[0001] Die Erfindung betrifft ein Rührorgan eines Rührwerks zum Mischen und/oder Homogenisieren
strömungsfähiger Medien mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner
betrifft die Erfindung ein Rührwerk zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger
Medien mit wenigstens zwei derartigen Rührorganen.
[0002] Rührwerke finden in den verschiedensten Anwendungsbereichen Einsatz. Als mögliche
Anwendungsbereiche seien hier beispielhaft die Herstellung von Farben und Lacken oder
die Herstellung von Getränken und Nahrungsmitteln benannt. Auch bei der Herstellung
von Pharmaprodukten und Kosmetika bedarf es regelmäßig des Einsatzes von Rührwerken,
so auch bei der Papier- und Keramikherstellung. Entsprechend dem jeweiligen Anwendungsbereich
werden zum Mischen und/oder Homogenisieren der jeweiligen Stoffe verschiedene Rührwerksanordnungen
eingesetzt. Bekannt sind beispielsweise Fass- und Container-Rührwerke, die in oder
an dem jeweiligen Behälter angeordnet werden, oder selbsttragende Stativ-Rührwerke.
Auch klein- bis großvolumige Behälter zur Lagerung oder für den Transport von Stoffmischungen
können mit einem Rührwerk ausgestattet sein, um einen Entmischung während der Lagerung
oder des Transports zu verhindern. Das Rührwerk wird auf das jeweilige Rührgut sowie
die Form und die Größe des jeweiligen Behälters abgestimmt.
[0003] Rührwerke umfassen in der Regel eine elektromotorisch antreibbare Welle, mittels
derer ein oder mehrere drehfest mit der Welle verbundene Rührorgane auf einer Kreisbahn
bewegt werden. Eingesetzt in einen Behälter mit einem strömungsfähigen Medium werden
die Rührorgane aufgrund ihrer Bewegung von dem Medium umströmt. In Abhängigkeit von
der Form der Rührorgane, deren Anordnung im Behälter und der Geschwindigkeit, mit
der die Rührorgane bewegt werden, stellen sich in dem Rührgut bestimmte Strömungsverhältnisse
ein, die eine Durchmischung des Rührgutes bewirken.
[0004] Es sind Rührwerke bekannt, die mit hohen Drehzahlen betriebewuverden, um den gewünschten
Durchmischungseffekt durch Verwirbelung des Rührgutes zu erzielen. Dabei kann es zum
Lufteinzug und/oder zur Schaumbildung kommen, die bei bestimmten Anwendungen jedoch
unerwünscht sind. Dies ist beispielsweise bei der Herstellung von Farben oder bei
der Herstellung von Keramiken der Fall. Hohe Drehzahlen, insbesondere in Kombination
mit scharfkantigen Rührorganen, können zudem Scherkräfte bewirken, die Schlag- und
scherempfindliche Stoffmischungen schädigen können. Zu den empfindlichen Stoffmischungen
zählen oftmals bestimmte Nahrungsmittel oder biochemische Produkte. Durch Zugabe bestimmter
Farbpigmente können auch Farbmischungen eine derartige Empfindlichkeit aufweisen.
Die mit den hohen Drehzahlen in der Regel einhergehenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten
können ferner zu einer Erwärmung des Rührgutes führen. Beim Mischen und/oder Homogenisieren
temperaturempfindlicher Stoffmischungen gilt es allerdings derartige Erwärmungen zu
vermeiden. Zumindest in den vorstehend genannten Fällen bedarf es des Einsatzes eines
substanzschonenden Rührverfahrens sowie einer entsprechenden Rührvorrichtung, die
auch bei niedrigen Drehzahlen eine effektive Durchmischung des Rührgutes ermöglicht.
[0005] Aus der
DE 39 01 894 A1 ist ein Rührwerk bekannt, das bei relativ geringer Bewegungsgeschwindigkeit der Rührorgane
eine vollständige Durchmischung eines strömungsfähigen Mediums ermöglicht. Es ist
daher auch zur Behandlung empfindlicher Stoffinischungen geeignet. Die geringe Bewegungsgeschwindigkeit
der Rührorgane bewirkt, dass sich im Rührgut Gegenströmungen ausbilden, die den Mischeffekt
fördern. Die Rührzeiten können dabei sogar verkürzt werden. Niedrige Antriebsleistungen
und kurze Rührzeiten führen zudem zu einer Verringerung des erforderlichen Energieaufwandes.
Das beschriebene Rührwerk umfasst eine Welle mit senkrecht zur Wellenlängsachse verlaufenden
Armen, die jeweils ein Rührorgan mit einem konisch verlaufenden Rohrabschnitt tragen.
