EP1470856A1 - Rührer zum Mischen, Homogenisieren und Dispergieren - Google Patents

Rührer zum Mischen, Homogenisieren und Dispergieren Download PDF

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EP1470856A1
EP1470856A1 EP04002872A EP04002872A EP1470856A1 EP 1470856 A1 EP1470856 A1 EP 1470856A1 EP 04002872 A EP04002872 A EP 04002872A EP 04002872 A EP04002872 A EP 04002872A EP 1470856 A1 EP1470856 A1 EP 1470856A1
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EP
European Patent Office
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stirrer
head
bearing
pin
stirrer head
Prior art date
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EP04002872A
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EP1470856B1 (de
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Hermann Dr. Schindler
Andreas Burth
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Mavag Verfahrenstechnik AG
Original Assignee
Mavag Verfahrenstechnik AG
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Publication date
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Publication of EP1470856B1 publication Critical patent/EP1470856B1/de
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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
    • 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
    • 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
    • B01F33/4534—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using supported or suspended stirring elements using a rod for supporting the stirring element, e.g. stirrer sliding on a rod or mounted on a rod sliding in a tube
    • 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 stirrer for combining substances of fluid phases, consisting of a rotatably mounted by means of a bearing stirrer head Stirring tool, as well as with a clutch for non-contact, inductive or magnetic, drive the stirrer head and a, for example, in a Container, fixed containment shell for receiving the drive-side coupling part, wherein Means are provided for securing the stirrer head before lifting off axially.
  • the invention relates to a method for safe installation of a stirrer in a container.
  • a stirrer for stirring sterile liquids is known, for example, from DE 42 32 936 C2 known.
  • the stirrer head described is on one, on the split pot mounted peg floating. This has the disadvantage that only Stirring tools can be provided on the stirrer head, either a cause radial outflow of the liquid to be stirred or axial Flow component of the liquid cause upward, so that the stirrer head is pressed by a hydraulic axial force in the direction of the split pot.
  • the stirrer head would lift off the containment shell. This However, when striking the stirrer on the container wall to Damage and failure of the agitator lead.
  • the invention is therefore based on the object to propose a stirrer, the especially for use in the pharmaceutical industry and the food industry suitable is.
  • stirrer head of the split pot bottom is secured before axial lifting.
  • the stirrer head is fixed almost axially.
  • the Means for securing the stirrer head take the axially upward, on the Stirrer head acting axial force.
  • the backup of Stirrer head before axial lifting be designed so that the stirrer head in a certain range is axially displaceable. This certain game may be necessary be sufficient lubrication of the bearing and the balance of Allow thermal expansion.
  • the inventive design of the stirrer it is possible even one Stirrer head with stirring tool for generating an axial flow in both To operate directions of rotation. This extends the process engineering area of application considerably. Furthermore, it is possible to use the stirrer according to the invention itself increased safety requirements, for example when working in hazardous areas.
  • Means for securing the stirrer before axially lifting a screw arranged is, for example, from the split pot bottom forth in a pin provided internal thread is screwed.
  • the Stirrer head, the bearing, the containment shell and the means for securing the Stirrer head are designed as a unit. This makes it possible to To introduce preassembled unit in the container and the Spalt pot front from the outside to fix and secure.
  • This procedure is special advantageous because the mostly made of ceramic bearings in the conventional Assembly in which the stirrer head with bearing bushing is mounted on a gap pot Bearing sleeve is placed, can take damage. Since the stirrer head at Stirrer according to the invention is part of a structural unit, this no longer has to be individually be applied in the container. Thus, the bearings in the assembly considerably spared.
  • the bearing is arranged above the containment shell is and is designed in particular as a combination of axial and radial bearings.
  • the stirrer head can be operated in both directions, it is necessary that The axial forces of the stirrer are absorbed in both directions and into the containment shell can be directed.
  • a pin is arranged with a head wherein the pin, the bearing, preferably centrally, penetrates and indirectly or is fixed directly on the split pot and the pin head, the axial forces of the Can accommodate stirrer head.
  • the pin head is virtually the counterpart to the Front side of the can.
  • the front side of the containment shell absorbs the axial forces Slit pot direction and the pin head takes the axial forces in opposite Direction up. Which force component is working depends on the training of the Stirrer and the direction of rotation of the stirrer head from. If the pin is the entire bearing penetrates, it is possible the pin from the split-pot bottom to fix on the containment shell and secure.
  • the Pin does not penetrate the entire camp, but only in a storage core bolted or anchored in any other way.
  • an upper contact surface for the stirrer head, for receiving the upward axial force component is formed, wherein this contact surface, in an advantageous embodiment - the pin head, indirectly or is attached directly to the containment shell or a stationary component.
  • the bearing as a product-lubricated sliding bearing with a mounted in the stirrer head, preferably shrunk bearing bush and a bearing sleeve running therein, wherein the pin the bearing sleeve, preferably centric, penetrates and the lower annular surface of the pin head the upper end surface of the bearing bush at least partially covered.
  • the cover is necessary so that the lower ring surface of the pin head, the axial forces of can accommodate the stirrer head connected bearing bush.
  • the tang head forms So a contact surface for the bearing bush. It is conceivable that the lower Ring surface of the pin head is spaced from the bearing bush. As a result, a certain mobility of the stirrer head in the axial direction reached.
  • the pin can serve as the sole hub of the camp, the of the Bearing sleeve is concentrically enclosed. This has the great advantage that the Fixation of the pin can be done from the Spalttopfunterseite ago.
