EP0664154B1 - Rührgerät mit einer Haltevorrichtung - Google Patents

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EP0664154B1
EP0664154B1 EP94120498A EP94120498A EP0664154B1 EP 0664154 B1 EP0664154 B1 EP 0664154B1 EP 94120498 A EP94120498 A EP 94120498A EP 94120498 A EP94120498 A EP 94120498A EP 0664154 B1 EP0664154 B1 EP 0664154B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixing
mixing device
holding
support
flectional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP94120498A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0664154A1 (de
Inventor
Ekkehard Lotz
Thomas Hensle
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.)
Janke & Kunkel & Co KG Ika-Labortechnik GmbH
Original Assignee
Janke & Kunkel & Co KG Ika-Labortechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Janke & Kunkel & Co KG Ika-Labortechnik GmbH filed Critical Janke & Kunkel & Co KG Ika-Labortechnik GmbH
Publication of EP0664154A1 publication Critical patent/EP0664154A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0664154B1 publication Critical patent/EP0664154B1/de
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
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/21—Measuring
    • B01F35/212—Measuring of the driving system data, e.g. torque, speed or power data
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S366/00—Agitating
    • Y10S366/601—Motor control

Definitions

  • the invention relates to a mixer according to the preamble of claim 1.
  • torsion measuring shafts can only be loaded with very low bending stresses, a correspondingly complex, statically overdetermined bearing is required, which can lead to inaccurate measurements.
  • the complicated, multiple storage and the complex measurement of the bending deformation on the rotating measuring shaft are also significant Associated costs.
  • the torsion measuring shaft can only be loaded with a limited torque, which is why the known stirring devices can be used almost exclusively for measuring purposes.
  • a mixer is already known, the agitator of which has a divided housing with two housing parts which can be detachably connected to one another, one housing part being provided on the stirring drive and the other on the stirring shaft.
  • the output shaft of the agitator also has a shaft coupling which engages in a counter-coupling of the agitator shaft in the functional position.
  • an intermediate housing can be inserted, which has two hiss housing parts that can be rotated relative to one another with a rotary bearing, one of which is connected to the housing part provided on the stirring drive and the other to the housing part of the agitator receiving the stirring shaft.
  • an intermediate shaft interposed between the output shaft and the agitator shaft is provided in the intermediate housing and is rotatably mounted in both intermediate housing parts.
  • the two housing parts of the agitator can thus be rotated relative to one another via the pivot bearing of the intermediate housing, so that after the housing part connected to the agitator shaft has been fixed, the reaction force of the torque introduced into the medium to be stirred can be measured on a torque support that is connected to the agitator drive in a rotationally fixed manner.
  • a disadvantage of this previously known device is primarily that it requires a special agitator with a two-part housing. In the case of agitators with a one-piece housing or with a continuous, uninterrupted agitator shaft, the intermediate housing is therefore practically unusable. It is also unfavorable that the numerous rotary bearings require a certain amount of effort and also reduce the mechanical stability of the agitator.
  • Another disadvantage is that the intermediate housing Length of the agitator increased, which makes it difficult to handle.
  • the holding device can be combined in a simple manner with any agitators, which enables high measuring accuracy and which is inexpensive to manufacture.
  • the holding device for releasably connecting to the agitator has a plug connection, in which the agitator can be inserted in a non-positive and / or positive manner.
  • the device parts required for torque measurement can thus be detachably connected to the agitator, so that they can also be subsequently adapted to those agitators that are not actually intended for torque measurement.
  • older type agitators in particular can also be used for torque measurement.
  • the stirrer can be easily replaced if necessary. It is not necessary to tap measurement signals on the rotating agitator shaft.
  • a single bearing for example a roller bearing, possibly a four-point thin ring bearing, is required, so that overall a simple and inexpensive construction results.
  • the statically determined storage also enables particularly high measuring accuracy.
  • the measuring device according to the invention can only be used if the sum of all the torques introduced into the medium to be agitated is not equal to zero.
  • the holding device has a fixed holding part and a pivoting part rotatable relative thereto, with which the agitator can be detachably connected, and that the measuring device is provided on the holding device.
  • the swivel part is expediently designed as a swivel plate and the holding part as a holding plate, and a recess is provided between the swivel plate and the holding plate, in particular in the holding plate, for receiving the measuring device.
  • the measuring device is thus particularly well protected against mechanical damage and against contamination.
  • the holding device has a plug-in opening, which is arranged coaxially with a pivot bearing, for a centering socket or the like for the output shaft of the agitator and into which the housing part can be inserted from above.
  • the agitator is automatically centered when inserted into the insertion opening to the pivot bearing of the holding device.
  • the measuring accuracy can be increased because unbalances and other forces acting transversely to the axis of rotation of the stirring tool are supported on the rotary bearing of the holding device and are therefore not detected by the measuring device.
  • An expedient embodiment provides that at least one adapter for the insertion opening and / or the centering nozzle is provided for inserting different agitators.