Der Querschnitt des konischen Rohrabschnittes verengt sich dabei entgegen der Drehrichtung,
d.h. in Durchströmungsrichtung. Die Eintrittsöffnung für das durchströmende Rührgut
ist somit größer als die Austrittsöffnung. Die Längsachse des konischen Rohrabschnittes
ist zudem in Drehrichtung schräg nach unten gestellt. Die konkrete Ausbildung und
Anordnung der Rührorgane sowie deren geringe Bewegungsgeschwindigkeit sollen Strömungsverhältnisse
bewirken, die eine weiträumige Erfassung des Rührgutes und damit eine effektive und
effiziente Durchmischung ermöglichen.
[0006] Rohrkörper mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für eine strömungsfähiges
Medium, sind auch aus anderen Bereichen der Technik bekannt. So zeigt beispielsweise
die
US 1,012,308 A einen Propeller mit einem konisch verlaufenden Rohrkörper, wobei die Eintrittsöffnung
größer als die Austrittsöffnung ist.
[0007] Eine zumindest teilweise Verengung in Durchströmungsrichtung weist auch das Rührorgan
der
US 5,156,778 A auf. Die Verengung wird innerhalb eines Rohrabschnitts durch wenigstens eine bogenförmig
verlaufende Seitenwand gebildet.
[0008] Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein gattungsgemäßes Rührwerk, insbesondere die Rührorgane eines solchen
Rührwerkes, derart weiterzuentwickeln, dass eine vollständige Durchmischung des Rührgutes
noch effizienter erreicht werden kann.
[0009] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Rührorgan mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte
konkrete Ausgestaltungen des Rührorgans werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein Rührwerk mit wenigstens zwei derartigen
Rührorganen gelöst.
[0010] Erfindungsgemäß besitzt das Rührorgan mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 einen vier Seitenwände umfassenden Rohrkörper, von denen zumindest eine im Längsschnitt
einen bogenförmigen oder polygonzugartigen Verlauf aufweist. Die bogenformig oder
polygonzugartig verlaufende Seitenwand liegt bevorzugt außen in Bezug auf die Kreisbahn,
entlang der das Rührorgan bewegt wird. Anders ausgedrückt liegt diese Seitenwand der
Innenwand des das Rührgut aufnehmenden Behälters am nächsten. Vorzugsweise ist der
begenförmige oder polygonzugartige Verlauf der Seitenwand dem Verlauf der Behälterinnenwand
derart angepasst, dass das im Zwischenraum befindliche Rührgut vollständig erfasst
und in den Rührprozess einbezogen wird. Bei einem entlang einer Kreisbahn bewegten
Rührorgan wirkt sich ein bogenförmiger oder polygonzugartiger Verlauf einer Seitenwand
auch positiv auf die an dem Rührorgan vorherrschenden Strömungsverhälinisse aus, sofern
die bogenförmig oder polygonzugartig verlaufende Seitenwand einer im Wesentlichen
zur Kreisbahn konzentrischen Kreislinie folgt. Denn durch diese Maßnahme erhält der
Rohrkörper eine Stromlinienform und kann aufgrund des reduzierten Strömungswiderstandes
leichter durch das Rührgut bewegt werden. Dies ermöglicht Antriebsenergie einzusparen
und somit einen effizienten Rührvorgang zu betreiben.
[0011] Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rohrkörper des Rührorgans eine rechteckige
Querschnittsform auf. Ausgehend von einer rechteckigen Querschnittsform im Bereich
der Eintrittsöffnung kann sich die Querschnittsform in der Längenentwicklung des Rohrkörpers
ändern. Vorzugsweise stehen jedoch alle vier Seitenwände senkrecht aufeinander.
[0012] Weiterhin bevorzugt ist die der bogenförmig oder polygonzugartig verlaufenden Seitenwand
gegenüberliegende Seitenwand eben und besitzt die Form eines Trapezes. Die beiden
parallelen Seitenkanten des Trapezes bilden dabei jeweils eine Seitenkante der Eintrittsöffnung
sowie der Austrittsöffnung. An den beiden anderen Seitenkanten des Trapezes schließen
zwei weitere Seitenwände an.
[0013] Vorzugsweise besitzt die der bogenförmig oder polygonzugartig verlaufenden Seitenwand
gegenüberliegende Seitenwand die Form eines gleichschenkeligen Trapezes. Die beiden
Innenwinkel an der langen parallelen Seitenkante betragen 70° - 80°, vorzugsweise
76°. Der Rohrkörper weist somit einen sich verengenden Querschnitt auf. Dabei ist
die Eintrittsöffnung für das durchströmende Medium größer als die Austrittsöffnung.