  • the bearing sleeve does not directly surround the pin, but an additional metal sleeve connected to the containment shell is provided.
  • the pin does not necessarily penetrate the metal sleeve completely, but can be anchored directly in the metal sleeve.
  • the real one Bearing sleeve is then arranged concentrically to the metal sleeve. Since the warehouse is in Product room is lying and product lubricated, the resulting minimum Frictional heat dissipated through the product. For a sufficient lubricating film between the bearing sleeve and bearing bush is characterized by the flow profile and the oscillating movement in the concentric cavity between stirrer head and Gap pot taken care of.
  • the bearing sleeve below the pin head with a collar is formed and a contact surface for the upper end of the Bearing bush forms.
  • the contact surface provides for the absorption of the axial forces of the Stirrer.
  • the formed with a collar bearing sleeve is at the outer edge of lower annular surface of the pin head relative to this by means of an O-ring sealed. This avoids placing the product in the space between Bearing sleeve and pin can penetrate.
  • the direction of the gap pot axial forces of the stirrer head can be included, below the bearing bush a contact surface for provided the lower end side of the bearing bush.
  • the pin is at its lower End rotatably connected to the containment shell.
  • an axial fuse be attached.
  • the bearing bush at least one Having connection opening, and the means for supplying liquid through this connection opening are provided. So it is possible that from the inside of the Split pot made a line through the pin to the connection opening is. Through this, a liquid in the space between the bearing sleeve and bearing bush are introduced.
  • the Bearing bush is divided into two, or that at least two in the axial Direction stacked bushings are provided, and that means for feeding fluids, especially lubricants but also Cleaning fluids, provided in the space between the sockets are.
  • a concentric, preferably as a guide tube trained, stator is provided.
  • a rotor-stator system as Leitstrahlmischer or dispersing. While that Mixing of liquid components with not very different Viscosities is still very simple, but so does the claim to the mixing element with increasing density and viscosity difference. While at a typical axial or radial stirrer low dissipation ratios, i. a Unequal distribution of the energy input in the process space is aimed at is To achieve a local high energy input to a rotor-stator system certain mixing and dispersing effects possible.
  • a dispersing effect to be achieved is provided with advantage that in addition to the agitator a concentric shearing ring is provided, which with the Agitator is arranged rotating and that concentric to this Scherkranz a further Scherkranz is provided on the stator. It is possible that the stator as a combination between the guide tube and the shearing ring or as the sole shearing ring is trained. The shear gradient increases with decreasing distance between the two wreaths.
  • the use of this development according to the invention is suitable especially with highly miscible liquid components.
  • the pin is formed by the containment shell, or with this is integrally connected, wherein the pin has a vertical through hole has and above the pin a mounting washer with internal thread is provided, wherein the mounting plate is arranged so that they Axial member of the stirrer receives and through the through hole of the Spalttopfunterseite ago a screw is inserted into the internal thread of the Fixing washer is screwed and thus fixed the stirrer head on the containment shell and thus prevents axial lifting.
  • Such an embodiment is with pins with Small diameters not possible, because then the screw too small Cross section would have.
  • the design has the advantage that on the O-ring below the lower thrust washer, can be dispensed with.
  • the subject of the invention is a method for safe installation of a Stirrer in a container. So far, it was common to the containment shell in the container fix. Thereafter, the bearing sleeve was applied, whereupon the stirrer head with Bushing was placed. Since the camp is usually made of ceramic, can This procedure often leads to damage to the bearing.
  • a stirrer 1 is capable of being sterilized for stirring Liquids shown.
  • the stirrer 1 consists of a stirrer head 2, which is rotatably supported by a bearing 3.
  • a stirring tool 4th intended. In this embodiment, these are stirring tools 4 for generating an axial flow.
  • a coupling 5 for non-contact drive of the stirrer head. 2 intended.
  • it is a magnetic coupling 5 with a drive-side coupling part 6, which is designed as a drive magnet is and a concentrically arranged secondary coupling part. 7
  • the drive magnet 6 is in communication with a drive shaft, which in turn with the drive, in particular an electric motor is connected.
  • the drive-side coupling part 6 is arranged within a split pot 8.
  • the containment shell 8 is designed as a Einsteckflansch. Of the Einsteckflansch was introduced from the container interior in a mounting flange 9 and fixed at its lower end by means of a securing ring 10. Of the Mounting flange 9 is welded in the container 11. The plug-in flange is opposite the mounting flange circumferentially sealed by means of an O-ring 12.
  • the containment shell is designed as a weld-in flange. This is welded directly to the container. On the O-ring 12 and the Circlip 10 can be dispensed with advantage.
  • the bearing 3 is as a product-lubricated ceramic or High performance plastic plain bearings trained. However, it is also conceivable For example, use a ceramic ball bearing or roller bearings.
  • the bearing consists of a shrunk in the stirrer head 2 ceramic bushing 13 and a bearing sleeve 14 running therein, also made of ceramic.
  • a pin 15 is guided with a head 16. Of the Pin 15 forms the hub of the bearing 3.
  • the pin 15 has at its lower end an anti-rotation and is in the containment shell 8, from below by means of a screw fixed.
  • the lower annular surface 18 of the pin head 16 projects beyond the upper end side 19th the bearing bush 13.
  • the bearing sleeve 14 is formed with a collar, which serves as a contact surface for the upper Front side 19 of the bearing bush 13 is used.
  • the bearing sleeve 14 is in turn at the supported lower ring surface 18 of the pin head 16 and against this means sealed an O-ring 20.
  • Opposite the face is one Thrust washer 21 for receiving the oppositely acting axial forces of the Stirrer head 2 is provided.
