EP0590472B1 - Magnetrührwerk - Google Patents

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EP0590472B1
EP0590472B1 EP93115170A EP93115170A EP0590472B1 EP 0590472 B1 EP0590472 B1 EP 0590472B1 EP 93115170 A EP93115170 A EP 93115170A EP 93115170 A EP93115170 A EP 93115170A EP 0590472 B1 EP0590472 B1 EP 0590472B1
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EP
European Patent Office
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tube
agitator
drive
shaft
agitator shaft
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP93115170A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0590472A1 (de
Inventor
Hans Peter Meier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mavag Verfahrenstechnik AG
Original Assignee
Mavag Verfahrenstechnik AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Mavag Verfahrenstechnik AG filed Critical Mavag Verfahrenstechnik AG
Publication of EP0590472A1 publication Critical patent/EP0590472A1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • B01F33/453—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using supported or suspended stirring elements

Definitions

  • the invention relates to an agitator with an agitator shaft, a drive, an agitator tool and a contactless coupling for transmitting a drive torque from the drive via the agitator shaft to the agitator tool.
  • an agitator with an agitator shaft and a drive via a drive belt is known.
  • the belt drives a pulley, which in turn is connected to a contactless coupling.
  • the contactlessly acting magnetic coupling transmits the drive torque to a second coupling part arranged within a can, which is firmly connected to a stirring shaft which projects into a container and has a stirring tool on the lower part.
  • the tube which has the secondary part of the electromagnetic coupling on the inside, hermetically seals the container from the outside.
  • the interior of the tube with two bearing points for the secondary part of the magnetic coupling and for the flying mounting of the agitator axis thus forms part of the interior of the container.
  • an agitator which has a tube projecting into the tank, the stator of an electromotive drive being inserted into the tube.
  • the tube is also from encased a second tube, which in turn has stirring tools fixedly attached to it.
  • the inner tube hermetically separates the contents of the container from the environment.
  • the outer tube is also supported in the upper flange area. In addition, it is stored again at the lower end of the inner tube.
  • This stirrer is completely unsuitable for sterile applications because it has long, difficult to access gaps and several storage points inside the container.
  • specially designed motors are required for agitators according to EP 02 10 651 A2, the cooling of which inside the tube can be problematic if, as usual, process heat is generated in the container and is transferred to the motor.
  • US 5 061 079 describes an agitator in which a stator is provided in part of the mixing vessel. In this way, the mixing vessel can be completely encapsulated.
  • a rotor is placed on the stator without contact in the mixing vessel. During operation, the rotor sucks in liquid between the vessel wall and the inside of the rotor by means of blades, which can escape again through an opening on the top of the rotor. Due to the excess pressure inside the rotor, the rotor is raised and then runs with low friction losses. The constant flow of liquid through the rotor ensures thorough mixing of the liquid in the mixing vessel.
  • a disadvantage of this agitator is that it cannot be used for microbiological processes. Strong shear forces occur when flowing through the rotor, which would destroy the microorganisms. In addition, this stirrer drive also has cooling problems with the stator when the device is used in exothermic processes.
  • the object of the invention is therefore to provide a stirrer using known standard motors, which is easy to sterilize for aseptic and sterile processes.
  • the agitator shaft is encased by a tube which is open on one side and is connected to the drive through the opening of the tube, the non-contact coupling being provided between the agitator shaft and the agitating tool arranged outside the tube.
  • Commercially available electric motors can be used, the cooling of which outside the container presents no difficulties.
  • the agitator shaft can be easily stored inside the pipe, even with tall containers. Malfunctions due to defective bearings are therefore not to be feared. This is particularly important because the batches in fermenters, for example for the production of pharmaceuticals, are very valuable. Such batches are endangered by disruptions in process control.
  • the agitator shaft is mounted at least twice within the tube.
  • the deflections of the agitator shafts known from the prior art are advantageously avoided by this measure.
  • Critical shaft speeds are mastered.
  • the stirring tool can be provided at the optimal location for stirring and mixing.
  • the measure that the stirring tool is designed as an impeller with an inner surface partially enveloping the tube and an outer surface with at least one channel connecting the two surfaces serves to improve the self-cleaning property of the stirring tool.
  • the inner area around the bearing is constantly rinsed with the product to be mixed.
  • the cleaning liquid also reaches the hard-to-reach places in the area of the bearings.
  • the product or the cleaning liquid can also run out of the stirring tool after the container has been emptied.
  • the hermetic separation of the container interior is achieved in that the tube has a seal or sealing surface at the drive end.
  • the attachment of the stirring tool to the container is made easier if the tube has a mounting flange at the drive end.
  • a second clutch is arranged between the drive and agitator shaft serves to facilitate disassembly of the agitator.
  • the tube has an interior that is heatable or coolable.
  • the tube itself is coolable or heatable, preferably double-walled for this purpose.
  • 1 denotes a bearing and protective tube, within which a drive shaft 2 is rotatably fixed by means of bearings 7 and 8.
  • the lower end of the bearing and protective tube 1 is designed as a pot-like can 12, which forms the end of the bearing and guide tube.
