EP0266732B1 - Rührvorrichtung - Google Patents

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EP0266732B1
EP0266732B1 EP87116122A EP87116122A EP0266732B1 EP 0266732 B1 EP0266732 B1 EP 0266732B1 EP 87116122 A EP87116122 A EP 87116122A EP 87116122 A EP87116122 A EP 87116122A EP 0266732 B1 EP0266732 B1 EP 0266732B1
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mixing
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shaft
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    • B01F27/11251—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades with vanes or blades extending parallel or oblique to the stirrer axis having holes in the surface
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    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/90—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with paddles or arms 
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    • B01F35/30—Driving arrangements; Transmissions; Couplings; Brakes
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    • B01F2035/351—Sealings
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    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/23—Mixing of laboratory samples e.g. in preparation of analysing or testing properties of materials

Definitions

  • the invention relates to a stirring device with the features in the preamble of the main claim.
  • Stirring devices are widely used in the chemical industry for mixing and mixing more or less liquid substances. This process generally takes place in special stirring vessels on which a stirring device is arranged in a fixed or detachable manner.
  • the conditions of use for the stirring device are often problematic because, for example, highly corrosive liquids have to be mixed or the mixing process has to take place under a vacuum.
  • a stirring device which consists of a housing with the stirring shaft rotatably mounted therein.
  • the housing has a cone with which it is attached tightly to the opening of the mixing vessel.
  • the agitator shaft is supported by a conical slide bearing, which is also the bearing and sealing surface.
  • this storage has the disadvantage that it has to be constantly cooled and lubricated in order not to get stuck. This in turn necessitates constant monitoring of the stirring device, which makes continuous operation difficult and, in particular, does not allow night operation without constant control.
  • the invention solves this problem with the features in the characterizing part of the main claim.
  • the seal and the bearing are separate.
  • the rolling bearing no longer requires constant cooling and lubrication and is also less sensitive to axial forces caused by vacuum than a plain bearing. Due to the upstream lip seal, the bearing is also relieved of vacuum or overpressure influences from the mixing vessel.
  • the stirring device according to the invention can thus be run continuously without monitoring and with high operational reliability.
  • the lip seal according to the invention presses against a hardened and smoothed running surface, which minimizes wear and achieves an optimal sealing effect. Due to the tight fit of the housing cone in the neck of the mixing vessel and the lip seal, stronger overpressures or underpressures than previously can be generated in the mixing vessel without leakage and leakage problems.
  • the stirrer shaft For the mixing of highly corrosive reagents, it is advisable to manufacture the stirrer shaft from a corrosion-resistant or corrosion-protected metal, in particular steel, and the running surface for the lip seal to form an oxide ceramic plasma coating.
  • This has the advantage of being insensitive to corrosion combined with great mechanical resistance. Due to the type and material of the coating, especially chrome oxide, the tread can also be made very smooth and true to size.
  • the lip seal can also be attached to the agitator shaft and thereby moved. It then seals against the fixed wall of the housing bore.
  • the multi-part design of the agitator shaft and the detachable and swivel-mounted agitator blade allow the use of a unique agitator for different purposes, i.e. Different stirring vessel sizes and different stirring conditions or reagents
  • the stirring shaft according to the invention can advantageously also be used on other stirring devices, including those according to the prior art.
  • the invention is shown schematically in the drawing, for example. It shows a cross section through a stirring device.
  • the stirring device (1) consists of a housing (2) which is axially penetrated by a rotatably mounted stirring shaft (4) which has a stirring blade (7) at its end.
  • the agitator shaft (4) has a square (10) on the outside, via which it is connected to a motor (not shown) or another drive.
  • the housing (2) has a cone (3) with which it is detachably fastened in the likewise conical neck of a mixing vessel (18) with a tight fit.
  • the housing (2) consists of metal, preferably of corrosion-resistant steel. To Sealing against the usually glass bottle neck (18) with a good cone fit only an O-ring (19) is required. Otherwise, a conical sleeve made of tetrafluoroethylene can be provided between the cone and the bottle neck. In addition to fitting and sealing purposes, the sleeve also serves to protect against corrosion and can therefore extend over the inner housing end wall. This enables the use of less corrosion-resistant metals for the housing (2). Instead of a covering or sleeve, a coating can also be applied to the housing material. Depending on the level of corrosion, different materials can be used for the purposes mentioned.