  • Bearing sleeve, bearing bush and thrust washer are off Ceramics made.
  • the bearing 3, the stirrer head 2, and the pin 15 are formed as a unit, this unit from the Container interior ago by means of the Einsteckflansches 8 through the mounting flange. 9 guided and fixed by means of the securing ring 10. This leaves one Damage to bearings 3 during assembly.
  • a cavity 22 is provided which is designed to be open at the bottom. Furthermore, leading into the cavity 22 Openings 23 are provided.
  • This airfoil provides lubricant lubrication for lubrication Plain bearing 3.
  • FIG 2 is also an inventive stirrer 1 with bearing 3, agitator 4 and a clutch for non-contact drive of the stirrer head 2 shown.
  • a stator 24 is provided, which in his upper area is designed as a guide tube.
  • FIG. 3 likewise shows a stirrer 1 with stirrer head 2 and bearing 3.
  • the bearing 3 includes two stacked in the axial direction bearing bushes (13, 13 ').
  • There is a line 27 is provided, by means of a pump, not shown Liquids, in particular of lubricating and rinsing liquids, in the intermediate space between the bushes (13, 13 ') and thus also be introduced into the bearing gap can.
  • the feed is to be adapted constructively depending on the size of the stirrer.
  • the Wiring can be from above, through the container, or from below, for example, by the flange.
  • FIG. 4 shows a large stirrer 1, the pin 15 having a larger diameter Diameter than the pins of the stirrer in Figures 1 to 3.
  • the pin 15 is formed in this embodiment by the split pot 8.
  • In the pin 15 is a central, vertical through hole 28 is provided. Above the Spigot is a resting on this mounting plate 29 with internal thread 30 provided.
  • the mounting plate 29 projects beyond the upper end face of Bearing bush 13, whereby it is an axial force component of the stirrer head can record.
  • Through the through hole 28 is from the split pot bottom her a screw 31 out, in the internal thread 30 of the mounting plate 29 is screwed and thus the stirrer head 2 fixed to the split pot 8 and so against axial lifting secures. Also in this embodiment, therefore, the Securing against axial lifting from the lower side of the containment shell.
  • Locking pin 32 To prevent twisting of the mounting plate 29 is between pins 15 and fixing plate 29 a locking pin 32 is provided. Of the Locking pin 32 comes with advantage not in contact with product.

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Abstract

Rührer (1) zum Stoffvereinigen von fluiden Phasen, bestehend aus einem, mittels eines Lagers (3) drehbar gelagertem Rührerkopf (2) mit Rührwerkzeug (4), sowie mit einer Kupplung (5) zum berührungslosen, induktiven oder magnetischen Antrieb des Rührerkopfes (2) und einem, beispielsweise in einem Behälter, fixierten Spalttopf (8) zur Aufnahme des antriebsseitigen Kupplungsteils (6), wobei Mittel (15) zur Sicherung des Rührers vor axialem Abheben vorgesehen sind. Aufgabe der Erfindung ist die Erweiterung der verfahrenstechnischen Einsatzgebiete. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Rührerkopf (2) von der Spalttopfunterseite her vor axialem Abheben gesichert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Rührer zum Stoffvereinigen von fluiden Phasen, bestehend aus einem, mittels eines Lagers drehbar gelagerten Rührerkopf mit Rührwerkzeug, sowie mit einer Kupplung zum berührungslosen, induktiven oder magnetischen, Antrieb des Rührerkopfes und einem, beispielsweise in einem Behälter, fixierten Spalttopf zur Aufnahme des antriebsseitigen Kupplungsteils, wobei Mittel zur Sicherung des Rührerkopfes vor axialem Abheben vorgesehen sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum sicheren Einbau eines Rührers in einem Behälter.
Ein Rührer zum Rühren von sterilen Flüssigkeiten ist beispielsweise aus der DE 42 32 936 C2 bekannt. Der beschriebene Rührerkopf ist an einem, am Spalttopf befestigten Zapfen schwimmend gelagert. Dies hat den Nachteil, dass nur Rührwerkzeuge am Rührerkopf vorgesehen werden können, die entweder eine radiale Abströmung der zu rührenden Flüssigkeit bewirken oder die eine axiale Strömungskomponente der Flüssigkeit nach oben bewirken, so dass der Rührerkopf durch eine hydraulische Axialkraft in Richtung Spalttopf gedrückt wird. Würde der Rührer bei axialen Strömungswerkzeugen entgegengesetzt der vorgeschriebenen Drehrichtung betrieben, so würde der Rührerkopf vom Spalttopf abheben. Dies jedoch könnte beim Aufschlagen des Rührers auf die Behälterwand zur Beschädigung und zum Ausfall des Rührwerks führen.
Weiterhin ist nachteilig, dass bei bekannten Rührem mit Rührwerkzeugen zur Erzeugung einer axialen Strömung immer nur eine Drehrichtung realisiert werden kann. Hierdurch wird der Einsatzbereich von Rührern mit Rührwerkzeug zur Erzeugung einer axialen Strömung beschränkt. Es kann nur ein Strömungsprofil erzeugt werden, welches vom Behälterboden weg gerichtet ist, so dass der Rührerkopf in Richtung Spalttopf gedrückt wird.
