Rührvorrichtung für die Behandlung von fließfähigen Medien
Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung zum Behandeln fließfähiger Medien. Ein solcher Rührer weist im allgemeinen eine Rührerwelle sowie einen Rührerkopf auf. Der Kopf stellt das eigentliche Arbeitswerkzeug dar. Er kann mit Rührflügeln jeglicher Gestalt bestückt sein. Die Rührflügel können schaufeiförmig sein, zum Beispiel nach der Art von Pumpenschaufeln. Sie können scharfe, gezackte Kanten aufweisen. Sie können die Form von Gabelzinken haben.
Im allgemeinen befindet sich das zu behandelnde Medium in einem Behälter. '
Dieser kann offen oder geschlossen sein. Dabei kann jeweils ein bestimmter Behälterinhalt behandelt werden (Chargenbetrieb), oder dem Behälter kann ständig neues Medium an einer Stelle zugeführt, und behandeltes Medium an einer anderen Stelle abgeführt werden (kontinuierlicher Betrieb).
Rührer der genannten Art werden in vielen Branchen verwendet, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, in der Getränkeindustrie, in der Papierindustrie, in der Großchemie und so weiter.
Bei zahlreichen praktischen Anwendungsgebieten strebt man an, daß das zu behandelnde Medium durch den Rührer möglichst gleichmäßig behandelt wird. Dies bedeutet, daß alle Medium-Volumenanteile einer möglichst gleichmäßigen Behandlungsintensität und -dauer unterworfen werden. Es soll somit vermieden werden, daß gewisse Teilquanten des Mediums besonders intensiv, und andere Teilquanten des Mediums wenig oder gar nicht behandelt werden. Die bekannten
Rührer erfüllen diese Aufgabe nicht oder nur unvollkommen. Dies gilt insbesondere für Hochleistungs-Rührvorrichtungen beziehungsweise Hochleistungsmischer oder Hochleistungs-Dispergiergeräte, deren Wirkprinzip auf dem Erzeugen hoher Scherkräfte mittels hoher Relativgeschwindigkeiten gegenüber dem Medium beruht.
Hierbei treten die höchsten Scherkräfte häufig nur in einem sehr eingeschränkten Volumenbereich um das Rührwerkzeug herum auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rührvorrichtung derart zu gestalten, daß eine möglichst gleichmäßige Behandlung des Mediums erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung umfaßt die Rührvorrichtung somit wenigstens zwei Einzelrührer. Jeder Rührer umfaßt in bekannter Weise eine Rührerwelle, ferner als
Behandlungswerkzeug mindestens ein Rührwerkzeug. Das Rührwerkzeug ist mit der Rührerwelle drehfest verbunden. Es liegt in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Wellenachse verläuft und ist im wesentlichen scheibenförmig. Dabei ist das Rührwerkzeug des einen Rührers in einem gewissen axialen Abstand zum - Rührwerkzeug des anderen Rührers angeordnet. In Draufsicht gesehen überlappen sich die Rührwerkzeuge. Entscheidend ist gemäß der Erfindung, daß die Rührwerkzeuge - in Draufsicht gesehen - im selben Drehsinn umlaufen. Dies hat folgende Konsequenz: Der radial äußere Bereich des einen Rührwerkzeugs überdeckt den radial inneren Bereich des anderen Rührwerkzeugs. Dabei hat aber ein Flächenelement des radial äußeren Bereiches eine hohe
Umfangsgeschwindigkeit, und ein Flächenelement des radial inneren Bereiches eine niedrige Umfangsgeschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung. Dies bedeutet, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen zwei einander benachbarten Scheiben der beiden Rührerwellen bei gleichem Drehsinn aus zwei je nach Position unterschiedlichen oder gleich großen Geschwindigkeiten gebildet wird und - in radialer Richtung gesehen - im wesentlichen konstant ist.
Ein Medium-Volumenanteil, der zwischen die beiden Scheiben gelangt, wird somit an jeder Stelle des Überlappungsbereiches in gleicherweise und mit gleicher Intensität bearbeitet. Dies wirkt sich günstig auf das Arbeitsergebnis zum Beispiel
Mischung oder Dispergierung aus. Es wirkt sich aber auch günstig auf den
Energieverbrauch aus und die Qualität des Mediums, da kein Teilchen des Mediums im Übermaß behandelt wird.
