EP0599010B1 - Doppel-Impeller zum Rühren von sterilen Flüssigkeiten - Google Patents

Doppel-Impeller zum Rühren von sterilen Flüssigkeiten Download PDF

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EP0599010B1
EP0599010B1 EP93115169A EP93115169A EP0599010B1 EP 0599010 B1 EP0599010 B1 EP 0599010B1 EP 93115169 A EP93115169 A EP 93115169A EP 93115169 A EP93115169 A EP 93115169A EP 0599010 B1 EP0599010 B1 EP 0599010B1
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stirring
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Mavag Verfahrenstechnik AG
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    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
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    • B01F33/453—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using supported or suspended stirring elements
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    • B01F33/453—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using supported or suspended stirring elements
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/40—Mounting or supporting mixing devices or receptacles; Clamping or holding arrangements therefor
    • B01F35/41—Mounting or supporting stirrer shafts or stirrer units on receptacles
    • B01F35/411—Mounting or supporting stirrer shafts or stirrer units on receptacles by supporting only one extremity of the shaft
    • B01F35/4112—Mounting or supporting stirrer shafts or stirrer units on receptacles by supporting only one extremity of the shaft at the bottom of the receptacle, e.g. by studs

Definitions

  • the invention relates to a container with a Container bottom (4) arranged impeller for stirring, especially consisting of sterile liquids from an impeller head (2) with one on it arranged Ruhr tool and one of the container bottom (4) facing lower opening for receiving a Pin (6) in a central cavity (15), wherein the impeller contactless, inductive or magnetic, is drivable.
  • Such an impeller is from, for example American Patent 4,993,841 and the EP-A1 0 399 972 known.
  • the impellers have one Variety of radially outward extending Stirring blades as stirring tools.
  • a flow is generated in the container that a vortex-like in the container liquid Flow with the impeller as the center effect. So it forms above the impeller Vacuum caused by the suction of the surface of the Liquid is conical towards the Let impellers protrude.
  • the one in this area prevailing negative pressure is undesirable since it is the Gas entry into the liquid favors and at some liquids cause foam.
  • the object of the invention is a different flow in To produce containers that also have a has improved mixing and stirring effects.
  • the stirring tool is designed as a propeller, one of Tank bottom away upward flow generating direction of rotation, and in the near Bottom area arranged additionally flow-generating surfaces are provided, the one deviating from the flow caused by the propeller directed flow downwards or sideways let arise.
  • the one in the center Negative pressure zone is created by the upward flow more than compensated, so that an undesired gas entry is avoided. Foaming effects are reduced.
  • By the opposite flow in the lower area the axial forces of the propeller become partial compensated. The life expectancy of the bearings will advantageously increased.
  • the lower flow-generating surfaces as wings are formed on the impeller.
  • the size of the wing can affect the impeller acting axial forces almost completely compensated will.
  • the measure that between the central cavity and the outer surface at least one connecting Line is provided serves the interior Cavity of the impeller is constantly filled with liquid rinse, which makes cleaning the impeller easier.
  • the best stirring effect is achieved when the Propeller a distance to the bottom Impeller end face that the simple to corresponds to twice the diameter of the propeller, preferably corresponds to 11 ⁇ 2 times.
  • FIG 1 denotes the drive shaft of one further detailed drive unit of a Impeller head 2, which on a shaft end 20 as Stirring tool with several propellers Propeller blades 3 carries.
  • the impeller head 2 is in the arranged lower part of a container, the lower Container wall 4 in broken lines is shown.
  • a Mounting flange 5 welded to the inside of the Container pointing a pin 6 and inside is hollow.
  • the mounting flange 5 is usually made of non-magnetic Made of steel.
  • the upper part of the pin 6 is as cylindrical seat 8 of a bearing 9 shaped. camp 9 serves for rotatably fixing the impeller head 2 with the seat turned 10.
  • Inside the Impeller head 2 are the magnetic disk 7 opposite a number opposite Polarized permanent magnets 11 arranged so that through the magnetic forces between Magnetic disk 7 and the permanent magnet 11th torque from drive shaft 1 without contact Impeller head 2 can be transferred.
  • the lower end face 12 of the impeller 2 is through Correspondingly milled grooves 13 shaped so that when the impeller head 2 is turned there is a pumping effect.
  • Figure 2 shows a horizontal section of the Impeller head according to section line II-II in Figure 1, the parts on the container side for the sake of clarity are not shown.
  • the grooves 13 are shown. Through the one paddle wheel similar arrangement of the grooves 13 results when rotating of the impeller head 2 in the direction of arrow 14 Pump effect, the one from cavity 15 of the impeller head 2 outward flow generated by Arrows 16 is indicated. It is supplemented from the central cavity 13 aspirated liquid through the the cavity 15 with the surface 19 of the Impeller head 2 connecting line 17.
  • the propeller blades 3 are set so that when turning the impeller head due to the stirring forces a downward axial force forms as Reactive force of a vertically upward Flow.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter mit einem am Behälterboden (4) angeordneten Impeller zum Rühren, insbesondere von sterilen Flüssigkeiten, bestehend aus einem Impellerkopf (2) mit einem an diesem angeordneten Ruhrwerkzeug und einer dem Behälterboden (4) zugewandten unteren Öffnung zur Aufnahme eines Zapfens (6) in einem zentralen Hohlraum (15), 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 vom Behälterboden weg nach oben gerichtete Strömung erzeugende Drehrichtung aufweist, und im nahe dem Behälterboden angeordneten unteren Bereich zusätzlich strömungserzeugende Flächen vorgesehen sind, die eine von der vom Propeller bewirkten Strömung abweichend 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 Propellerdurcbmessers 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 durch einen erfindungsgemäßen Doppel-Impeller mit turbinenartig ausgebildeter unterer Stirnfläche,
Fig. 2
einen Horizontalschnitt entsprechende Schnittlinie II-II in Figur 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 Figur 3.
In Figur 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 Permapentmagneten 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.
Figur 2 zeigt einen horizontalen Schnitt des Impellerkopfes gemäß Schnittlinie II-II in Figur 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 12 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 Ruhr- 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

