Rührorgan und Rührwerk zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Rührorgan eines Rührwerkes zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien mit wenigstens einem konusförmig ausgebildeten Teilbereich (1), der eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eines hindurchströmenden Mediums bewirkt.
Erfindungsgemäß ist der konusförmige Teilbereich (1) zumindest teilweise von einem Rohrkörper (2) umgeben, dessen Innenwandfläche zur Außenwandfläche des konusförmigen Teilbereiches (1) beabstandet ist, so dass zwischen dem Rohrkörper (2) und dem konusförmigen Teilbereich (1) ein Ringspalt (3) ausgebildet wird, der eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit eines hindurchströmenden Mediums bewirkt.

Beschreibung

[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 genannt. 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 eine Entmischung während der Lagerung oder des Transportes 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 betrieben werden, 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 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 ermöglichen.

[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 Stoffmischungen 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 an ihrem freien Ende jeweils ein Rührorgan tragen. Jedes Rührorgan besteht aus einem Rohrkörper mit einem konusförmig ausgebildeten Teilbereich. Der Querschnitt des konusförmig ausgebildeten Teilbereiches verengt sich dabei entgegen der Drehrichtung, d.h. in Durchströmungsrichtung. Der konusförmige Teilbereich bewirkt somit eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eines durch diesen Teilbereich hindurchströmenden Mediums. Die Längsachse des Rührorgans 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] Aus der DE 201 16 967 U1 ist des Weiteren ein Rührkörper mit einem Kegelkörper und einer den Kegelkörper umgebenden zylindrischen Außenwand bekannt. Zwischen Kegelkörper und zylinderförmiger Außenwand wird ein Ringspalt ausgebildet, der nur durch Streben zur Verbindung des Kegelkörpers mit der Außenwand unterbrochen wird.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] Das Rührorgan nach der Merkmalskombination des Anspruchs 1 weist wenigstens einen konusförmig ausgebildeten Teilbereich auf, der erfindungsgemäß zumindest teilweise von einem Rohrkörper umgeben ist, dessen Innenwandfläche zur Außenwandfläche des konusförmigen Teilbereiches beabstandet ist. Auf diese Weise wird zwischen dem Rohrkörper und dem konusförmigen Teilbereich ein Ringspalt ausgebildet, der eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit eines durch den Ringspalt strömenden Mediums bewirkt. Vorzugsweise ist hierzu der den konusförmigen Teilbereich umgebende Rohrkörper im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Eine solche Rührorganausbildung verstärkt die Bildung einer Gegenströmung innerhalb des Rührgutes, so dass auch bei geringen Umfangsgeschwindigkeiten der Rührorgane und bei kurzer Rührzeit eine hervorragende Durchmischung des Rührgutes erzielt wird. Denn während der konusförmige Teilbereich des Rührorgans eine Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit des hindurchströmenden Mediums bewirkt (Düsen-Effekt), tritt der gegenteilige Effekt (Diffusor-Effekt) in dem Ringspalt zwischen Rohrkörper und konusförmigem Teilbereich auf.

[0010] Bevorzugt sind der Rohrkörper und der konusförmige Teilbereich koaxial angeordnet, das heißt, dass der Ringspalt zwischen Rohrkörper und Konus umlaufend die gleiche Breite aufweist.

[0011] Weiterhin bevorzugt schließt sich an den konusförmigen Teilbereich ein zylinderförmiger Abschnitt an. Ein solcher Abschnitt kann einseitig im Bereich der Eintrittsöffnung bzw. im Bereich der Austrittsöffnung für das hindurchströmende Medium oder beidseitig an den Konus angesetzt sein.

[0012] Vorzugsweise liegt eine Stirnseite des konusförmigen Teilbereiches oder des hieran anschließenden zylinderförmigen Abschnittes in einer Ebene mit einer Stirnseite des Rohrkörpers. Bevorzugt ist dies jeweils die in Drehrichtung liegende Stirnseite, das heißt die Stirnseite im Bereich der Eintrittsöffnung für das hindurchströmende Medium.

[0013] Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind der Rohrkörper und der konusförmige Teilbereich über einen gemeinsamen Tragarm verbunden, der zur Befestigung des Rührorgans an einem Rührwerk dient. Die Befestigung des Rohrkörpers und des konusförmigen Teilbereiches an dem Tragarm erfolgt dabei vorzugsweise über eine Schweißverbindung. Eine derartige Verbindung gewährleistet eine hinreichende Stabilität ohne den Ringspalt zwischen Rohrkörper und Konus und damit den freien Strömungsquerschnitt durch weitere Befestigungsmittel einzuschränken. Als Werkstoff für die Rührorgane einschließlich der Tragarme eignen sich daher insbesondere miteinander verschweißbare Materialien, wie beispielsweise metallische Werkstoffe oder Kunststoffe.