[0014] Die vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Seitenwände des Rohrkörpers
sind entlang ihrer Längskanten miteinander verschweißt. Die Schweißverbindung verleiht
dem Rohrkörper eine hinreichende Stabilität. Es können auch andere miteinander verschweißbare
Werkstoffe als Material für den Rohrkörper vorgesehen sein.
[0015] Das erfindungsgemäße Rührwerk zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger
Medien umfasst eine antreibbare Welle und wenigstens zwei erfindungsgemäße Rührorgane,
wobei jedes Rührorgan über einen Tragarm in Drehrichtung fest mit der Welle verbunden
ist. Die Welle ist vorzugsweise elektromotorisch antreibbar, so dass jedes außen an
einem Tragarm befestigte Rührorgan entlang einer Kreisbahn konzentrisch zur Wellenlängsachse
bewegbar ist. Bevorzugt weist das Rührwerk ein oder zwei sich jeweils gegenüberliegende
Rührorganpaare auf, die jeweils an einem gemeinsamen Tragarm angeordnet sind. Bei
einem Rührorganpaar besitzt der Tragarm bevorzugt eine in Wellenlängsachsenrichtung
geringe Bauhöhe, um den Strömungswiderstand an den entsprechenden Seitenflächen zu
verringern.
[0016] Bei jeweils zwei Rührorganpaaren können die Tragarme kreuzweise angeordnet sein.
Zur Befestigung der Rührorgane an der Welle ist bevorzugt im Schnittpunkt der sich
kreuzenden Tragarme bzw. im Mittelpunkt eines Tragarmes eine Hülse angeordnet, mittels
derer die Rührorgane bevorzugt über eine Schraubverbindung mit der Welle verbunden
werden können. Darüber hinaus kann die Befestigung der Rührorgane an der Welle auch
über eine Steckverbindung erfolgen, soweit eine zumindest in Drehrichtung der Welle
drehfeste Verbindung gewährleistet ist.
[0017] Eine Schraub- oder Steckverbindung zur Befestigung der Rührorgane an der Welle eines
Rührwerks sollte lösbar sein, um den Austausch der Rührorgane zu ermöglichen. Je nach
Art des Rührgutes oder Größe des Behälters kann dann das Rührwerk bzw. können die
Rührorgane im Hinblick auf ihre konkrete Form, ihre Größe oder Anzahl auf den jeweiligen
Anwendungsfall abgestimmt werden.
[0018] Je nach Anwendungsfall kann es erforderlich sein, dass die Rührorgane in einen Behälter
eingeführt werden müssen. Besitzt der Behälter nur eine kleine Öffnung kann es von
Vorteil sein, wenn jedes Rührorgan über einen klapp- und/oder schwenkbaren Tragarm
mit der Welle verbunden ist. Die Tragarme werden zum Einsetzen der Rührorgane in den
Behälter in eine Ausrichtung parallel zur Wellenlängsachse verschwenkt und dabei die
Rührorgane zusammengeführt. Auf diese Weise kann die Ausladung des Rührwerkes reduziert
werden, so dass das Einführen der Rührorgane auch durch kleine Öffnungen möglich ist.
Die Rückstellung der Rührorgane erfolgt aufgrund der Zentrifugalkräfte mit Inbetriebnahme
des Rührwerks selbständig. Darüber hinaus können Rückstellmechanismen vorgesehen sein,
beispielsweise Federn, die unterstützend eine Rückstellung der Rührorgane bewirken.
[0019] Bevorzugt besteht jeder Tragarm aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise
einem Flachstahl, der über eine Schweißverbindung an den Rührorganen befestigt ist,
um die notwendige Stabilität zu gewährleisten.
[0020] Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rührorgane eines in Betrieb befindlichen
Rührwerkes rotationssymmetrisch in gleichem Abstand zueinander angeordnet. Sämtliche
Rührorgane bewegen sich dabei auf derselben Kreisbahn.