  • the holding device can thus be easily adapted to agitators of different types, so that one and the same holding device can be used for torque measurement even with agitators of different types.
  • the insertion opening is designed as a clamping device with an especially slotted clamping sleeve into which the centering piece or the like to the Output shaft of the agitator can be clamped.
  • the agitator is then particularly well centered in the insertion opening and cannot tilt laterally with respect to the axis of rotation of the holding device.
  • the agitator is axially fixed, so that it cannot be easily detached from the holding device in the event of an imbalance or inhomogeneous stirring media.
  • the support is designed to transmit torques in opposite directions.
  • the torque can then also be measured with reversing agitators or with different directions of rotation.
  • the support is designed as a spring.
  • the reaction force can then be converted in a simple manner into a corresponding change in length of the spring, in particular into a change in length proportional to force, which change can be detected by means of a suitable measurement sensor.
  • a displacement sensor which detects, for example, the change in length of the spring, or an encoder, which detects the torque-dependent angle of rotation of the agitator or the mixing vessel, can be provided as the measuring value sensor.
  • Sensors are used that are based on piezoelectric, inductive, capacitive or optical methods.
  • the support is carried out on a bending beam and if at least one strain gauge is provided for detecting the bending deformation of the bending beam.
  • the bending beam is also particularly suitable for supporting torques in different directions.
  • the bending beam is firmly clamped at one end and is supported at the opposite end with a plain bearing.
  • the bending beam can then only be subjected to bending; the transfer of axial forces that falsify the measured values is not possible.
  • the bending beam is supported in a punctiform or linear manner, in particular by means of a cylindrical force introduction pin or a force introduction pin with a convex pin tip.
  • the plain bearing can then transmit the reaction forces to the bending beam with particularly little friction.
  • An advantageous embodiment provides that two force introduction pins are provided for supporting the bending beam, which engage on side surfaces of the bending beam or similar support element facing away from one another. This makes it possible to apply particularly low friction to the reaction forces of the stirring tool even with reversing agitators to transfer the bending beam, so that a high measuring accuracy can be achieved in this case too.
  • a particularly simple and inexpensive construction can be achieved in that the bending beam is firmly clamped on a fixed part, in particular on the holding part.
  • the sensor for detecting the bending deformation can then also be arranged in a fixed position, which enables the measuring cables to be guided in a particularly simple and advantageous manner.
  • the measuring device which is designed as a stop element limiting the angle of rotation.
  • the field of application of the mixer can be expanded considerably since the maximum torque allowed on the mixer is no longer limited by the measuring device. This makes it possible, in particular, to implement a robust, industrial-grade stirrer even with sensitive measuring devices, which, for example, enable particularly precise measurement of small torques.
  • the support is acted upon by a prestressing force.
  • the agitator or the mixing vessel can then be reliably supported even under dynamic loads, which can occur in particular when the agitating tool is unbalanced.
  • the biasing force can also improve the measuring accuracy at the reversal point.
  • the preload force must be taken into account when evaluating the measured values, for example by subtracting a torque corresponding to the preload force.
  • An advantageous embodiment provides that an electronic circuit for processing, filtering and / or Smoothing of the measured values is provided. Periodically recurring, brief disturbances in the measured values, which are caused, for example, by an imbalance in the stirring tool, can be filtered out or smoothed in this way. Slow changes or tendencies of the measured values, which in particular allow conclusions to be drawn about changes in viscosity of the medium to be stirred, can thus be detected more easily.
  • the measuring device has a display, in particular a digital display.
  • the operator can then immediately read the torque on the digital display in Newton meters or in percent based on a reference value.
  • An interface in particular a digital interface, can also be provided to output the measured values.
  • the mixing device can then be connected to a process computer which, by means of corresponding reference values, determines the viscosity of the medium to be stirred from the torque.
  • process control is possible in which the stirring process is actively controlled or influenced depending on the torque and / or the viscosity of the stirring medium.
  • An overall designated 1 with a measuring device 2 for measuring the torque introduced during stirring in the medium to be stirred has an agitator 3, which is rotatably or pivotably mounted on a holding device 4 about the axis of rotation of the stirring tool and against the direction of rotation of the Stirring tool is resiliently supported on a bending beam 5.
  • the measuring device 2 has on the bending beam 5 strain gauges which measure the bending deformation caused by the reaction force of the support of the agitator 3 on the bending beam 5. The reaction force is determined from the bending deformation and from this the torque introduced into the medium to be stirred is determined.
  • the holding device 4 has a fixed holding part 6 and a pivoting part 7 which is rotatably mounted relative to the latter and with which the agitator 3 can be detachably connected.
  • the holding part 6 and the pivoting part 7 are approximately plate-shaped and the measuring device 2 is arranged between these two parts in a recess 8 of the holding part 6.
  • the bending beam 5 is particularly well protected against mechanical damage and / or against contamination.
  • the agitator 3 is non-positively connected to the centering stub 9 of the output shaft 10 an insertion opening 12 arranged coaxially to the rotary bearing 11 is inserted from above.