Claims (5)

  1. Behälter mit einem am Behälterboden (4) angeordneten Impeller zum Rühren, insbesondere von sterilen Flüssigkeiten, bestehend aus einem Impellerkopf (2) mit einem an diesem angeordneten Rührwerkzeug und einer dem Behälterboden (4) zugewandten unteren Öffnung zur Aufnahme eines Zapfens (6) in einem zentralen Hohlraum (15), wobei der Impeller berührungslos, induktiv oder magnetisch, antreibbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug (3) als Propeller ausgebildet ist, der eine vom Behälterboden (4) weg nach oben gerichtete Strömung erzeugende Drehrichtung aufweist, und im nahe dem Behälterboden angeordneten unteren Bereich zusätzlich strömungserzeugende Flächen vorgesehen sind, die eine von der vom Propeller bewirkten Strömung abweichend gerichtete Strömung nach unten oder seitlich entstehen lassen.
  2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren strömungserzeugenden Flächen als Flügel (18) am Impeller ausgebildet sind.
  3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren strömungserzeugenden Flächen als turbinenartig ausgebildete untere Stirnfläche (12) des Impellers ausgebildet ist.
  4. Behälter nach Anspruch 1, 2 oder 3,. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zentralem Hohlraum (15) und der äußeren Oberfläche (19) mindestens eine verbindende Leitung (17) vorgesehen ist.
  5. Behälter nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch 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.
EP93115169A 1992-10-01 1993-09-21 Doppel-Impeller zum Rühren von sterilen Flüssigkeiten Expired - Lifetime EP0599010B1 (de)

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