[0021] Von den vier Seitenwänden, aus denen jedes Rührorgan besteht, ist wenigstens eine
Seitenwand im Betrieb des Rührwerks im Wesentlichen parallel zur Wellenlängsachse
ausgerichtet. Stehen alle vier Seitenwände senkrecht aufeinander, weist die Eintritts-
bzw. Austrittsöffnung des Rührorgans einen liegenden oder stehenden Rechteckquerschnitt
auf. Im Betrieb des Rührwerks ist die Längsachse eines Tragarmes weiterhin bevorzugt
im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Welle ausgerichtet. Weiterhin bevorzugt
weist die mit dem Tragarm verbundene und vorzugsweise parallel zur Wellenlängsachse
ausgerichtete Seitenwand gegenüber der Längsachse des Tragarms einen Anstellwinkel
von 40° bis 50°, vorzugsweise 45° auf. Der Anstellwinkel dieser Seitenwand bewirkt,
dass die Eintrittsöffnung einen größeren Querschnitt als die Austrittsöffnung des
Rührorgans besitzt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die im Längsschnitt bogenförmig
oder polygonzugartig verlaufende Seitenwand entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
im Betrieb des Rührwerkes einer im Wesentlichen zur Wellenlängsachse konzentrischen
Kreislinie folgt.
[0022] Die vorstehend beschriebene Ausbildung eines erfindungsgemäßen Rührorgans bzw. ein
mit derartigen Rührorganen ausgestattetes Rührwerk ermöglichen beim Mischen und/oder
Homogenisieren eines strömungsfähigen Mediums Energie und Zeit einzusparen und erlauben
somit die Durchführung eines besonders effizienten Rührvorgangs. Zudem können unterschiedlich
ausgebildete Rührorgane oder Rührorgananordnungen vorgehalten und bei Bedarf ausgetauscht
werden, so dass für jeden Anwendungsbereich das passende Rührwerk bereit steht. Die
auf das Rührgut und den Behälter abgestimmte konkrete Ausgestaltung und Anordnung
der Rührorgane wirkt zudem der Entstehung toter Zonen entgegen, da das Rührgut vollständig
erfasst und hervorragend durchmischt wird.
[0023] Ein konkretes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig.1
- eine Ansicht einer Rührorgananordnung quer zur Wellenlängsachse eines Rührwerks,
- Fig.2
- einen Längsschnitt durch ein Rührorgan der Fig. 1 entlang der Schnittlinie B-B,
- Fig.3
- eine Ansicht der Rührorgananordnung nach Fig.1 parallel zur Wellenlängsachse,
- Fig.4
- Schnittansicht eines Rührorgans nach Fig.3 entlang der Schnittlinie A-A,
- Fig.5
- perspektivische Darstellung der Rührorgananordnung nach Fig.1,
- Fig.6
- eine weitere perspektivische Darstellung der Rührorgananordnung nach Fig.1.
[0024] Fig.1 ist eine Rührorgananordnung mit zwei sich an einem gemeinsamen Tragarm 4 gegenüberliegenden
Rohrkörpem 1 zu entnehmen. Der Tragarm 4 besteht aus einem Flachstahl der mittig eine
Hülse 7 zur Befestigung der Rührorgane an einer Welle eines Rührwerkes trägt. Die
Befestigung der als Rührorgane ausgebildeten Rohrkörper 1 an dem Tragarm 4 erfolgt
über eine Schweißverbindung 4.1 (siehe Fig.3). Jedes Rührorgan umfasst vier Seitenwände
1.1, 1.2, 1.3, 1.4, deren Längskanten ebenfalls miteinander verschweißt sind. Die
freien Seitenkanten, das heißt die Stirnseiten, bilden eine Eintrittsöffiiung 2 und
eine Austrittsöffnung 3 für ein durchströmendes Medium aus. Die jeweiligen Öffnungsquerschnitte
liegen dabei annähernd in einer Ebene, die radial durch das Wellenzentrum verläuft.
[0025] Zumindest eine Seitenwand 1.3 eines Rohrkörpers 1 weist im Längsschnitt einen bogenförmigen
Verlauf auf. Sie folgt damit annähernd einer zur Wellenlängsachse 5 konzentrischen
Kreislinie. Die der bogenförmig verlaufenden Seitenwand gegenüberliegende Seitenwand
1.1 ist gegenüber der Längsachse 6 des Tragarmes 4 in einem Winkel γ = 45° angestellt.
Die Ausbildung und Anordnung der Seitenwände 1.3 und 1.1 der Rohrkörper 1 bewirken,
dass die in Drehrichtung D liegende und damit eine Eintrittsöffnung für ein durchströmendes
Medium bildende Öffnung 2 einen größeren Querschnitt besitzt als die Austrittsöffnung
3. Unterstützt wird dies durch die Anordnung der Seitenwände 1.2 und 1.4, die zur
Austrittsöffnung 3 hin aufeinander zulaufen (siehe Fig.2).
[0026] Fig.3 ist zu entnehmen, dass die Seitenwand 1.4 der beiden Rohrkörper 1 nicht eben
ausgebildet ist. Die Austrittsöffnung 3 besitzt anders als die Eintrittsöffnung 2
für das durchströmende Medium keinen rechteckigen Querschnitt (siehe auch Figuren
5 und 6).