  • the insertion opening 12 is designed as a clamping device with a slotted clamping sleeve 13, with which the centering nozzle 9 of the agitator 3 can be clamped.
  • the clamping sleeve 13 is actuated with a knurled screw 14 projecting laterally on the holding device 4.
  • the agitator 3 is thus releasably connectable to the holding device 4 so that the holding device 4 can be combined with different agitators 3.
  • Corresponding adapters for the insertion opening 12 and / or the centering connector 9 are provided so that different agitator types can also be inserted into the insertion opening 12 in a simple manner and centered with their output shaft 10 to the axis of rotation 15 of the rotary bearing 11.
  • older type agitators 3 which are not actually intended for torque measurement, can be inserted into the holding device 4 and subsequently expanded with a device for measuring the torque.
  • the holding device 4 has on its rear side a carrier plate 16 with at least one, in the exemplary embodiment the better vertical fixation because of two tripod connections 17 with which the holding device 4 can be attached to a holding tripod or a holding rod.
  • the carrier plate 16 has a laterally open plate recess 18 (FIG. 2) for the passage of the power supply cable 19 of the agitator 3.
  • the plate recess 18 is dimensioned such that the power supply cable 19 cannot come into lateral contact with the carrier plate 16 when the agitator 3 is pivoted .
  • a strain relief 20 for the power supply cable 19 is also provided on the back of the carrier plate 16. Traction forces in the power supply cable 19 are thereby supported on the fixed support plate 16 and cannot be transferred to the rotatably mounted agitator 3 and thereby cause measurement errors. Between the strain relief 20 and the agitator 3, the power supply cable 19 is guided at a distance from the holding device 4, so that it can move freely when the agitator 3 is pivoted.
  • the bending beam 5 is firmly clamped to the holding part 6 at one end with retaining screws 21 and is supported on both sides at the opposite end with slide bearings 22 (FIG. 3).
  • the clamping of the bending beam 5 on the stationary holding part 6 results in a particularly simple structure, in which the strain gauges for measuring the bending deformation of the bending beam 5 are also arranged in a fixed manner relative to the holding part 6.
  • the slide bearings 22 each have a cylindrical force introduction pin 23, which supports the bending beam 5 with low friction on a flat side surface.
  • the low-friction bearing enables particularly high measuring accuracy.
  • the force introduction pin 23 can also have a convex-shaped pin tip (FIG. 4). Since 5 sliding bearings 22 are provided on both longitudinal sides of the bending beam, torques can be supported in opposite directions, so that a torque measurement in both directions is possible in the reversing mode.
  • a stationary stop element 24 (FIG. 3) is also provided on both sides of the bending beam 5 on the holding part 6, which serves as overload protection for the measuring device 2 and limits the rotation or swivel angle of the swivel part 7. An inadmissibly strong bending deformation of the bending beam 5 is avoided.
  • the stirring device 1 with a stirring tool and a measuring device 2 for measuring the torque introduced during stirring into the medium to be stirred is rotatably or pivotably mounted on its holding device 4 about the axis of rotation of the stirring tool and is supported against the direction of rotation of the stirring tool.
  • the torque is measured by means of a transducer, which detects the reaction force of this support directly or indirectly.
  • a stationary transducer can be used for the torque measurement and the torque measurement requires only a single pivot bearing 11.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Rührgerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Es sind bereits Rührgeräte bekannt, die mittels Drehmomentmessung Informationen über die Änderung der Viskosität des zu rührenden Mediums ermöglichen (vgl. Holland an Chapman: "Liquid Mixing an Processing in Stirred Tanks" Reinhold Publishing Corporation, New York, 1966 S. 42-49). Dabei ist zur Messung des Drehmomentes häufig eine Torsions-Meßwelle vorgesehen, die zwischen der Abtriebswelle des Rührwerkes und dem Rührwerkzeug angeordnet ist. Das in das zu rührende Medium eingeleitete Drehmoment bewirkt dann eine definierte Torsion der Meßwelle, die mittels geeigneter Sensorik detektiert wird. Dabei ist insbesondere nachteilig, daß die Torsions-Meßwelle fest mit dem Rührwerksantrieb verbunden ist, was eine entsprechend lange Bauform des Rührgerätes ergibt, die in der Praxis meist hinderlich ist. Da Torsions-Meßwellen nur mit sehr geringen Biegebeanspruchungen belastbar sind, ist eine entsprechend aufwendige, statisch überbestimmte Lagerung erforderlich, die zu Meßungenauigkeiten führen kann. Die komplizierte, mehrfache Lagerung und die aufwendige Messung der Biegeverformung an der sich drehenden Meßwelle sind außerdem mit einem nicht unerheblichen Kostenaufwand verbunden. Ferner kann die Torsions-Meßwelle nur mit einem begrenzten Drehmoment belastet werden, weshalb die vorbekannten Rührgeräte nahezu ausschließlich zu Meßzwecken eingesetzt werden können.