Der aus der DE 42 32 935 C2 bekannte Rührer ist dagegen vor axialem Abheben mittels einer Schraube gesichert. Nachteilig bei dem bekannten Rührer ist, dass die Sicherung im Produktraum vorgesehen ist. Hierdurch ist eine Infektionsquelle gegeben, was insbesondere im pharamzeutischen oder lebensmitteltechnischen Einsatzgebiet zu erheblichen Problemen führen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rührer vorzuschlagen, der insbesondere für den Einsatz in der Pharmaindustrie und der Lebensmittelindustrie geeignet ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Rührerkopf von der Spalttopfunterseite her vor axialem Abheben gesichert ist. Der Rührerkopf wird quasi axial fixiert. Die Mittel zur Sicherung des Rührerkopfes nehmen die axial nach oben, auf den Rührerkopf wirkende Axialkraft auf. Selbstverständlich kann die Sicherung des Rührerkopfes vor axialem Abheben so ausgebildet sein, dass der Rührerkopf in einem gewissen Bereich axial verschiebbar ist. Dieses gewisse Spiel kann notwendig sein, um eine ausreichende Schmierung des Lagers und den Ausgleich von Wärmeausdehnungen zu ermöglichen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rührers ist es möglich, selbst einen Rührerkopf mit Rührwerkzeug zur Erzeugung einer axialen Strömung in beide Drehrichtungen zu betreiben. Dies erweitert das verfahrenstechnische Einsatzgebiet erheblich. Weiterhin ist es möglich, den erfindungsgemäßen Rührer selbst bei erhöhten Sicherheitsanforderungen, beispielsweise beim Arbeiten in explosionsgefährdeten Bereichen einzusetzen.
Dadurch, dass die Sicherung außerhalb des Produktraumes, also ohne Produktberührung erfolgt, wird die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination oder Verunreinigung des Produktes erheblich reduziert. Ein weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, dass die Sicherung von Außen kontrolliert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Mittel zur Sicherung des Rührers vor axialem Abheben eine Schraube angeordnet wird, die von der Spalttopfunterseite her beispielsweise in ein im Zapfen vorgesehenes Innengewinde verschraubt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rührerkopf, das Lager, der Spalttopf sowie die Mittel zur Sicherung des Rührerkopfes als Baueinheit ausgebildet sind. Hierdurch ist es möglich, die vormontierte Baueinheit in den Behälter einzubringen und an der Spalttopfstirnseite von außen zu fixieren und zu sichern. Diese Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft, da die meist aus Keramik gefertigten Lager bei der herkömmlichen Montage, bei der der Rührerkopf mit Lagerbuchse auf eine am Spalttopf angebrachte Lagerhülse aufgesetzt wird, Schaden nehmen können. Da der Rührerkopf beim erfindungsgemäßen Rührer Teil einer Baueinheit ist, muss dieser nicht mehr einzeln im Behälter aufgebracht werden. Somit werden die Lager bei der Montage erheblich geschont.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn das Lager oberhalb des Spalttopfes angeordnet ist und insbesondere als Kombination aus Axial- und Radiallager ausgebildet ist. Da der Rührerkopf in beide Richtungen betrieben werden kann, ist es notwendig, dass die Axialkräfte des Rührers in beide Richtungen aufgenommen und in den Spalttopf geleitet werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Mittel zur Sicherung des Rührerkopfes ein Zapfen mit einem Kopf angeordnet wird, wobei der Zapfen das Lager, vorzugsweise zentrisch, durchdringt und mittelbar oder unmittelbar am Spalttopf fixiert ist und der Zapfenkopf die Axialkräfte des Rührerkopfes aufnehmen kann. Der Zapfenkopf bildet quasi das Gegenstück zur Stirnseite des Spalttopfes. Die Stirnseite des Spalttopfes nimmt die Axialkräfte in Spalttopfrichtung und der Zapfenkopf nimmt die Axialkräfte in entgegengesetzter Richtung auf. Welche Kraftkomponente gerade wirkt, hängt von der Ausbildung des Rührwerkzeugs und der Drehrichtung des Rührerkopfes ab. Wenn der Zapfen das gesamte Lager durchdringt, ist es möglich, den Zapfen von der Spalttopfunterseite her am Spalttopf zu fixieren und zu sichern. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Zapfen nicht das gesamte Lager durchdringt, sondern lediglich in einen Lagerkern verschraubt oder auf jede beliebige andere Art verankert wird. Es ist jedoch unverzichtbar, dass direkt oder indirekt eine obere Anlauffläche für den Rührerkopf, zur Aufnahme der nach oben gerichteten Axialkraftkomponente, gebildet wird, wobei diese Anlauffläche, in einer vorteilhaften Ausgestaltung - der Zapfenkopf, mittelbar oder unmittelbar am Spalttopf oder einem stationären Bauteil befestigt ist.
