrohres läuft in
einer Führungsfläche 17 mit anschließendem
Montageflansch 18 aus. In der Führungsfläche 17 ist
eine Dichtnut mit Dichtung 11 eingeformt, die den Spalt
zwischen Führungsfläche 17 und Montagestutzen 19 in
Behälterwandung 20 schließt. In Fig. 1 ist der
Montagestutzen 19 und Wandung 20 in unterbrochener
Linienführung dargestellt.
Zum Zwecke des Antriebs ist die Rührwerkswelle 2 über
Kupplung 9 und Getriebe 21 mit Antrieb 10 verbunden.
Der Antrieb 10 und das Getriebe 21 sind koaxial direkt
auf dem Montageflansch 18 festgeschraubt.
Dadurch ist eine sehr platzsparende und robuste
Rührwerkskonstruktion verwirklicht, die die Nachteile
der bekannten Rührwerke vermeidet.
In bestimmten Fällen können als Antrieb auch
feststehende Wicklungen innerhalb des Führungsrohres 1
angeordnet werden, die bei entsprechender Ansteuerung,
beispielsweise mittels bekannter Schrittsteuerungen ein
Drehfeld erzeugen, die dann berührungslos das
erforderliche Antriebsmoment für das Rührwerkzeug
liefern.
Bezugszeichenliste
1 Lager- und Schutzrohr
2 Rührwerkswelle
3 Kanal
4 Flügel
5 Magnetscheibe
6 Gleitlager
7 Lager
8 Lager
9 Kupplung
10 Antrieb
11 Dichtung
12 Spaltrohr
13 Impellerkopf
14 Wellenstummel
15 innere Oberfläche
16 äußere Oberfläche
17 Führungsfläche
18 Montageflansch
19 Montagestutzen
20 Behälterwandung
21 Getriebe
2 Rührwerkswelle
3 Kanal
4 Flügel
5 Magnetscheibe
6 Gleitlager
7 Lager
8 Lager
9 Kupplung
10 Antrieb
11 Dichtung
12 Spaltrohr
13 Impellerkopf
14 Wellenstummel
15 innere Oberfläche
16 äußere Oberfläche
17 Führungsfläche
18 Montageflansch
19 Montagestutzen
20 Behälterwandung
21 Getriebe
Claims (12)
1. Rührwerk mit einer Rührwerkswelle, einem Antrieb,
einem Rührwerkzeug und einer berührungslos
wirkenden Kupplung zur Übertragung eines
Antriebsmoments vom Antrieb über die
Rührwerkswelle auf das Rührwerkzeug, da
durch gekennzeichnet, daß die
berührungslos wirkende Kupplung (5) zwischen
Rührwerkswelle (2) und Rührwerkzeug (4) vorgesehen
ist, wobei die Rührwerkswelle (2) innerhalb eines
Rohres (1) angeordnet ist.
2. Rührwerk nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Rührwerkzeug (4)
auf dem Rohr (1), insbesondere mittels eines
Gleitlagers (6), drehbeweglich gehaltert ist und
wobei das Lager vorzugsweise durch das zu rührende
Medium geschmiert wird.
3. Rührwerk nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die
Rührwerkswelle (2) innerhalb des Rohres (1)
mindestens zweifach gelagert ist.
4. Rührwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, da
durch gekennzeichnet, daß das
Rührwerkzeug (4) als Impeller mit einer das
Rohr (1) teilweise umhüllenden inneren (15) und
einer äußeren Oberfläche (16) mit mindestens einem
die beiden Oberflächen verbindenden Kanal (3)
ausgebildet ist.
5. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da
durch gekennzeichnet, daß der
Kanal (3) ein Gefälle aufweist.
6. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, da
durch gekennzeichnet, daß das
Rohr (1) am antriebsseitigen Ende eine
Dichtung (11) oder Dichtfläche (17) aufweist.
7. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, da
durch gekennzeichnet, daß das
Rohr (1) am antriebsseitigen Ende einen
Montageflansch (18) aufweist.
8. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite Kupplung (9) zwischen Antrieb (10) und
Rührwerkswelle (2) angeordnet ist.
9. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Rohr (1) einen Innenraum aufweist, der
beheizbar oder kühlbar ausgebildet ist.
10. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder
9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (1) selbst kühlbar oder heizbar, zu
diesem Zweck vorzugsweise doppelwandig,
ausgebildet ist.
11. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
oder 10, dadurch gekennzeich
net, daß das Rührwerk in Behältern für
mikrobiologische Prozesse verwendet wird.
12. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
10 oder 11, dadurch gekennzeich
net, daß der Antrieb (10) im Rohr (1)
angeordnet ist, vorzugsweise unter Verzicht auf
eine Welle.
Priority Applications (4)
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