[0014] Das erfindungsgemäße Rührwerk zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien umfasst eine antreibbare Welle und wenigstens zwei Rührorgane der vorstehend beschriebenen Art. Dabei ist jedes Rührorgan über einen Tragarm in Drehrichtung fest mit der Welle verbunden.

[0015] Vorteilhafterweise ist das jeweilige Rührorgan über einen klapp- oder schwenkbaren Tragarm mit der Welle verbunden. Während die Tragarme im Betrieb des Rührwerkes ausgeklappt und im Wesentlichen senkrecht zur Wellenlängsachse ausgerichtet sind, können die Tragarme einschließlich der Rührorgane zum Einsetzen in einen Behälter über eine Gelenkverbindung im Bereich der Welle kompakt zusammengelegt werden, so dass das Rührwerk auch in einen Behälter mit einer kleinen Öffnung eingesetzt werden kann. Wird nach dem Einsetzen das Rührwerk in Betrieb genommen erfolgt aufgrund der Zentrifugalkräfte die Rückstellung der Tragarme und damit der Rührorgane. Unterstützend können auch Rückstellelemente, wie beispielsweise Federn, vorgesehen sein. Das Gelenk ist ferner bevorzugt mit einer Hülse verbunden, die zur Verbindung der Rührorgane mit der Welle auf diese aufgesteckt oder aufgeschraubt werden kann. Dabei ist auf eine in Drehrichtung der Welle drehfeste Verbindung zu achten.

[0016] Der Tragarm eines Rührorgans weist bevorzugt im Querschnitt ein Rund- oder Mehrkantprofil, beispielsweise ein Drei- oder Vierkantprofil auf. Eine solche Ausbildung verleiht dem Tragarm die notwendige Stabilität und kann zudem unterstützend dazu beitragen, dass die Ausbildung toter Zonen im Bodenbereich des Behälters unterbleibt.

[0017] Vorzugsweise ist die Längsachse eines Rührorgans im Betrieb des Rührwerks um einen Winkel von 10° bis 20°, weiterhin vorzugsweise um einen Winkel von 15°, gegenüber einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Welle angestellt. Dabei ist das Rührorgan bevorzugt in Drehrichtung nach unten geneigt. Das heißt, die Strömungsrichtung des durch das Rührorgan hindurchströmenden Mediums verläuft leicht ansteigend.

[0018] Weiterhin bevorzugt ist die Längsachse eines Rührorgans um einen Winkel von 10° bis 20°, vorzugsweise um einen Winkel von 15°, gegenüber einer Ebene senkrecht zur Längsachse ihres Tragarmes angestellt. Dabei ist das Rührorgan bevorzugt entgegen der Drehrichtung leicht radial nach außen gedreht. Das heißt, die Strömungsrichtung des durch das Rührorgan hindurchströmenden Mediums verläuft nur annähernd tangential zur Kreisbahn, auf der das Rührorgan bewegt wird.

[0019] Als vorteilhaft hat sich weiterhin erwiesen, den Rohrkörper mit einem Anschnitt zu versehen. Im Betrieb des Rührwerkes, das heißt, wenn die gegebenenfalls klappbaren Tragarme ausgeklappt sind, sollte die Schnittkante des Anschnittes auf einer im Wesentlichen zur Wellenlängsachse konzentrischen Kreislinie liegen. Auf diese Weise erhält der Rohrkörper eine Stromlinienform, die dem umströmenden Medium kaum Widerstand entgegensetzt. Ein geringerer Strömungswiderstand wiederum ermöglicht Antriebsenergie einzusparen, da das Rührorgan leichter durch das strömungsfähige Medium bewegt werden kann.

[0020] Das erfindungsgemäße Rührorgan gewährleistet eine vollständige Durchmischung des Rührgutes bei gleichzeitiger Energie- und Zeitersparnis. Auf diese Weise kann eine besonders effiziente Durchmischung des Rührgutes erzielt werden. Das heißt der Wirkungsgrad des Rührwerks kann bei geringerer Antriebsleistung gesteigert werden.