Es ist von besonderem Vorteil, dass das Lager als produktgeschmiertes Gleitlager mit einer im Rührerkopf angebrachten, vorzugsweise eingeschrumpften Lagerbuchse und einer darin laufenden Lagerhülse besteht, wobei der Zapfen die Lagerhülse, vorzugsweise zentrisch, durchdringt und die untere Ringfläche des Zapfenkopfes die obere Stirnfläche der Lagerbuchse zumindest zum Teil überdeckt. Die Überdeckung ist notwendig, damit die untere Ringfläche des Zapfenkopfes die Axialkräfte der mit dem Rührerkopf verbundenen Lagerbuchse aufnehmen kann. Der Zapfenkopf bildet also eine Anlauffläche für die Lagerbuchse. Es ist denkbar, dass die untere Ringfläche des Zapfenkopfes von der Lagerbuchse beabstandet angeordnet ist. Hierdurch wird eine gewisse Beweglichkeit des Rührerkopfes in axialer Richtung erreicht. Der Zapfen kann dabei als alleinige Nabe des Lagers dienen, die von der Lagerhülse konzentrisch umschlossen ist. Dies hat den großen Vorteil, dass die Fixierung des Zapfens von der Spalttopfunterseite her erfolgen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass die Lagerhülse nicht unmittelbar den Zapfen umschließt, sondern dass eine zusätzliche, mit dem Spalttopf verbundene, Metallhülse vorgesehen ist. In diesem Fall muss der Zapfen die Metallhülse nicht zwangsweise ganz durchdringen, sondern kann unmittelbar in der Metallhülse verankert sein. Die eigentliche Lagerhülse ist dann konzentrisch zu der Metallhülse angeordnet. Da das Lager im Produktraum liegt und produktgeschmiert ist, wird die entstehende minimale Reibungswärme über das Produkt abgeführt. Für einen ausreichenden Schmierfilm zwischen Lagerhülse und Lagerbuchse wird durch das Strömungsprofil und die oszillierende Bewegung im konzentrischen Hohlraum zwischen Rührerkopf und Spalttopf gesorgt.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Lagerhülse unterhalb des Zapfenkopfes mit einem Bund ausgebildet ist und eine Anlauffläche für die obere Stirnseite der Lagerbuchse bildet. Die Anlauffläche sorgt für die Aufnahme der Axialkräfte des Rührers. Die mit einem Bund ausgebildete Lagerhülse ist an der Außenkante der unteren Ringfläche des Zapfenkopfes gegenüber diesem mittels eines O-Rings abgedichtet. So wird vermieden, das Produkt in den Zwischenraum zwischen Lagerhülse und Zapfen eindringen kann.
Damit die in Richtung Spalttopf gerichteten Axialkräfte des Rührerkopfes aufgenommen werden können, ist unterhalb der Lagerbuchse eine Anlauffläche für die untere Stirnseite der Lagerbuchse vorgesehen.
Besonders verschleißfreie Lager erhält man, wenn das Lager und/oder die Anlaufflächen aus Keramik gefertigt sind.
Um ein Verdrehen oder gar ein Lösen des Zapfens zu verhindern, ist im Zapfen eine Verdrehsicherung vorgesehen. Beispielsweise ist der Zapfen an seinen unteren Ende mit dem Spalttopf drehfest verbunden. Zusätzlich kann eine axiale Sicherung angebracht werden.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Lagerbuchse zumindest eine Verbindungsöffnung aufweist, und das Mittel zur Speisung von Flüssigkeit durch diese Verbindungsöffnung vorgesehen sind. So ist es möglich, dass vom Inneren des Spalttopfes her eine Leitung durch den Zapfen bis zur Verbindungsöffnung geführt ist. Durch diese kann eine Flüssigkeit in den Zwischenraum zwischen Lagerhülse und Lagerbuchse eingebracht werden.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Einbringung von Flüssigkeiten in den Zwischenraum zwischen Lagerhülse und Lagerbuchse besteht darin, dass die Lagerbuchse zweigeteilt ist, beziehungsweise dass mindestens zwei in axialer Richtung übereinander angeordnete Lagerbuchsen vorgesehen sind, und dass Mittel zur Speisung von Flüssigkeiten, insbesondere von Schmier- aber auch Reinigungsflüssigkeiten, in den Zwischenraum zwischen den Buchsen vorgesehen sind.
Beide Varianten ermöglichen, Flüssigkeiten vom Inneren des Spaltrohres her in den Lagerspalt einzubringen.
Auf zusätzliche Dichtungen kann verzichtet werden, wenn der Spalttopf als Einschweißflansch ausgebildet ist und direkt in die Behälterwand eingeschweißt wird.
Der Einbau des Rührers wird wesentlich erleichtert, wenn der Spalttopf als Einsteckflansch ausgebildet ist und vom Inneren des Tanks durch einen Montageflansch hindurchgesteckt und sodann an der Spalttopfstirnseite von außen fixiert und gesichert wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich zum Rührer mit Rührwerkzeug ein konzentrischer, vorzugsweise als Leitrohr ausgebildeter, Stator vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme erhält man ein Rotor-Stator-System als Leitstrahlmischer oder Dispergierrührwerkzeug. Während das Vermischen von flüssigen Komponenten mit nicht sehr unterschiedlichen Viskositäten noch sehr einfach ist, so wächst doch der Anspruch an das Mischorgan mit steigender Dichte- und Viskositätsdifferenz an. Während bei einem typischen axial- oder radialfördernden Rührer geringe Dissipisationsverhältnisse, d.h. eine Ungleichverteilung des Energieeintrags im Prozessraum angestrebt werden, ist bei einem Rotor-Stator-System ein lokaler hoher Energieeintrag zum Erreichen bestimmter Misch- und Dispergiereffekte möglich.
Wenn gleichzeitig mit der verbesserten Durchmischung durch die Verwendung eines Stators, eine Dispergierwirkung erzielt werden soll, ist mit Vorteil vorgesehen, dass zusätzlich zum Rührwerk ein konzentrischer Scherkranz vorgesehen ist, der mit dem Rührwerk rotierend angeordnet ist und dass konzentrisch zu diesem Scherkranz ein weiterer Scherkranz am Stator vorgesehen ist. Dabei ist es möglich, dass der Stator als Kombination zwischen Leitrohr und Scherkranz oder als alleiniger Scherkranz ausgebildet ist. Der Schergradient steigt mit abnehmendem Abstand zwischen den beiden Scherkränzen. Der Einsatz dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung eignet sich insbesondere bei schwermischbaren Flüssigkeitskomponenten.