  • the agitator shaft 2 projects into the can 12 and carries at its lower end a magnetic disk 5 equipped with a plurality of permanent magnets in a rotationally fixed manner.
  • the can 12 is partially enveloped by the impeller head 13. Inside the impeller head 13 is the magnetic disk 5 a number of oppositely polarized permanent magnets, not shown, is arranged opposite, so that a torque can be transmitted from the drive shaft 2 to the impeller head 13 without contact by the magnetic forces between the magnetic disk 5 and the permanent magnets.
  • the impeller head 13 carries vanes 4 attached to webs as stirring tools.
  • the impeller head is supported by the product-lubricated slide bearing 6, which is seated on a shaft stub 14 formed downwards on the can 12.
  • the inner depression with the surface 15 of the impeller 13 is connected via channel 3 to the outer surface 16 of the impeller 13.
  • a pump effect is generated from the channel 3, which is directed radially outwards in some way, and allows the liquid present in the pot-shaped cavity of the impeller 13 to flow outwards.
  • the inner surface of the impeller is constantly rinsed with product liquid, which has a self-cleaning effect.
  • the upper end of the guide and bearing tube ends in a guide surface 17 with a subsequent mounting flange 18.
  • a sealing groove with a seal 11 is formed, which closes the gap between the guide surface 17 and the mounting socket 19 in the container wall 20.
  • the mounting piece 19 and wall 20 is shown in broken lines.
  • the agitator shaft 2 is connected to drive 10 via coupling 9 and gear 21.
  • the drive 10 and the gear 21 are coaxially screwed directly onto the mounting flange 18.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
  • Accessories For Mixers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein 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.
  • Aus der DE OS 19 05 322 ist ein Rührwerk mit einer Rührwerkswelle und einem Antrieb über Treibriemen bekannt. Dabei treibt der Riemen eine Scheibe, die ihrerseits mit einer berührungslos wirkenden Kupplung verbunden ist. Die berührungslos wirkende Magnetkupplung überträgt das Antriebsmoment auf einen innerhalb eines Spaltrohres angeordneten zweiten Kupplungsteil, der seineseits mit einer Rührwelle fest verbunden ist, die in einen Behälter ragt und am unteren Teil ein Rührwerkzeug aufweist. Das Rohr, das im inneren den Sekundärteil der elektromagnetischen Kupplung aufweist, Schließt den Behälter nach außen hermetrisch ab. Das Innere des Rohres mit zwei Lagerstellen für den Sekundärteil der magnetischen Kupplung sowie für die fliegende Lagerung der Rührwerkachse bildet somit Teil des Behälterinneren. In den Spalten und Toträumen der Lager können sich Nester von Mikroorganismen feststzen, die nur schwierig zu sterilisieren sind. Eine Sterilisierung wird auch dadurch erschwert, daß das Rohr nach oben aus dem Behälter hinausragt, wobei die lange Spalte von den sterilisierenden Medien kaum erfaßt werden kann.
  • Aus der EP 02 10 651 A2 ist ein Rührwerk bekannt, das ein in den Tank hineinragendes Rohr aufweist, wobei der Stator eines elektromotorischen Antriebs in das Rohr hineingelegt ist. Das Rohr wird zusätzlich von einem zweiten Rohr umhüllt, das seinerseits daran fest angebrachte Rührwerkzeuge aufweist. Das innere Rohr trennt dabei hermetisch den Behälterinhalt von der Umgebung. Das äußere Rohr ist zusätzlich im oberen Flanschbereich gelagert. Außerdem ist es nochmals am unteren Ende des inneren Rohres gelagert. Für sterile Anwendungsfälle ist dieses Rührwerk gänzlich ungeeignet, da es lange, schwer zugängliche Spalte und mehrere Lagerstellen im Behälterinneren aufweist. Außerdem sind für Rührwerke gemäß EP 02 10 651 A2 speziell ausgebildete Motoren erforderlich, deren Kühlung im Inneren des Rohres problematisch sein kann, wenn wie üblich im Behälter Prozeßwärme entsteht, die auf den Motor übertragen wird.
  • Die US 5 061 079 beschreibt ein Rührwerk, bei dem ein Stator in einem Teil des Rührgefäßes vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das Rührgefäß vollständig abgekapselt werden. Im Rührgefäß ist auf den Stator ein Rotor berührungslos aufgesetzt. Bei Betrieb saugt der Rotor durch Schaufeln auf seiner Innenseite Flüssigkeit zwischen Gefäßwand und der Innenseite des Rotors an, die durch eine Öffnung auf der Oberseite des Rotors wieder entweichen kann. Durch den im Inneren des Rotors entstehenden Überdruck wird der Rotor angehoben und läuft dann mit geringen Reibungsverlusten. Durch den beständigen Flüssigkeitsstrom durch den Rotor wird eine Durchmischung der Flüssigkeit im Rührgefäß erreicht. Nachteilig an diesem Rührwerk ist, daß es für mikrobiologische Verfahren nicht eingesetzt werden kann. Beim Durchströmen des Rotors treten starke Scherkräfte auf, welche die Mikroorganismen zerstören würden. Außerdem treten auch bei diesem Rührantrieb Kühlungsprobleme beim Stator auf, wenn die Vorrichtung bei exothermen Prozessen eingesetzt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es somit unter Verwendung bekannter Standardmotoren ein Rührwerk anzugeben, das für aseptische und sterile Prozesse leicht zu sterilisieren ist.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rührwerkswelle von einem einseitig offenen Rohr umhüllt ist und durch die Öffnung des Rohres mit dem Antrieb verbunden ist, wobei die berührungslos wirkende Kupplung zwischen Rührwerkswelle und dem außerhalb des Rohres angeordneten Rührwerkzeug vorgesehen ist. Es können handelsübliche elektrische Motoren verwendet werden, deren Kühlung außerhalb des Behälters keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Darüber hinaus kann selbst bei hohen Behältern die Rührwerkswelle problemlos innerhalb des Rohres gelagert werden. Betriebsstörungen infolge schadhafter Lagerungen sind somit nicht zu befürchten. Dies ist deshalb besonders wichtig, da die Chargen in Fermentern, beispielsweise zur Herstellung von Pharmazeutika, sehr wertvoll sind. Durch Störungen in der Prozeßführung werden solche Chargen gefärdet.
  • In 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 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 Figur 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 12 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 Figur 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.
    • 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