  • the agitator shaft (4) is mounted in the housing (2) via two roller bearings (11, 12), here in the form of radial ball bearings.
  • an axial ball bearing can additionally be provided or the roller bearing can be designed as a roller bearing from the outset.
  • the roller bearings can be greased or have a lubrication-free roller pairing.
  • the roller bearings (11, 12) are fastened in a known manner on the agitator shaft (4) and are guided on the outside in housing bores (20).
  • the rear roller bearing (11) is fixed in its housing seat by a clamping nut (13).
  • the front roller bearing (12) is fixed in the housing by means of spacers (16) between the lip seals (14) and by means of a spring washer (17).
  • the spacers (16) and the spring washer (17) are press-fitted into the housing bore (20) and thereby seal on the outside.
  • two lip seals (14) are arranged in front of the front roller bearing (12), which seal the roller bearing and the other areas of the housing (3) that are open to the outside against the interior of the stirring vessel (18).
  • the number of lip seals (14) can vary depending on the application. Lip seals (14) are guided on the outside in the housing bore (20) and press with their lips, which are preferably made of elastomers, against a running surface (15) on the agitator shaft (4).
  • the sealing lips are folded back under the spacer rings (16). The radial distance between the lips and the spacer rings varies with the intended use, in particular the pressure conditions in the mixing vessel (18).
  • the agitator shaft (4) can be made of different materials. Corrosion-resistant materials, in particular steels or other metals, are used for use with highly corrosive media. A material available under the product name "Hastelloy C 4" has proven to be particularly cheap. Corrosion protection can also be achieved by means of a covering or a coating, for example made of tetrafluoroethylene.
  • the running surface (15) for the sealing lips must be particularly hard, smooth and corrosion-resistant. This is achieved by a plasma coating of the agitator shaft (4) made of an oxide ceramic material, in particular chromium oxide (Cr2O3). This enables a surface with a hardness above 60 HRC and a surface roughness below 0.4 ⁇ m to be achieved with a twist-free cut and surface sealing.
  • the tread (15) is ground to a high-precision fit. Depending on the shaft material and the intended use, the tread can also be formed from other materials, in particular also from the shaft material itself, and have lower machining tolerances.
  • the agitator shaft (4) consists of several shaft pieces (5) and (6) which are screwed together to produce any wavelengths.
  • the shaft parts (5) to be used each have a screw pin at one end and a screw hole at the other.
  • the end shaft piece (6) carries at the free end Stirring blade (7) which is pivotally attached via a bearing (9).
  • the stirring blade (7) is designed according to the shape of the vessel as a circular section and has a height which is smaller than the width of the bottle neck. Swiveled into the longitudinal position, the stirrer shaft (4) can thus be easily inserted into the stirrer vessel (18) and the stirrer (1) can be attached.
  • the stirring blade (7) can be exchanged for different purposes and, in the exemplary embodiment shown, has a series of circular openings (8).
  • the stirring blade can also be designed as a propeller stirrer, disk stirrer, disperser, etc.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
  • Rührvorrichtungen werden in großem Umfang in der chemischen Industrie zur Vermischung und Durchmischung von mehr oder weniger flüssigen Stoffen verwendet. Dieser Vorgang findet im allgemeinen in speziellen Rührgefäßen statt, an denen eine Rührvorrichtung fest oder lösbar angeordnet ist. Die Einsatzbedngungen für die Rührvorrichtung sind oftmals problematisch, da beispielsweise stark korrosive Flüssigkeiten vermischt werden müssen oder der Mischvorgang unter einem Vakuum stattfinden muß.
  • Für derartige Einsatzzwecke ist eine Rührvorrichtung bekannt, die aus einem Gehäuse mit der darin drehbar gelagerten Rührwelle besteht. Das Gehäuse weist einen Konus auf, mit dem es unter dichtem Sitz auf der Öffnung des Rührgefäßes befestigt wird. Die Lagerung der Rührwelle erfolgt über ein kegelförmiges Gleitlager, das zugleich Lager- und Dichtfläche darstellt. Diese Lagerung hat zum einen den Nachteil, daß sie ständig gekühlt und geschmiert werden muß, um nicht festzugehen. Dies macht wiederum eine ständige Überwachung der Rührvorrichtung nötig, was einen Dauerbetrieb erschwert und insbesondere keinen Nachtbetrieb ohne ständige Kontrolle zuläßt.