Insbesondere bei großen Rührern mit einem Zapfen mit großem Durchmesser ist es von Vorteil, dass der Zapfen durch den Spalttopf gebildet ist, oder mit diesem einstückig verbunden ist, wobei der Zapfen eine senkrechte Durchgangsbohrung aufweist und oberhalb des Zapfens eine Befestigungsscheibe mit Innengewinde vorgesehen ist, wobei die Befestigungsscheibe so angeordnet ist, dass sie die Axialkräfte des Rührers aufnimmt und durch die Durchgangsbohrung von der Spalttopfunterseite her eine Schraube geführt wird, die in das Innengewinde der Befestigungsscheibe verschraubt ist und damit den Rührerkopf am Spalttopf fixiert und so axiales Abheben verhindert. Eine solche Ausführungsform ist bei Zapfen mit kleinen Durchmessern nicht möglich, da dann die Schraube einen zu geringen Querschnitt aufweisen würde. Die Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auf den O-Ring unterhalb der unteren Anlaufscheibe, verzichtet werden kann.
Um ein Verdrehen der Befestigungsscheibe zu verhindern, ist mit Vorteil zwischen Zapfen und Befestigungsscheibe ein Sicherungsstift vorgesehen. Der Sicherungsstift kommt mit Vorteil nicht mit Produkt in Berührung.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum sicheren Einbau eines Rührers in einem Behälter. Bisher war es üblich, den Spalttopf im Behälter zu fixieren. Danach wurde die Lagerhülse aufgebracht, woraufhin der Rührerkopf mit Lagerbuchse aufgesetzt wurde. Da das Lager meist aus Keramik gefertigt ist, kann es bei dieser Vorgehensweise häufig zu Beschädigungen des Lagers kommen.
Diese Beschädigung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Bauelement, bestehend aus Rührerkopf, Lager, als Einsteckflansch ausgebildeter Spalttopf sowie Mitteln zur Sicherung des Rührerkopfes gegen axiales Abheben montiert. Dann wird die gesamte Baueinheit vom Tankinneren her in einen im Behälter eingebrachten Montageflansch geführt und fixiert. Die Fixierung und Sicherung erfolgt vorteilhafter Weise an der Spalttopfstimseite von außerhalb des Behälters.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1:
einen erfindungsgemäßen Rührer,
Fig. 2:
einen erfindungsgemäßen Rührer mit einem Rotor-Stator-System
Fig. 3:
einen Rührer mit geteilter Lagerhülse
Fig. 4:
einen Rührer mit großen Zapfen.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Rührer 1 zum Rühren von sterilisierbaren Flüssigkeiten dargestellt. Der Rührer 1 besteht aus einem Rührerkopf 2, welcher mittels eines Lagers 3 drehbar gelagert ist. Am Rührer 1 ist ein Rührwerkzeug 4 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um Rührwerkzeug 4 zur Erzeugung einer axialen Strömung.
Weiterhin ist eine Kupplung 5 zum berührungslosen Antrieb des Rührerkopfes 2 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Magnetkupplung 5 mit einem antriebsseitigen Kupplungsteil 6, welches als Antriebsmagnet ausgebildet ist und einem konzentrisch dazu angeordneten sekundären Kupplungsteil 7.
Der Antriebsmagnet 6 steht mit einer Antriebswelle in Verbindung, die wiederum mit dem Antrieb, insbesondere einem Elektromotor verbunden ist.
Das antriebsseitige Kupplungsteil 6 ist innerhalb eines Spalttopfes 8 angeordnet. In der linken Zeichnungshälfte ist der Spalttopf 8 als Einsteckflansch ausgebildet. Der Einsteckflansch wurde vom Behälterinneren in einen Montageflansch 9 eingebracht und an seinem unteren Ende mittels eines Sicherungsrings 10 fixiert. Der Montageflansch 9 ist im Behälter 11 eingeschweißt. Der Einsteckflansch ist gegenüber dem Montageflansch umfangsseitig mittels eines O-Rings 12 abgedichtet.
In der rechten Zeichnungshälfte ist der Spalttopf als Einschweißflansch ausgebildet. Dieser wird direkt mit dem Behälter verschweißt. Auf den O-Ring 12 und den Sicherungsring 10 kann mit Vorteil verzichtet werden.
Selbstverständlich kann entweder nur die Einsteckflanschvariante oder die Einschweißflanschvariante gewählt werden.
Das Lager 3 ist als produktgeschmiertes Keramik- oder Hochleistungskunststoffgleitlager ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, beispielsweise ein Keramikkugellager oder Wälzlager einzusetzen.
Das Lager besteht aus einer im Rührerkopf 2 eingeschrumpften Keramiklagerbuchse 13 und einer darin laufenden Lagerhülse 14, ebenfalls aus Keramik.
Durch das Zentrum der Lagerhülse 14 ist ein Zapfen 15 mit einem Kopf 16 geführt. Der Zapfen 15 bildet die Nabe des Lagers 3. Der Zapfen 15 weist an seinem unteren Ende eine Verdrehsicherung auf und ist im Spalttopf 8, von unten her mittels einer Schraube fixiert. Die untere Ringfläche 18 des Zapfenkopfes 16 überragt die obere Stirnseite 19 der Lagerbuchse 13.