Das Rührwerkzeug hat wenigstens annähernd die Gestalt einer Scheibe oder einer Schale. Wesentlich ist, daß die einander zugewandten Flächen zweier einander benachbarter Rührwerkzeuge wenigstens annähernd parallel zueinander verlaufen.
Die beiden Rührer brauchen jeweils nur ein einziges Rührwerkzeug aufzuweisen. Zweckmäßigerweise verwendet man jedoch pro Rührer mehrere Rührwerkzeuge, die ein Paket von Rührwerkzeugen bilden. Dabei greift jeweils ein Rührwerkzeug des einen Rührers in den Zwischenraum zwischen zwei einander benachbarten Rührwerkzeugen des anderen Rührers ein. Hierdurch wird das Volumen mit konstant hoher Scherung erhöht und somit die Behandlungsdauer verkürzt.
Die Scheiben müssen nicht unbedingt kreisrund sein, in Draufsicht gesehen. Auch Abweichungen sind möglich, beispielsweise eine ovale Gestalt. Auch müssen die Arbeitsflächen der Scheiben - das heißt die einer Nachbarscheibe zugewandten Flächen - nicht unbedingt plan sein. So sind beispielsweise Erhöhungen und Vertiefungen in Form von Zacken, Beulen oder sogar Durchbrüchen möglich.
Diese werden im Allgemeinen gleichmäßig über die Fläche des Rührwerkzeugs verteilt sein. Auch ungleichmäßige Anordnungen sind möglich. Auch ist es möglich, die Arbeitsflächen der Scheiben - zusätzlich oder für sich allein - mit Spiralnuten oder Spiralrippen zu versehen, bei denen das Zentrum der Spirale mit der Drehachse zusammenfällt.
Zusammenfassend sei nochmals darauf verwiesen, dass es gemäß Anspruch 1 zwei zueinander parallele Alternativen der Erfindung gibt:: Wenigstens ein Rührwerkzeug wenigstens einer der beiden Rührerwellen kann wenigstens eine völlig glatte - das heißt durchgehende und nicht unterbrochene
Seitenfläche aufweisen. Gemäß der zweiten Alternative kann aber auch wenigstens eine Seitenfläche wenigstens eines der Rührwerkzeuge wenigstens
einer der Rührerwellen mit Arbeitselementen bestückt sein, die über die Seitenfläche flächig verteilt sind. Die Verteilung kann eine regelmäßige oder eine unregelmäßige sein.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt eine Rührvorrichtung mit zwei Einzelrührern in einer schematischen Aufrißansicht. 0
Figur 2 zeigt den Gegenstand von Figur 1 in Draufsicht.
Figur 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes von
Figur 1 , wiederum in Draufsicht, mit drei Rührern. 5
Figur 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes von
Figur 1 , wiederum in Draufsicht, mit fünf Rührern.
Figur 5 zeigt schematisch zwei Rührvorrichtungen mit zueinander geneigten 0 Rührerwellen und mit schalenförmigen Rührwerkzeugen.
Figur 6 zeigt schematisch zwei Rührvorrichtungen mit zueinander parallelen
Rührerwellen und mit scheibenförmigen Rührwerkzeugen.
>5 Figur 7 zeigt in Draufsicht eine Rührerscheibe mit einer bestimmten
Anordnung von Arbeitselementen.
Figur 8 zeigt in Draufsicht eine Rührerscheibe mit einer anderen Anordnung von Arbeitselementen.
O
Figur 9 zeigt in einer achsparallelen Schnittansicht eine Einzelheit einer
Rührerscheibe.
Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung weist eine Rührvorrichtung auf, umfassend zwei Rührer 1 , 2. Jeder Rührer umfaßt eine Rührerwelle 1.1 , 2.1 sowie Rührerscheiben 1.2, 2.2. Die Scheiben des einen Rührers sind dabei derart angeordnet, daß jede Scheibe in eine Lücke zwischen zwei einander benachbarten Scheiben des anderen Rührers eingreift, siehe Figur 6. Die beiden Rührerwellen 1.1 , 2.1 sind in der Regel parallel zueinander angeordnet, desgleichen sämtliche Rührerscheiben 1.2, 2.2. Die Rührerwellen können jedoch auch von der parallelen Anordnung abweichen, wenn die Scheiben nicht eben sind. Wesentlich ist ein konstanter gegenseitiger Abstand der Scheiben, zumindest im Überlappungsbereich - siehe Figur 5.