  • Die Notwendigkeit zur ständigen Kühlung und Schmierung bringt andererseits auch Probleme mit der Vakuumdichtigkeit mit sich. Unter Vakuumbedingungen neigt das vorbekannte Lager in erhöhtem Maß zum Festlaufen und muß dann von Hand wieder gängig gemacht werden. Hierzu müssen die Lagerflächen voneinander, zumindest kurzfristig gelöst werden, wodurch Kühl- und Schmiermittel in die zu vermischende Reagenz gelangen kann. Desgleichen kann auch durch Verschleiß des Lagers Schmiermittel ins Rührgefäß eindringen. Derartige Verschmutzungen können die Reagenz unbrauchbar machen.
  • Aus dieser US-PS 2 901 295 ist es bekannt, die Rührwerkswelle in einem Gehäuse mit einem konischen Gehäuseteil drehbar über nicht näher definierte Ringlager zu lagern und gegen das Gefäßinnere abzudichten. Für die Dichtzwecke kommt ein nicht näher bezeichnetes Packmaterial zum Einsatz. Um den bei dieser Rührwerkskonstruktion entstehenden thermischen Problemen Herr zu werden, ist ein Kühlkanal vorgesehen, der für den Abtransport der Reibungswärme mit einem entsprechenden Medium sorgen soll. Bei dieser Konstruktion kann es leicht zu einem Fressen des Rührwerks kommen, wenn der Kühlmittelkreislauf versagt. Außerdem ist die Vakuum- oder Überdruckdichtigkeit durch das Packmaterial wohl nur unzureichend gegeben, zumal die Rührwerkswelle sehr schnell laufen soll.
  • Die US-Schriften 2 787 449 und 3 145 018 befassen sich mit tragbaren und über eine Klemme an beliebigen Stellen befestigbaren Mixern. Sie zeigen wälzgelagerte Rührwellen mit einer einfachen Dichtung. Diese ist zur Druckabdichtung nicht geeignet und hat allenfalls eine einfache Lippe.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rührvorrichtung aufzuzeigen, die unter den genannten schwierigen Einsatzbedingungen sicher funktioniert und einen Dauerlauf ohne ständige Kontrollen ermöglicht.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Kennzeichen des Hauptanspruchs.
    Bei der erfindungsgemäßen Wellenlagerung sind Dichtung und Lagerung getrennt. Die Wälzlagerung bedarf keiner ständigen Kühlung und Schmierung mehr und ist auch gegen vakuumbedingte Axialkräfte unempfindlicher als ein Gleitlager. Durch die vorgeschaltete Lippendichtung wird das Lager auch von Vakuum- oder überdruckeinflüssen aus dem Rührgefäß entlastet. Die erfindungsgemäße Rührvorrichtung kann damit ohne Überwachung und mit hoher Betriebssicherheit im Dauerlauf gefahren werden.
  • Durch die Trennung der Lager- und Dichtflächen können diese nach ihren Einsatzbedingungen optimal ausgebildet werden und werden auch nicht so hoch belastet. Die erfindungsgemäße Lippendichtung drückt hierbei gegen eine gehärtete und geglättete Lauffläche, wodurch der Verschleiß minimiert und eine optimale Dichtwirkung erzielt wird. Durch den dichten Sitz des Gehäusekonus im Hals des Rührgefäßes und die Lippendichtung können im Rührgefäß auch stärkere über- oder Unterdrücke als bisher ohne Dichtigkeits- und Leckageprobleme erzeugt werden.