Die Lagerhülse 14 wird mit einem Bund ausgebildet, der als Anlauffläche für die obere Stirnseite 19 der Lagerbuchse 13 dient. Die Lagerhülse 14 wiederum ist an der unteren Ringfläche 18 des Zapfenkopfes 16 abgestützt und gegenüber dieser mittels eines O-Rings 20 abgedichtet. Der Stirnfläche gegenüberliegend ist eine Anlaufscheibe 21 zur Aufnahme der entgegengesetzt wirkenden axialen Kräfte des Rührerkopfes 2 vorgesehen. Lagerhülse, Lagerbuchse und Anlaufscheibe sind aus Keramik gefertigt.
Wenn der als Einsteckflansch ausgebildete Spalttopf 8, das Lager 3, der Rührerkopf 2, sowie der Zapfen 15 als Baueinheit ausgebildet sind, kann diese Baueinheit vom Behälterinneren her mittels des Einsteckflansches 8 durch den Montageflansch 9 geführt und mittels des Sicherungsrings 10 fixiert werden. Hierdurch scheidet eine Beschädigung der Lager 3 bei der Montage aus.
Zwischen Rührerkopf 2 sowie dem Spalttopf 8 ist ein Hohlraum 22 vorgesehen, der nach unten hin offen ausgebildet ist. Weiterhin sind in den Hohlraum 22 führende Öffnungen 23 vorgesehen. Wenn der Rührerkopf 2 in Rotation versetzt wird, entsteht innerhalb des Hohlraums 22 ein Druckunterschied gegenüber dem übrigen Behälter, sodass der Hohlraum ständig von flüssigem Medium durchflossen wird. Gleichzeitig sorgt dieses Strömungsprofil für eine Schmierfilmbenetzung zur Schmierung des Gleitlagers 3.
In Figur 2 ist ebenfalls ein erfindungsgemäßer Rührer 1 mit Lager 3, Rührwerk 4 und einer Kupplung zum berührungslosen Antrieb des Rührerkopfes 2 gezeigt. Konzentrisch zu dem Rührwerkzeug 4 ist ein Stator 24 vorgesehen, der in seinem oberen Bereich als Leitrohr ausgebildet ist.
Um eine zusätzliche Dispergierwirkung zu erzielen, ist konzentrisch zur Drehachse des Rührerkopfes 2 an den äußeren Enden des Rührwerkzeugs 4 ein axial ausgerichteter Scherkranz 25 vorgesehen. Der Stator ist im gegenüberliegenden Bereich ebenfalls als Scherkranz 26 ausgebildet. Durch die Wahl des Abstands zwischen beiden Scherkränzen 25, 26 kann der Schergradient variiert werden.
Durch das Vorsehen der Scherkränze mit Profilierung erfüllt das Rührwerk die Aufgabe eines Dispergators. Die Dispergierwirkung wird wesentlich verbessert.
Figur 3 zeigt ebenfalls einen Rührer 1 mit Rührerkopf 2 und Lager 3. Das Lager 3 beinhaltet zwei in axialer Richtung übereinander angeordnete Lagerbuchsen (13, 13'). Es ist eine Leitung 27 vorgesehen, mit der mittels einer nicht dargestellten Pumpe Flüssigkeiten, insbesondere von Schmier- und Spülflüssigkeiten, in den Zwischenraum zwischen den Buchsen (13, 13') und damit auch in den Lagerspalt eingebracht werden können. Die Zuführung ist je nach Größe des Rührers konstruktiv anzupassen. Die Leitungsführung kann von obern her, durch den Behälter, oder von unten her, beispielsweise durch den Flansch, erfolgen.
Hierdurch ist eine neuartige Möglichkeit zur Spülung und Reinigung des Lagerspaltes gegeben.
In Figur 4 ist ein großer Rührer 1 dargestellt, wobei der Zapfen 15 einen größeren Durchmesser aufweist als die Zapfen der Rührer in den Figuren 1 bis 3. Der Zapfen 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch den Spalttopf 8 gebildet. Im Zapfen 15 ist eine zentrische, senkrechte Durchgangsbohrung 28 vorgesehen. Oberhalb des Zapfens ist eine auf diesem aufliegende Befestigungsscheibe 29 mit Innengewinde 30 vorgesehen. Die Befestigungsscheibe 29 überragt die obere Stirnfläche der Lagerbuchse 13, wodurch sie eine Axialkraftkomponente des Rührerkopfes aufnehmen kann. Durch die Durchgangsbohrung 28 ist von der Spalttopfunterseite her eine Schraube 31 geführt, die in das Innengewinde 30 der Befestigungsscheibe 29 verschraubt ist und damit den Rührerkopf 2 am Spalttopf 8 fixiert und so gegen axiales Abheben sichert. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt also die Sicherung gegen axiales Abheben von der Spalttopfunterseite her.
Um ein Verdrehen der Befestigungsscheibe 29 zu verhindern, ist zwischen Zapfen 15 und Befestigungsscheibe 29 ein Sicherungsstift 32 vorgesehen. Der Sicherungsstift 32 kommt mit Vorteil nicht mit Produkt in Berührung.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Rührer
2
Rührerkopf
3
Lager
4
Rührwerk
5
Kupplung
6
antriebsseitiges Kupplungsteil
7
sekundäres Kupplungsteil
8
Spalttopf
9
Montageflansch
10
Sicherungsring
11
Behälter
12
O-Ring
13
Lagerbuchse
13'
Lagerbuchse
14
Lagerhülse
15
Zapfen
16
Kopf
17
Verdrehsicherung
18
untere Ringfläche
19
obere Stirnseite der Lagerbuchse
20
O-Ring
21
Anlaufscheibe
22
Hohlraum
23
Öffnungen
24
Stator
25
Scherkranz
26
Scherkranz
27
Leitung
28
Durchgangsbohrung
29
Befestigungsscheibe
30
Innengewinde
31
Schraube mit Sicherung
32
Sicherungsstift

Claims (20)

  1. Rührer (1) zum Stoffvereinigen von fluiden Phasen, bestehend aus einem, mittels eines Lagers (3) drehbar gelagertem Rührerkopf (2) mit Rührwerkzeug (4), sowie mit einer Kupplung (5) zum berührungslosen, induktiven oder magnetischen Antrieb des Rührerkopfes (2) und einem, beispielsweise in einem Behälter, fixierten Spalttopf (8) zur Aufnahme des antriebsseitigen Kupplungsteils (6), wobei Mittel (15) zur Sicherung des Rührerkopfes (2) vor axialem Abheben vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührerkopf (2) von der Spalttopfunterseite her vor axialem Abheben gesichert ist.