  • Aus CH-PS 641 973 kennt man auch bereits ein Rührgerät, dessen Rührwerk ein geteiltes Gehäuse mit zwei lösbar miteinander verbindbaren Gehäuseteilen aufweist, wobei das eine Gehäuseteil an dem Rührantrieb und das andere an der Rührwelle vorgesehen ist. Zum Verbinden der Gehäuseteile hat die Abtriebswelle des Rührwerkes außerdem eine Wellenkupplung, die in Funktionsstellung in eine Gegenkupplung der Rührwelle eingreift. Zwischen die beiden Gehäuseteile ist ein Zwischengehäuse einsetzbar, das zwei mit einem Drehlager gegeneinander drehbare Zischengehäuseteile aufweist, von denen das eine mit dem an dem Rührantrieb vorgesehenen Gehäuseteil und das andere mit dem die Rührwelle aufnehmenden Gehäuseteil des Rührwerks verbunden ist. Außerdem ist in dem Zwischengehäuse eine zwischen Abtriebswelle und Rührwerkswelle zwischengeschaltete Zwischenwelle vorgesehen, die in beiden Zwischengehäuseteilen drehbar gelagert ist. Die beiden Gehäuseteile des Rührwerks sind also über das Drehlager des Zwischengehäuses gegeneinander drehbar, so daß nach Festlegen des mit der Rührwelle verbundenen Gehäuseteiles an einer mit dem Rührantrieb drehfest verbundenen Drehmomentstütze die Reaktionskraft des in das zu rührende Medium eingeleiteten Drehmoments gemessen werden kann. Ein Nachteil dieser vorkannten Vorrichtung besteht vor allem darin, daß sie ein spezielles Rührwerk mit einem zweiteiligen Gehäuse erfordert. Bei Rührwerken mit einteiligem Gehäuse oder mit durchgehender, nicht unterbrochener Rührwelle ist deshalb das Zwischengehäuse praktisch nicht verwendbar. Ungünstig ist außerdem, daß die zahlreichen Drehlager einen gewissen Aufwand erfordern und auch die mechanische Stabilität des Rührwerkes verringern. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Zwischengehäuse die Baulänge des Rührwerkes vergrößert, was dessen Handhabung erschwert.
  • Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Rührgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Haltevorrichtung auf einfache Weise mit beliebigen Rührwerken kombiniert werden kann, das eine hohe Meßgenauigkeit ermöglicht und das preiswert herzustellen ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Haltevorrichtung zum lösbaren Verbinden mit dem Rührwerk eine Steckverbindung aufweist, in die das Rührwerk kraft- und/oder formschlüssig einsetzbar ist.
  • Die für die Drehmomentmessung erforderlichen Vorrichtungsteile sind also lösbar mit dem Rührwerk verbindbar, so daß diese nachträglich auch an solche Rührwerke adaptiert werden können, die eigentlich nicht zur Drehmomentmessung vorgesehen sind. Dadurch können insbesondere auch Rührwerke älterer Bauart zur Drehmomentmessung verwendet werden. Durch die Steckverbindung kann das Rührwerk bei Bedarf leicht ausgetauscht werden. Ein Abgreifen von Meßsignalen an der sich drehenden Rührwerkswelle ist nicht erforderlich. Für die Drehlagerung des Rührwerkes ist nur ein einziges Lager, beispielsweise ein Wälzlager, gegebenenfalls ein Vierpunkt-Dünnringlager erforderlich, so daß sich insgesamt ein einfacher und kostengünstiger Aufbau ergibt. Die statisch bestimmte Lagerung ermöglicht außerdem eine besonders hohe Meßgenauigkeit.
    Bei Rührwerken mit mehreren, in unterschiedlichen Richtungen drehenden Rührwerkswellen oder Rührwerkzeugen kann die erfindungsgemäße Meßvorrichtung nur dann eingesetzt werden, wenn die Summe aller das in das zu rührende Medium eingeleiteten Drehmomente ungleich Null ist.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Haltevorrichtung ein feststehendes Halteteil und ein gegenüber diesem drehbares Schwenkteil aufweist, mit dem das Rührwerk lösbar verbindbar ist, und daß die Meßvorrichtung an der Haltevorrichtung vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise ist das Schwenkteil als Schwenkplatte und das Halteteil als Halteplatte ausgebildet, und zur Aufnahme der Meßvorrichtung ist zwischen der Schwenkplatte und der Halteplatte, insbesondere in der Halteplatte, eine Aussparung vorgesehen. Die Meßvorrichtung ist dadurch besonders gut gegen mechanische Beschädigung und gegen Verschmutzung geschützt.
  • Besonders günstig ist es, wenn die Haltevorrichtung eine koaxial zu einem Drehlager angeordnete Einstecköffnung für einen Zentrierstutzen oder dergleichen zur Abtriebswelle des Rührwerkes zentriertes Gehäuseteil aufweist, in welche diese von oben einsteckbar ist. Das Rührwerk ist dadurch automatisch beim Einstecken in die Einstecköffnung zum Drehlager der Haltevorrichtung zentriert. Die Meßgenauigkeit kann dadurch erhöht werden, da Unwuchten und andere quer zur Drehachse des Rührwerkzeuges wirkende Kräfte an dem Drehlager der Haltevorrichtung abgestützt werden und dadurch nicht von der Meßvorrichtung erfaßt werden.
  • Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, daß zum Einstecken unterschiedlicher Rührwerke wenigstens ein Adapter für die Einstecköffnung und/oder den Zentrierstutzen vorgesehen ist. Die Haltevorrichtung kann dadurch auf einfache Weise an Rührwerke unterschiedlichen Typs adaptiert werden, so daß auch bei Rührwerken unterschiedlicher Bauart ein und dieselbe Haltevorrichtung zur Drehmomentmessung verwendet werden kann.
  • Vorteilhaft ist, wenn die Einstecköffnung als Spannvorrichtung mit einer insbesondere geschlitzten Spannhülse ausgebildet ist, in die der Zentrierstutzen oder dergleichen zu der Abtriebswelle des Rührwerkes einspannbar ist. Das Rührwerk ist dann in der Einstecköffnung besonders gut zentriert und kann nicht seitlich gegenüber der Drehachse der Haltevorrichtung verkippen. Außerdem ist das Rührwerk axial fixiert, so daß es sich bei einer Unwucht oder bei inhomogenen Rührmedien nicht so leicht aus der Haltevorrichtung lösen kann.
  • Besonders günstig ist, wenn eine Zugentlastung für das Stromversorgungskabel des Rührwerkes vorgesehen ist, die an dem Halteteil oder einem fest mit diesem verbundenen Teil der Haltevorrichtung angreift. Zugkräfte an dem Stromversorgungskabel werden dadurch an dem ortsfesten Halteteil abgestützt und können an der Meßvorrichtung keine Reaktionskräfte bewirken, die Meßungenauigkeiten verursachen.
  • Besonders vorteilhaft ist, wenn die Abstützung zur Übertragung von Drehmomenten in entgegengesetzten Richtungen ausgebildet ist. Das Drehmoment kann dann auch bei reversierenden Rührwerken oder bei unterschiedlichen Drehrichtungen gemessen werden.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Abstützung als Feder ausgebildet ist. Die Reaktionskraft kann dann auf einfache Weise in eine entsprechende Längenänderung der Feder, insbesondere in eine kraft-weg-proportionale Längenänderung umgesetzt werden, die mittels eines geeigneten Meßwertaufnehmers detektiert werden kann.
  • In vorteilhafter Weise können als Meßwertaufnehmer ein Wegmesser, der beispielsweise die Längenänderung der Feder erfaßt, oder ein Encoder, der den drehmomentabhängigen Verdrehwinkel des Rührwerkes bzw. des Rührgefäßes detektiert, vorgesehen werden. Zweckmäßigerweise kommen hier käufliche Sensoren zum Einsatz, die auf piezoelektrischen, induktiven, kapazitiven oder optischen Verfahren beruhen.
  • Besonders vorteilhaft ist jedoch, wenn die Abstützung an einem Biegebalken erfolgt und wenn wenigstens ein Dehnungsmeßstreifen zur Erfassung der Biegeverformung des Biegebalkens vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher und kompakter Aufbau, der nur eine sehr kleine, kaum wahrnehmbaren Verdrehung des Rührwerkes beziehungsweise des Rührgefäßes erfordert und dennoch eine hohe Meßgenauigkeit ermöglicht. Der Biegebalken ist außerdem besonders gut zur Abstützung von Drehmomenten in unterschiedlichen Richtungen geeignet.
  • Besonders günstig ist es, wenn der Biegebalken an einem Ende fest eingespannt ist und an dem gegenüberliegenden Ende mit einem Gleitlager abgestützt ist. Der Biegebalken kann dann ausschließlich auf Biegung beansprucht werden; die Übertragung von Axialkräften, welche die Meßwerte verfälschen, ist nicht möglich.
  • Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Abstützung des Biegebalkens punktförmig oder linienförmig erfolgt, insbesondere durch einen zylindrischen Krafteinleitungsstift oder einen Krafteinleitungsstift mit konvex ausgebildeter Stiftkuppe. Das Gleitlager kann dann besonders reibungsarm die Reaktionskräfte auf den Biegebalken übertragen.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß zur Abstützung des Biegebalkens zwei Krafteinleitungsstifte vorgesehen sind, die an einander abgewandten Seitenflächen des Biegebalkens oder dergleichen Abstützelement angreifen. Dadurch ist es möglich, auch bei reversierenden Rührwerken die Reaktionskräfte des Rührwerkzeuges besonders reibungsarm auf die Biegebalken zu übertragen, so daß auch in diesem Fall eine hohe Meßgenauigkeit erzielt werden kann.
  • Ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau kann dadurch erreicht werden, daß der Biegebalken an einem feststehenden Teil, insbesondere an dem Halteteil, fest eingespannt ist. Der Meßwertaufnehmer zur Erfassung der Biegeverformung kann dann ebenfalls ortsfest angeordnet werden, was eine besonders einfache und vorteilhafte Führung der Meßkabel ermöglicht.