  • Für die Vermischung hoch korrosiver Reagenzien empfiehlt es sich, die Rührwelle aus einem korrosionsbeständigen oder korrosionsgeschütztem Metall, insbesondere Stahl, herzustellen und die Lauffläche für die Lippendichtung aus einer oxidkeramischen Plasmabeschichtung zu bilden. Diese hat den Vorteil einer hohen Korrosionsunempfindlichkeit in Verbindung mit einer großen mechanischen Widerstandsfähigkeit. Durch die Art und den Werkstoff der Beschichtung, insbesondere Chromoxid, läßt sich die Lauffläche auch sehr glatt und maßgetreu herstellen. In Variation zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Lippendichtung auch auf der Rührwelle befestigt und dadurch mitbewegt werden. Sie dichtet dann gegen die feststehende Wandung der Gehäusebohrung.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Hierbei erlauben die mehrteilige Ausbildung der Rührwelle und das lös- und schwenkbar gelagerte Rührblatt die Verwendung einer enzigen Rührvorrichtung für unterschedliche Einsatzzwecke, d.h. verschiedene Rührgefäßgrößen und unterschiedliche Rührbedingungen bzw. Reagenzien Die erfndungsgemäße Rührwelle kann mit Vorteil auch an anderen Rührvorrichtungen, auch solchen nach dem Stand der Technik, eingesetzt werden.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt. Sie zeigt einen Querschnitt durch eine Rührvorrichtung.
  • Die Rührvorrichtung (1) besteht aus einem Gehäuse (2), das axial von einer drehbar gelagerten Rührwelle (4) durchsetzt wird, die an ihrem Ende ein Rührblatt (7) aufweist. Die Rührwelle (4) besitzt außenseitig einen Vierkant (10), über den sie mit einem nicht dargestellten Motor oder einem anderen Antrieb verbunden wird.
  • Das Gehäuse (2) besitzt einen Konus (3), mit dem es im ebenfalls konischen Hals eines Rührgefäßes (18) mit dichtem Sitz aber lösbar befestigt ist. Das Gehäuse (2) besteht aus Metall, vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Stahl. Zur Abdichtung gegenüber dem üblicherweise gläsernen Flaschenhals (18) ist bei guter Konuspassung nur ein O-Ring (19) erforderlich. Ansonsten kann auch eine konische Manschette aus Tetrafluoräthylen zwischen Konus und Flaschenhals vorgesehen sein. Außer Passungs- und Dichtungszwecken dient die Manschette auch dem Korrosionsschutz und kann sich dazu über die innenliegende Gehäusestirnwand erstrecken. Dies ermöglicht die Verwendung weniger korrosionsbeständiger Metalle für das Gehäuse (2). Statt einer Umhüllung bzw. Manschette kann auch eine Beschichtung auf das Gehäusematerial aufgebracht werden. Je nach Korrosionsbelastung kommen unterschiedliche Materialien für die genannten Zwecke in Frage.
  • Die Rührwelle (4) ist im Gehäuse (2) über zwei Wälzlager (11,12), hier in Form von radialen Kugellagern, gelagert. Für Anwendungsfälle, in denen höhere Axialkräfte auftreten, kann zusätzlich ein Axialkugellager vorgesehen sein oder die Wälzlagerung von vornherein als Rollenlager ausgebildet sein. Die Wälzlager können gefettet sein oder eine schmierungsfreie Wälzpaarung aufweisen. Die Wälzlager (11,12) sind in bekannter Weise auf der Rührwelle (4) befestigt und außenseitig in Gehäusebohrungen (20) geführt. Das hintere Wälzlager (11) wird durch eine Spannmutter (13) in seinem Gehäusesitz fixiert. Das vordere Wälzlager (12) wird über Distanzscheiben (16) zwischen den Lippendichtungen (14) und über eine Spannscheibe (17) im Gehäuse fixiert. Die Distanzscheiben (16) und die Spannscheibe (17) sind mit Preßsitz in die Gehäusebohrung (20) geführt und dichten dadurch außenseitig ab.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Lippendichtungen (14) vor dem vorderen Wälzlager (12) angeordnet, die das Wälzlager und die anderen nach außen offenen Bereiche des Gehäuses (3) gegen das Innere des Rührgefäßes (18) abdichten. Je nach Einsatzzweck kann die Zahl der Lippendichtungen (14) variieren. Die Lippendichtungen (14) sind außenseitig in der Gehäusebohrung (20) geführt und drücken mit ihren Lippen, die vorzugsweise aus Elastomeren bestehen, gegen eine Lauffläche (15) auf der Rührwelle (4). Die dichtenden Lippen sind nach hinten unter die Distanzringe (16) umgeschlagen. Der radiale Abstand zwischen den Lippen und den Distanzringen varriert mit dem Einsatzzweck, insbesondere den Druckverhältnissen im Rührgefäß (18).