Die beiden Rührer 1 , 2 befinden sich in einem Behälter 10. Der Behälter weist einen Einlaß 10.1 sowie einen Auslaß 10.2 für zu behandelndes Medium auf.
Die beiden Rührerwellen 1.1 , 2.1 sind jeweils mit einem Antrieb versehen. Siehe die Pfeile. Dabei ist die Drehrichtung in beiden Fällen dieselbe. Dies erkennt man besonders gut aus Figur 2. Im vorliegenden Falle sind beide Rührerwellen im Uhrzeigersinn angetrieben.
Die eigentliche Rührerarbeit wird im Überdeckungsbereich erbracht - siehe den schraffierten Teil in Figur 2. In diesem Überdeckungsbereich ist die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Rührerscheiben 1.1 , 2.1 an jeder Stelle praktisch gleich groß. Ein mit hoher Geschwindigkeit umlaufendes Flächenelement des Außenumfanges der einen Scheibe liegt nämlich einem mit geringer Geschwindigkeit umlaufenden Flächenelement des Innenumfanges der anderen Scheibe gegenüber. Aus diesen extremen Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Flächenelemente ergibt sich eine bestimmte Relativgeschwindigkeit. Diese ist gleich groß wie die Relativgeschwindigkeit im mittleren Bereich, in welchem keine Unterschiede der Umfangsgeschwindigkeiten einander gegenüberliegender Flächenelemente besteht.
Die gleichen Verhältnisse herrschen bei der Vorrichtung gemäß Figur 3. Hier sind drei Rührer 1 , 2, 3 vorgesehen. Jeder Rührer umfaßt wiederum eine Rührerwelle
1.1 , 2.1 , 3.1 sowie Rührerscheiben 1.2, 2.2, 3.2. Auch hier laufen alle drei Rührer 1, 2, 3 im Uhrzeigersinn um. Selbstverständlich könnten die drei Scheiben auch alle drei im Gegenzeigersinn umlaufen.
Die in Figur 4 dargestellten Rührer weisen vier scheibenförmige Rührwerkzeuge
1.2, 2.2, 3.2, 4.2 auf. Sie sind kleeblattartig zueinander angeordnet. Eine zentrale große Rührerscheibe 5.2 bildet mit den vier erstgenannten Rührerscheiben überlappende Bereiche.
Sämtliche Rührerscheiben laufen wiederum im selben Drehsinn um.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 sind die beiden Rührerwellen 1.1 , 2.1 unter einem spitzen Winkel zueinander geneigt. Die Rührwerkzeuge 1.2, 2.2 sind schalenförmig ausgebildet.
Die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform weist zwei Rührerwellen 1.1 , 2.1 auf. Sie sind zueinander parallel angeordnet.
Rührerwelle 1.1 trägt vier scheibenförmige Rührwerkzeuge 1.2, 3.2, 5.2, 7.2, und Rührerwelle 2.1 trägt drei scheibenförmige Rührwerkzeuge 2.2, 4.2, 6.2.
Die in Figur 7 in Draufsicht gezeigte Rührerscheibe 1.2 ist auf ihrer einen Seitenfläche mit Arbeitselementen bestückt. Die Arbeitselemente sind nur schematisch durch Kreuze dargestellt. Wie man sieht, sind sie in vorliegendem Falle konzentrisch zur Rührerwelle 1.1 angeordnet. Die Rührerwelle ist wiederum nur schematisch angedeutet.
Bei der in Figur 8 gezeigten Rührerscheibe 2.2 sind die Arbeitselemente entlang einer Spirale angeordnet.
Eine nicht-runde Aussparung ist bei der Rührerscheibe 5.2 gemäß Figur 9 dadurch erzeugt, dass aus der Rührerscheibe 5.2 ein Lappen 5.2.1 herausgebogen wurde, so dass eine Durchbrechung 5.2.2 zurückbleibt.