  2. Rührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (15) zur Sicherung des Rührerkopfes (2) eine Schraube vorgesehen ist.
  3. Rührerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührerkopf (2), das Lager (3), der Spaltkopf (8) sowie die Mittel (15) zur Sicherung des Rührerkopfes (2) als Baueinheit ausgebildet sind.
  4. Rührerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (3) oberhalb des Spalttopfes (8) angeordnet ist und insbesondere als Kombination aus Axial- und Radiallager ausgebildet ist.
  5. Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Sicherung des Rührerkopfes (2) ein Zapfen (15) mit einem Kopf (16) vorgesehen ist, wobei der Zapfen (15) das Lager (3), vorzugsweise zentrisch, durchdringt und mittelbar oder unmittelbar am Spalttopf (8) fixiert ist, wobei der Zapfenkopf (16) die eine Axialkraftkomponente des Rührerkopfes (2) aufnehmend angeordnet ist.
  6. Rührerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (3) als produktgeschmiertes Gleitlager mit einer im Rührerkopf (2) angebrachten, vorzugsweise eingeschrumpften, Lagerbuchse (13) und einer darin laufenden Lagerhülse (14) besteht, wobei der Zapfen (15) die Lagerhülse (14), vorzugsweise zentrisch, durchdringt und die untere Ringfläche des Zapfenkopfes (16) die obere Stimfläche (19) der Lagerbuchse (13) zumindest zum Teil überdeckt.
  7. Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (14) unterhalb des Zapfenkopfes (16) mit einem Bund ausgebildet ist und so eine Anlauffläche für die obere Stirnseite (19) der Lagerbuchse (13) bildet.
  8. Rührerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Lagerbuchse (13) eine Anlauffläche für die untere Stirnseite der Lagerbuchse (13) vorgesehen ist.
  9. Rührerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (3) und/oder die Anlaufflächen aus Keramik oder Hochleistungskunststoff gefertigt sind.
  10. Rührerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen eine Verdrehsicherung aufweist.
  11. Rührerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (13) zumindest eine Verbindungsöffnung aufweist und dass Mittel zur Speisung von Flüssigkeit, insbesondere von Schmier- und Spülflüssigkeit, durch diese Verbindungsöffnung in den Lagerspalt vorgesehen sind.
  12. Rührerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei in axialer Richtung übereinander angeordnete Lagerbuchsen (13) vorgesehen sind, und dass Mittel zur Speisung von Flüssigkeiten, insbesondere von Schmier- und Spülflüssigkeit, in den Zwischenraum zwischen den Buchsen vorgesehen sind.
  13. Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalttopf (8) als Einschweißflansch ausgebildet ist.
  14. Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalttopf (8) als Einsteckflansch ausgebildet ist.
  15. Rührer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsteckflansch gegen axiale Verschiebung mittels einer Sicherung gesichert ist.
  16. Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Rührerkopf (2) mit Rührwerkzeug (4) ein konzentrischer, vorzugsweise als Leitrohr ausgebildeter, Stator (24) vorgesehen ist.
  17. Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Rührwerkzeug (4) ein konzentrischer Scherkranz (25) vorgesehen ist, der mit dem Rührwerkzeug (4) rotierend angeordnet ist und dass konzentrisch zu diesem Scherkranz (25) ein Scherkranz (26) am Stator (24) vorgesehen ist.
  18. Rührer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (15) durch den Spalttopf (8) gebildet ist, oder mit diesem einstückig verbunden ist, wobei der Zapfen (15) eine senkrechte Durchgangsbohrung (28) aufweist und oberhalb des Zapfens (15) eine Befestigungsscheibe (29) mit Innengewinde (30) vorgesehen ist, wobei die Befestigungsscheibe (29) so angeordnet ist, dass sie eine Axialkraftkomponente des Rührers aufnimmt, wobei durch die Durchgangsbohrung (30) von der Spalttopfunterseite her eine Schraube (28) geführt ist, die in das Innengewinde (30) der Befestigungsscheibe (29) verschraubt ist und damit das axiale Abheben des Rührerkopfes (2) verhindert.
  19. Rührer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zapfen (15) und Befestigungsscheibe (29) ein Sicherungsstift (32) vorgesehen ist.
  20. Verfahren zum sicheren Einbau eines Rührers in einen Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baueinheit, bestehend aus Rührerkopf (2), Lager (3), als Einsteckflansch ausgebildeter Spalttopf (8) sowie Mitteln zur Sicherung des Rührerkopfes gegen axiales Abheben montiert wird, woraufhin diese Baueinheit vom Tankinneren her in einen, in einer Behälterwand eingebrachten Montageflansch eingesetzt und dann fixiert wird.
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