[0027] Die Schnittansicht der Fig.4 zeigt die Lage des Tragarmes 4 und der Hülse 7 in Bezug
auf ein Rührorgan 1. Die Hülse 7 ist koaxial zur Wellenlängsachse 5 angeordnet und
kann zur Befestigung der Rührorgane mit der Welle auf diese aufgesteckt werden. In
Drehrichtung D wirkende Riegelelemente bewirken dabei eine drehfeste Verbindung der
Rührorgane mit der Welle. Wie den Fig.4-6 zu entnehmen ist, liegt der Tragarm 4 außermittig
in Bezug auf die Fläche der jeweiligen Seitenwand 1.1 der Rührorgane 1. Die Hülse
7 ist derart auf einer Seitenfläche des Tragarmes 4 angeordnet, dass sie über die
Rührorgane nicht hinausragt. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise der Rührorgananordnung.
[0028] Nicht dargestellt aber dennoch Bestandteil des Rührwerkes ist eine elektromotorisch
antreibbare Welle, die mit der Rührorganordnung verbindbar ist. Die Welle kann Bestandteil
eines Stativ-Rührwerkes oder eines sonstigen Rührwerkes sein, dass in einen ein strömungsfähiges
Medium enthaltenden Behälter eingesetzt werden kann. Zweckmäßigerweise ist die Verbindung
der Rührorgananordnung mit der Welle lösbar, so dass die Rührorgananordnung ausgetauscht
und auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden kann. Ein derart optimiertes
Rührwerk ermöglicht eine vollständige Durchmischung des Rührgutes in kürzester Zeit
und mit verringerter Antriebsleistung, so dass der Vorgang als besonders effizient
bezeichnet werden kann.
1. Rührorgan eines Rührwerks zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien
mit einem eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für ein strömungsfähiges
Medium aufweisenden Rohrkörper (1), wobei die Eintrittsöffnung (2) größer als die
Austrittsöffnung (3) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (1) vier Seitenwände (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) umfasst, von denen zumindest
eine im Längsschnitt einen bogenförmigen oder polygonzugartigen Verlauf aufweist.
2. Rührorgan nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (1) eine rechteckige Querschnittsform aufweist.
3. Rührorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der bogenförmig oder polygonzugartig verlaufenden Seitenwand (1.3) gegenüberliegende
Seitenwand (1.1) eben ist und die Form eines Trapezes besitzt, wobei die beiden parallelen
Seitenkanten des Trapezes jeweils eine Seitenkante der Eintrittsöffnung (2) und der
Austrittsöffnung (3) bilden.
4. Rührorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der bogenförmig oder polygonzugartig verlaufenden Seitenwand (1.3) gegenüberliegende
Seitenwand (1.1) die Form eines gleichschenkligen Trapezes besitzt und die beiden
Innenwinkel (a, β) an der langen parallelen Seitenkante zwischen 70° und 80°; vorzugsweise
76° betragen.
5. Rührorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (1.1,1.2,1.3,1.4) des Rohrkörpers entlang ihrer Längskanten (1.5)
miteinander verschweißt sind.
6. Rührwerk zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien mit einer antreibbaren
Welle und mit wenigstens zwei Rührorganen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
jedes Rührorgan über einen Tragarm (4) in Drehrichtung D fest mit der Welle verbunden
ist.
7. Rührwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rührorgan über einen klapp- und/oder schwenkbaren Tragarm (4) mit der Welle
verbunden ist.
8. Rührwerk nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (4) aus einem Flachstahl besteht, der über eine Schweißverbindung (4.1)
an den Rührorganen befestigt ist.
9. Rührwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb die Rührorgane rotationssymmetrisch und im gleichen Abstand zueinander
angeordnet sind.
10. Rührwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb wenigstens eine Seitenwand (1.1) eines jeden Rührorgans im Wesentlichen
parallel zur Längsachse (5) der Welle ausgerichtet ist.
11. Rührwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb die Längsachse (6) des Tragarmes (4) im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse
(5) der Welle ausgerichtet ist und die mit dem Tragarm (4) verbundene Seitenwand (1.1)
gegenüber der Längsachse (6) des Tragarms (4) einen Anstellwinkel (γ) von 40° bis
50°, vorzugsweise 45°, aufweist.
12. Rührwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb die im Längsschnitt bogenförmig oder polygonzugartig verlaufende Seitenwand
(1.3) einer im Wesentlichen zur Wellenlängsachse (5) konzentrischen Kreislinie folgt.