Claims (9)

  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, dadurch gekennzeichnet, die Rührwerkswelle (2) von einem einseitig offenen Rohr (1) umhüllt ist und durch die Öffnung des Rohres mit dem Antrieb (10) verbunden ist, wobei die berührungslos wirkende Kupplung (5) zwischen Rührwerkswelle (2) und dem außerhalb des Rohres angeordneten Rührwerkzeug (4) vorgesehen ist.
  2. Rührwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerkswelle (2) innerhalb des Rohres (1) mindestens zweifach gelagert ist.
  3. Rührwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 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.
  4. Rührwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (3) ein Gefälle aufweist.
  5. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) am antriebsseitigen Ende eine Dichtung (11) oder Dichtfläche (17) aufweist.
  6. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) am antriebsseitigen Ende einen Montageflansch (18) aufweist.
  7. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kupplung (9) zwischen Antrieb (10) und Rührwerkswelle (2) angeordnet ist.
  8. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) einen Innenraum aufweist, der beheizbar oder kühlbar ausgebildet ist.
  9. Rührwerk nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) selbst kühlbar oder heizbar, zu diesem Zweck vorzugsweise doppelwandig, ausgebildet ist.
EP93115170A 1992-10-01 1993-09-21 Magnetrührwerk Expired - Lifetime EP0590472B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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DE4232935 1992-10-01
DE4232935A DE4232935C2 (de) 1992-10-01 1992-10-01 Magnetrührwerk

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EP0590472A1 EP0590472A1 (de) 1994-04-06
EP0590472B1 true EP0590472B1 (de) 1996-12-11

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ID=6469333

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EP93115170A Expired - Lifetime EP0590472B1 (de) 1992-10-01 1993-09-21 Magnetrührwerk

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