  • Besonders günstig ist es, wenn ein Überlastschutz für die Meßvorrichtung vorgesehen ist, der als drehwinkelbegrenzendes Anschlagelement ausgebildet ist. Der Einsatzbereich des Rührgerätes kann dadurch erheblich erweitert werden, da das am Rührwerkzeug maximal zulässige Drehmoment nicht mehr durch die Meßvorrichtung begrenzt ist. Dadurch wird es insbesondere möglich, auch mit empfindlichen Meßvorrichtungen, die beispielsweise eine besonders genaue Messung kleiner Drehmomente ermöglichen, ein robustes, industrietaugliches Rührgerät zu realisieren.
  • Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Abstützung mit einer Vorspannkraft beaufschlagt ist. Das Rührwerk bzw. das Rührgefäß kann dann auch bei dynamischen Belastungen, die insbesondere bei Unwuchten des Rührwerkzeuges auftreten können, zuverlässig abgestützt werden. Bei reversierenden Rührprozessen kann durch die Vorspannkraft ferner die Meßgenauigkeit im Umkehrpunkt verbessert werden. Die Vorspannkraft muß bei der Auswertung der Meßwerte, beispielsweise durch Subtraktion eines der Vorspannkraft entsprechenden Drehmomentes, berücksichtigt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung, Filterung und/oder Glättung der Meßwerte vorgesehen ist. Periodisch wiederkehrende, kurzzeitige Störungen in den Meßwerten, die beispielsweise durch eine Unwucht des Rührwerkzeuges verursacht sind, können auf diese Weise herausgefiltert oder geglättet werden. Langsame Änderungen oder Tendenzen der Meßwerte, die insbesondere Rückschlüsse auf Viskositätsänderungen des zu rührenden Mediums ermöglichen, sind dadurch besser detektierbar.
  • Zweckmäßig ist, wenn die Meßvorrichtung eine Anzeige, insbesonder eine Digitalanzeige aufweist. Das Drehmoment kann dann von der Bedienperson an der Digitalanzeige in Newtonmetern oder in Prozent bezogen auf einen Bezugswert unmittelbar abgelesen werden.
  • Zur Ausgabe der Meßwerte kann auch eine Schnittstelle, insbesondere eine Digitalschnittstelle vorgesehen sein. Das Rührgerät kann dann an einem Prozeßrechner angeschlossen werden, der, mittels entsprechender Referenzwerte, aus dem Drehmoment die Viskosität des zu rührenden Mediums bestimmt. Außerdem ist eine Prozeßsteuerung möglich, bei der abhängig vom Drehmoment und/oder der Viskosität des Rührmediums der Rührprozeß aktiv kontrolliert oder beeinflußt wird.
  • Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
    Es zeigen:
    • Fig.1
    eine teilweise im Schnitt (Ebene A-A in Fig. 2) gehaltene Seitenansicht eines Rührgerätes mit schwenkbar gelagertem Rührwerk, bei der eine Haltevorrichtung mit einem Dreh- bzw. Schwenklager und einem Biegebalken zur Abstützung des strichliniert dargestellten Rührwerkes besonders gut erkennbar ist,
    Fig.2
    eine rückseitige Ansicht auf die Haltevorrichtung gemäß Fig.1,
    Fig.3
    eine Aufsicht auf die Haltevorrichtung mit Messvorrichtung entsprechend Fig.1, bei der das Schwenkteil gebrochen dargestellt ist, damit die Lagerung des Biegebalkens erkennbar ist und
    Fig.4
    eine Teilseitenansicht des Krafteinleitungsstiftes an dem Gleitlager des Biegebalkens, welche die konvex geformte Stiftkuppe erkennen läßt.
  • Ein im ganzen mit 1 bezeichnetes Rührgerät mit einer Meßvorrichtung 2 zum Messen des beim Rühren in das zu rührende Medium eingeleiteten Drehmomentes weist ein Rührwerk 3 auf, das an einer Haltevorrichtung 4 um die Drehachse des Rührwerkzeuges drehbar bzw. schwenkbar gelagert ist und entgegen der Drehrichtung des Rührwerkzeuges an einem Biegebalken 5 federnd abgestützt ist. Die Meßvorrichtung 2 weist an dem Biegebalken 5 Dehnungsmeßstreifen auf, welche die durch die Reaktionskraft der Abstützung des Rührwerkes 3 an dem Biegebalken 5 bewirkte Biegeverformung messen. Aus der Biegeverformung wird die Reaktionskraft und aus dieser das in das zu rührende Medium eingeleitete Drehmoment ermittelt.