[0021] Eine konkrete Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie A-A durch ein Rührorgan,

Fig. 2

eine Seitenansicht des Rührorgans nach Fig. 1,

Fig. 3

eine weitere Seitenansicht des Rührorgans nach Fig. 1,

Fig. 4

eine Seitenansicht einer Rührorgananordnung mit zwei Rührorganen entsprechend den Fig. 1 bis 3,

Fig. 5

eine Draufsicht auf die Rührorgananordnung nach Fig. 4,

Fig. 6

eine perspektivische Darstellung der Rührorgananordnung der Fig. 4 und 5.

[0022] Der Schnittdarstellung der Fig. 1 ist ein Rührorgan zu entnehmen, das einen konusförmigen Teilbereich 1 und einen Rohrkörper 2 umfasst. Der Rohrköper 2 umgibt den konusförmigen Teilbereich 1, wobei zwischen beiden Teilen des Rührorgans ein umlaufender Ringspalt 3 ausgebildet wird. Der im Wesentlichen zylinderförmige Rohrkörper 2 und der konusförmige Teilbereich 1 sind koaxial angeordnet. Der Ringspalt 3 besitzt somit umlaufend die gleiche Breite (siehe Fig. 2). In Längsrichtung bezogen auf die Längsachse L1 des Rührorgans weitet sich der Ringspalt 3 aufgrund des sich verengenden konusförmigen Teilbereiches 1 von der Konuseintrittsöffnung zur Konusaustrittsöffnung hin auf (siehe Fig. 1).

[0023] Der Rohrkörper 2 und der konusförmige Teilbereich 1 sind über einen Tragarm 4 miteinander verbunden. Der Tragarm 4 besteht aus einem im Querschnitt runden Profilstab aus einem metallischen Werkstoff und wird durch eine Bohrung 5 im Rohrkörper 2 an den konusförmigen Teilbereich 1 herangeführt. Der Tragarm 4 ist mittels einer Schweißverbindung 4.1 an dem konusförmigen Teilbereich 1, der ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff besteht, befestigt. Zur Verstärkung der Bohrung 5 ist außenseitig auf dem Rohrkörper 2, der wie der konusförmige Teilbereich 1 aus einem Metall besteht, eine Manschette 6 aufgeschweißt. Das freie Ende des Tragarmes 4 bildet einen ersten Teil 7.1 eines Gelenkes 7 aus. Der zweite Teil des Gelenkes 7 wir durch einen Stift 7.2 gebildet, dessen Längsachse die Schwenkachse S des Tragarmes 4 definiert.

[0024] Fig. 1 ist weiterhin zu entnehmen, dass der Rohrkörper 2 nicht durchgehend als vollständiger Zylinder ausgebildet ist, sondern im hinteren Bereich, das heißt zur Austrittsöffnung hin angeschnitten ist. Die Schnittkante 9 des Anschnittes verläuft dabei schräg zur Längsachse L1 des Rührorgans. Der Anschnitt verleiht dem Rohrkörper eine Stromlinienform und gleicht dabei eine Schrägstellung des Rohrorgans in Bezug auf eine Ebene E3 senkrecht zur Längsachse L2 des Tragarmes 4 aus. Der Winkel β der Schrägstellung beträgt 15°.

[0025] Fig. 3 zeigt eine weitere Schrägstellung des Rührorgans. Der Winkel α beträgt wiederum 15° und bestimmt die Schrägstellung der Rührorganslängsachse L1 gegenüber einer Ebene E2 senkrecht zur Wellenlängsachse L3 (siehe Fig. 4).

[0026] Die Winkellage des Rührorgans ist auch der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Rührorgananordnung zu entnehmen. Diese umfasst zwei rotationssymmetrische, um 180° versetzt zueinander angeordnete Rührorgane entsprechend den Fig. 1 bis 3. Jedes Rührorgan ist an einem Tragarm 4 befestigt, an dessen Ende ein Gelenkteil 7.1 ausgebildet ist, mittels dessen der Tragarm 4 einschließlich des Rührorgans um eine Schwenkachse S verschwenkbar ist. Das Gelenkteil 7.1 ist über einen Stift 7.2 mit einer Hülse 10 verbunden, die der Befestigung der Rührorgane an der Welle eines Rührwerks dient. Hierzu wird die Hülse 10 auf die Welle des Rührwerks einfach aufgesteckt.