  • Die Rührwelle (4) kann aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Für den Einsatz bei stark korrosiven Medien werden korrosionsbeständige Werkstoffe, insbesondere Stähle oder andere Metalle verwendet. Als besonders günstig hat sich ein unter der Warenbezeichnung "Hastelloy C 4" erhältlicher Werkstoff herausgestellt. Korrosionsschutz kann auch über eine Umhüllung oder eine Beschichtung, beispielsweise aus T etrafluoräthylen, erzielt werden.
  • Die Lauffläche (15) für die Dichtlippen muß besonders hart, glatt und korrosionsbeständig sein. Dies wird erreicht durch eine Plasmabeschichtung der Rührwelle (4) aus einem oxidkeramischen Werkstoff, insbesondere Chromoxid (Cr₂O₃). Hierdurch läßt sich eine Oberfläche mit einer Härte über 60 HRC und einer Oberflächenrauhigkeit unter 0,4 my-Meter bei drallfreiem Schliff und Oberflächenversiegelung erzielen. Die Lauffläche (15) wird hierbei auf hochpräzise Passung geschliffen. Je nach Wellenwerkstoff und Einsatzzweck kann die Lauffläche auch aus anderen Materialien, insbesondere auch vom Wellenwerkstoff selbst, gebildet werden und geringere Bearbeitungstoleranzen aufweisen.
  • Die Rührwelle (4) besteht aus mehreren Wellenstücken (5) und (6), die miteinander zur Herstellung beliebiger Wellenlängen verschraubt sind. Die einzusetzenden Wellenteile (5) weisen hierzu jeweils an einem Ende einen Schraubzapfen und am anderen eine Schraubbohrung auf. Das endseitige Wellenstück (6) trägt am freien Ende das Rührblatt (7), das über ein Lager (9) schwenkbar befestigt ist. Das Rührblatt (7) ist entsprechend der Gefäßform als Kreisabschnitt ausgebildet und besitzt eine Höhe, die kleiner ist als die Weite des Flaschenhalses. In Längsstellung geschwenkt kann die Rührwelle (4) damit problemlos ins Rührgefäß (18) eingeführt und die Rührvorrichtung (1) angesetzt werden. Das Rührblatt (7) kann für verschiedene Einsatzzwecke ausgetauscht werden und weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Reihe von kreisförmigen Öffnungen (8) auf. Das Rührblatt kann in anderen Ausführungsformen auch als Propellerrührer, Scheibenrührer, Disperser etc ausgebildet sein.

Claims (6)

  1. Rührvorrichtung zum Einsatz in Rührgefäßen, bestehend aus einem Gehäuse (2) mit einem konischen Gehäuseteil (3) und mit einer darin drehbar gelagerten Rührwelle (4) sowie einer Dichtung (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwelle (4) über mindestens ein Wälzlager (11,12) im Gehäuse (2) gelagert und das Wälzlager (11, 12) über mindestens eine Lippendichtung (14) zum Rührgefäß (18) abgedichtet ist, wobei die dichtende Lippe gegen eine gehärtete und geglättete Lauffläche (15) drückt und dabei unter eine Distanzscheibe (16) umgeschlagen ist.
  2. Rührvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (15) auf der Rührwelle (4) angeordnet ist und als oxidkeramische Plasmabeschichtung ausgebildet ist.
  3. Rührvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der dichtenden Lippe und der Distanzscheibe (16) ein radialer Abstand vorgesehen ist.
  4. Rührvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippendichtungen (14) in einer Gehäusebohrung (20) geführt und über die Distanzscheiben (16) und eine außenseitige Spannscheibe (17) gegen das Wälzlager (12) verspannt sind, wobei die Distanz- und Spannscheiben (16,17) mit Preßsitz in der Gehäusebohrung (20) geführt sind.
  5. Rührvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwelle (4) mehrteilig (5,6) ausgebildet ist und und aus korrosionsbeständigem oder korrosionsgeschütztem Stahl besteht.
  6. Rührvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwelle (4) ein lösbar und schwenkbar gelagertes Rührblatt (7) aufweist.
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