  • Die Haltevorrichtung 4 hat ein feststehendes Halteteil 6 und ein gegenüber diesem drehbar gelagertes Schwenkteil 7, mit dem das Rührwerk 3 lösbar verbindbar ist. Das Halteteil 6 und das Schwenkteil 7 sind etwa plattenförmig ausgebildet und die Meßvorrichtung 2 ist zwischen diesen beiden Teilen, in einer Aussparung 8 des Halteteils 6 angeordnet. Der Biegebalken 5 ist dadurch besonders gut gegen mechanische Beschädigung und/oder gegen Verschmutzung geschützt. Das Rührwerk 3 ist mit dem Zentrierstutzen 9 der Abtriebswelle 10 kraftschlüssig in eine koaxial zum Drehlager 11 angeordnete Einstecköffnung 12 von oben eingesetzt. Die Einstecköffnung 12 ist als Spannvorrichtung mit einer geschlitzten Spannhülse 13 ausgebildet, mit welcher der Zentrierstutzen 9 des Rührwerkes 3 einspannbar ist. Die Spannhülse 13 wird mit einer seitlich an der Haltevorrichtung 4 vorstehenden Rändelschraube 14 betätigt.
  • Das Rührwerk 3 ist somit auf einfache Weise lösbar mit der Haltevorrichtung 4 verbindbar, so daß die Haltevorrichtung 4 mit verschiedenen Rührwerken 3 kombiniert werden kann. Damit auch unterschiedliche Rührwerkstypen auf einfache Weise in die Einstecköffnung 12 eingesteckt und dabei mit ihrer Abtriebswelle 10 zu der Drehachse 15 des Drehlagers 11 zentriert werden können, sind entsprechende Adapter für die Einstecköffnung 12 und/oder den Zentrierstutzen 9 vorgesehen. Dadurch können insbesondere auch Rührwerke 3 älterer Bauart, die eigentlich nicht für eine Drehmomentmessung vorgesehen sind, in die Haltevorrichtung 4 eingesteckt und dadurch nachträglich mit einer Vorrichtung zur Messung des Drehmomentes erweitert werden.
  • Die Haltevorrichtung 4 weist an ihrer Rückseite eine Trägerplatte 16 mit wenigstens einem, im Ausführungsbeispiel der besseren lotrechten Fixierung wegen mit zwei Stativanschlüssen 17 auf, mit denen die Haltevorrichtung 4 an einem Haltestativ oder einem Haltestab befestigt werden kann. Die Trägerplatte 16 hat eine seitlich offene Plattenaussparung 18 (Fig. 2) für die Durchführung des Stromversorgungskabels 19 des Rührwerkes 3. Die Plattenaussparung 18 ist so dimensioniert, daß das Stromversorgungskabel 19 beim Schwenken des Rührwerkes 3 nicht seitlich mit der Trägerplatte 16 in Berührung geraten kann. An der Trägerplatte 16 ist außerdem rückseitig eine Zugentlastung 20 für das Stromversorgungskabel 19 vorgesehen. Zugkräfte in dem Stromversorgungskabel 19 werden dadurch an der feststehenden Trägerplatte 16 abgestützt und können sich nicht auf das drehbar gelagerte Rührwerk 3 übertragen und dabei Meßfehler verursachen. Zwischen der Zugentlastung 20 und dem Rührwerk 3 ist das Stromversorgungskabel 19 mit Abstand zur Haltevorrichtung 4 geführt, so daß es sich beim Verschwenken des Rührwerkes 3 frei bewegen kann.
  • Der Biegebalken 5 ist an einem Ende mit Halteschrauben 21 fest an dem Halteteil 6 eingespannt und an dem gegenüberliegenden Ende mit Gleitlagern 22 (Fig. 3) beidseitig abgestützt. Durch die Einspannung des Biegebalkens 5 an dem ortsfesten Halteteil 6 ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau, bei dem auch die Dehnungsmeßstreifen zur Messung der Biegeverformung des Biegebalkens 5 ortsfest zum Halteteil 6 angeordnet sind.
  • Die Gleitlager 22 weisen je einen zylindrischen Krafteinleitungsstift 23 auf, der den Biegebalken 5 jeweils an einer ebenen Seitenfläche reibungsarm abstützt. Die reibungsarme Lagerung ermöglicht eine besonders hohe Meßgenauigkeit. Der Krafteinleitungsstift 23 kann auch eine konvex geformten Stiftkuppe aufweisen (Fig.4). Da an beiden Längsseiten des Biegebalkens 5 Gleitlager 22 vorgesehen sind, können Drehmomente in entgegengesetzten Richtungen abgestützt werden, so daß im Reversierbetrieb eine Drehmomentmessung in beide Richtungen möglich ist.
  • An der Meßvorrichtung 2 ist außerdem beidseits des Biegebalkens 5 an dem Halteteil 6 je ein ortsfestes Anschlagelement 24 (Fig 3) vorgesehen, das als Überlastschutz für die Meßvorrichtung 2 dient und den Dreh- bzw. Schwenkwinkel des Schwenkteiles 7 begrenzt. Eine unzulässig starke Biegeverformung des Biegebalkens 5 wird dadurch vermieden.