[0027] Wie aus den Fig. 1 und 4 bis 6 ersichtlich ist, schließt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an den konusförmigen Teilbereich 1 eines jeden Rührorgans ein zylinderförmiger Abschnitt 8 an. Die Stirnseite des zylinderförmigen Abschnittes 8 liegt in einer Ebene E1 mit einer Stirnseite des Rohrkörpers 2 (siehe Fig. 1). Die Stirnseiten begrenzen die Eintrittsöffnungen des Rührorgans, sowohl die Eintrittsöffnung in den konusförmigen Teilbereich 1, als auch in den Ringspalt 3.

[0028] Fig. 6 verdeutlicht die Rührorgananordnung der Fig. 4 und 5 nochmals in einer perspektivischen Darstellung mit ausgeklappten Tragarmen 4. Die am Gelenk 7 der
Tragarme 4 ausgebildete Hülse 10 erlaubt eine lösbare Verbindung der Rührorgananordnung mit einer Welle eines Rührwerks. Für verschiedene Anwendungsbereiche lassen sich somit unterschiedliche Rührorgananordnung vorhalten, die bei Bedarf einfach ausgetauscht werden. Beispielsweise können sich die Rührorgananordnungen hinsichtlich der Form, der Größe oder der Anzahl der Rührorgane unterscheiden. Weitere Unterschiede können sich je nach Verwendungszweck auch im Hinblick auf den Werkstoff des Rührorgans ergeben. Auf diese lassen sich Spezial-Rührwerke zusammenstellen, die auf den jeweiligen Anwendungsfall konkret abgestimmt sind und somit ebenfalls zur Effizienz des Rührvorgangs beitragen.

Ansprüche

1. Rührorgan eines Rührwerks zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien mit wenigstens einem konusförmig ausgebildeten Teilbereich (1), der eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eines hindurchströmenden Mediums bewirkt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der konusförmige Teilbereich (1) zumindest teilweise von einem
Rohrkörper (2) umgeben ist, dessen Innenwandfläche zur Außenwandfläche des konusförmigen Teilbereiches (1) beabstandet ist, so dass zwischen dem Rohrkörper (2) und dem konusförmigen Teilbereich (1) ein Ringspalt (3) ausgebildet wird, der eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit eines hindurchströmenden Mediums bewirkt.

2. Rührorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (2) im Wesentlichen zylinderförmig ist.

3. Rührorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (2) und der konusförmige Teilbereich (1) koaxial angeordnet sind.

4. Rührorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den konusförmigen Teilbereich (1) ein zylinderförmiger Abschnitt (8) anschließt.

5. Rührorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der konusförmige Teilbereich (1) oder der hieran anschließende zylinderförmige Abschnitt (8) eine Stirnseite aufweist, die in einer Ebene (E1) mit einer Stirnseite des Rohrkörpers (2) liegt.

6. Rührorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (2) und der konusförmige Teilbereich (1) über einen gemeinsamen Tragarm (4) zur Befestigung des Rührorgans an einem Rührwerk verbunden sind, wobei jeweils der Rohrkörper (2) und der konusförmige Teilbereich (1) an dem Tragarm (4) vorzugsweise über eine Schweißverbindung (4.1) befestigt sind.

7. Rührwerk zum Mischen und/oder Homogenisieren strömungsfähiger Medien mit einer antreibbaren Welle und mit wenigstens zwei Rührorganen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jedes Rührorgan über einen Tragarm (4) in Drehrichtung fest mit der Welle verbunden ist.

8. Rührwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rührorgan über einen klapp- und/oder schwenkbaren Tragarm (4) mit der Welle verbunden ist.

9. Rührwerk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (4) eines Rührorgans im Querschnitt ein Rund- oder Mehrkantprofil aufweist, beispielsweise ein Drei- oder Vierkantprofil.

10. Rührwerk nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb die Längsachse (L1) eines Rührorgans um einen Winkel (α) von 10° bis 20°, vorzugsweise einen Winkel (α) von 15°, gegenüber einer Ebene (E2) senkrecht zur Längsachse (L3) der Welle angestellt ist.

11. Rührwerk nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (L1) eines Rührorgans um einen Winkel (β) von 10° bis 20°, vorzugsweise einen Winkel (β) von 15°, gegenüber einer Ebene (E3) senkrecht zur Längsachse (L2) ihres Tragarmes (4) angestellt ist.

12. Rührwerk nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der den konusförmigen Teilbereich (1) umgebende Rohrkörper (2) angeschnitten ist und die Schnittkante (9) im Betrieb auf einer im Wesentlichen zur Wellenlängsachse (L3) konzentrischen Kreislinie liegt.

Zeichnung