  • Das Rührgerät 1 mit einem Rührwerkzeug und einer Meßvorrichtung 2 zum Messen des beim Rühren in das zu rührende Medium eingeleiteten Drehmomentes ist an seiner Haltevorrichtung 4 um die Drehachse des Rührwerkzeuges drehbar bzw. schwenkbar gelagert und entgegen der Drehrichtung des Rührwerkzeuges abgestützt. Die Messung des Drehmomentes erfolgt mittels eines Meßwertaufnehmers, der die Reaktionskraft dieser Abstützung direkt oder indirekt erfaßt. Für die Drehmomentmessung kann ein ortsfester Meßwertaufnehmer verwendet werden und die Drehmomentmessung erfordert nur ein einziges Drehlager 11.

Claims (20)

  1. Rührgerät (1) mit einer Haltevorrichtung (4) und mit einem einen Rührwerksantrieb und ein Rührwerkzeug aufweisenden Rührwerk (3), das zum Messen des in das zu rührende Medium eingeleiteten Drehmoments um die Drehachse des Rührwerkzeuges an der Haltevorrichtung (4) drehbar gelagert und entgegen der Drehrichtung des Rührwerkzeuges abgestützt ist, wobei zur Erfassung der Reaktionskraft dieser Abstützung eine Meßvorrichtung (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (4) zum lösbaren Verbinden mit dem Rührwerk (3) eine Steckverbindung aufweist, in die das Rührwerk (3) kraft-und/oder formschlüssig einsetzbar ist.
  2. Rührgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (4) ein feststehendes Halteteil (6) und ein gegenüber diesem drehbares Schwenkteil (7) aufweist, mit dem das Rührwerk (3) lösbar verbindbar ist, und daß die Meßvorrichtung (2) an der Haltevorrichtung (4) vorgesehen ist.
  3. Rührgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkteil (7) als Schwenkplatte und das Halteteil (6) als Halteplatte ausgebildet sind, und daß zur Aufnahme der Meßvorrichtung (2) zwischen der Schwenkplatte und der Halteplatte, insbesondere in der Halteplatte, eine Aussparung (8) vorgesehen ist.
  4. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (4) eine koaxial zu einem Drehlager (11) angeordnete Einstecköffnung (12) für einen Zentrierstutzen (9) zur Abtriebswelle (10) des Rührwerkes (3) aufweist, in welche diese von oben einsteckbar ist.
  5. Rührgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstecken unterschiedlicher Rührwerke (3) wenigstens ein Adapter für die Einstecköffnung (12) und/oder den Zentrierstutzen (9) vorgesehen ist.
  6. Rührgerät nach einem der Ansprüche 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstecköffnung (12) als Spannvorrichtung mit einer, insbesondere geschlitzten, Spannhülse (13) ausgebildet ist, in die der Zentrierstutzen (9) zur Abtriebswelle (10) des Rührwerkes (3) einspannbar ist.
  7. Rührgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zugentlastung (20) für das Stromversorgungskabel (19) des Rührwerkes (3) vorgesehen ist, die an dem Halteteil (6) oder einem fest mit diesem verbundenen Teil der Haltevorrichtung (4) angreift.
  8. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung zur Übertragung von Drehmomenten in entgegengesetzten Richtungen ausgebildet ist.
  9. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstützung eine Feder vorgesehen ist.
  10. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwertaufnehmer zur indirekten Messung der Reaktionskraft, insbesondere ein Encoder oder ein Wegmesser, vorgesehen ist.
  11. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung an einem Biegebalken (5) erfolgt und daß wenigstens ein Dehnungsmeßstreifen zur Erfassung der Biegeverformung des Biegebalkens (5) vorgesehen ist.
  12. Rührgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegebalken (5) an einem Ende fest eingespannt ist und an dem gegenüberliegenden Ende mit einem Gleitlager (22, 22') abgestützt ist.
  13. Rührgerät nach einem der Ansprüche 11, 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung des Biegebalkens (5) punktförmig oder linienförmig erfolgt, insbesondere durch einen zylindrischen Krafteinleitungsstift (23) oder einen Krafteinleitungsstift (23') mit konvex ausgebildeter Stiftkuppe (37).
  14. Rührgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung des Biegebalkens (5) zwei Krafteinleitungsstifte (23, 23') vorgesehen sind, die an einander abgewandten Seitenflächen des Biegebalkens (5) oder dergleichen Abstützelement angreifen.
  15. Rührgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegebalken (5) an einem feststehenden Teil, insbesondere an dem Halteteil (6) fest eingespannt ist.
  16. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überlastschutz für die Meßvorrichtung (2) vorgesehen ist, der als Drehwinkel begrenzendes Anschlagelement (24) ausgebildet ist.
  17. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung mit einer Vorspannkraft beaufschlagt ist.
  18. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung, Filterung und/oder Glättung der Meßwerte vorgesehen ist.
  19. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (2) eine Anzeige, insbesondere eine Digitalanzeige, aufweist.
  20. Rührgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausgabe der Meßwerte eine Schnittstelle, insbesondere eine Digitalschnittstelle vorgesehen ist.
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