Rührwerkzeug und seine Verwendung

Abstract

 Zum Herstellen eines flüssigen, gegebenenfalls gasförmige und/oder feinkörnige Bestandteile enthaltenden Gemischs aus wenigstens zwei, insbesondere chemisch reaktionsfähigen Komponenten wird ein Rührwerkzeug mit einer antreibbaren Rührwelle (1) und endseitig daran befestigten Rotorscheibe (2) vorgeschlagen. Die Rotorscheibe weist mehrere Durchströmkanäle auf, die aus symmetrisch angeordneten axialen Bohrungen (3) und radialen oder tangentialen Bohrungen (4) bestehen, wobei jeweils eine axiale Bohrung mit einer radialen oder tangentialen Bohrung strömungstechnisch verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Rührwerkzeug zum Herstellen eines flüssigen, gegebenenfalls gasförmige und/oder feinkörnige Bestandteile enthaltenden Gemischs aus wenigstens zwei Komponenten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Mischen ist eine in der chemischen Technik oft ausgeübte Operation. Fluide Mischungspartner werden üblicherweise in feststehenden Behältern mit rotierenden Mischeinrichtungen, die in der Mitte des Behälters angeordnet sind, durch Zwangsströmungen gemischt. In der Regel wird ein möglichst homogener Verteilungszustand der Mischungspartner angestrebt. In den bekannten Mischapparaturen für Fluide, beispielsweise Rührbehälter mit einem mechanisch bewegten Scheibenrührer, ist die erreichbare Homogenität der Mischung häufig unbefriedigend, insbesondere wenn höherviskose Mischungspartner verarbeitet werden müssen. Das Problem stellt sich auch beim Durchmischen, Dispergieren, Emulgieren, Einrühren von verschiedenen Komponenten, von denen zumindest eine in einem leicht fließfähigen Zustand vorliegt, in kleinen Behältern, wie sie z.B. in einem Labor eingesetzt werden. Ursächlich hierfür ist die den zu mischenden Komponenten nicht in ausreichendem Maße zuführbare Mischenergie, so dass nur eine entsprechend geringe Verdränger- und Scherwirkung in dem Komponentengemisch erreicht werden kann.

[0003] Aus der DE 195 04 033 C2 ist ein motorgetriebener Rührer zum Mischen kleiner Mengen von Flüssigkeiten, Emulsionen, Dispersionen und von Trocken- oder Nassmischungen aus feinkörnigen Feststoffen bekannt, bei dem endseitig an einer Rührwelle eine Rotorscheibe befestigt ist. Die Rotorscheibe besteht aus einer kreisförmigen Flügelscheibe und besitzt Durchströmöffnungen, welche sich radial vom Zentrum der Scheibe bis in die Nähe ihres Außenumfangs erstrecken. An den radialen Seitenkanten der Durchströmöffnungen sind nach oben und nach unten gerichtete Mischflügel angebracht, über die eine gleichförmige Wellenströmung in dem Mischgut erzeugt werden soll. Die mit einer solchen Rührerkonstruktion erzielbare Mischgüte befriedigt jedoch nicht in jeder Hinsicht, da die durch die Mischflügel gebildeten Kanäle nach oben bzw. unten offen sind und sich somit nur bedingt Zwangsströmungen ergeben. Darüber hinaus ist während der Rotation des Rührers ein Mitdrehen des Mischgutes im Behälter praktisch nicht zu vermeiden.

[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Rührwerkzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, dass mit einfachen Mitteln eine stärkere örtliche Durchmischung von wenigstens zwei Komponenten erzielbar ist und dass besonders rasch reproduzierbare Komponentengemische in verbesserter Mischgüte erhalten werden können.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen.

[0006] Bei dem Rührwerkzeug nach der Erfindung sind in einer endseitig an einer Rührwelle befestigten kreis- oder polygonförmigen Rotorscheibe mehrere, vorzugsweise 4-6 Durchströmkanäle vorgesehen. Diese bestehen aus strömungstechnisch miteinander verbundenen axialen Bohrungen und radialen oder tangentialen Bohrungen. Beim Durchführen des Mischungsvorgangs entsteht infolge der durch die Rotorscheibe erzeugten Fliehkräfte ein Unterdruck in den Durchströmkanälen, der eine zusätzliche vertikale Strömung im Komponentengemisch induziert. Es werden entsprechend der Anzahl der Durchströmkanäle Teilströme aus dem Mischgut angesaugt, in den axialen Bohrungen umgelenkt und aus den radialen oder tangentialen Bohrungen ausgetragen, wobei eine kräftige Turbulenz erzeugt wird. Die sich einstellende Zirkulationsströmung führt zu einem besonders homogenen und stabilen Komponentengemisch.

[0007] Die erfindungsgemäßen Durchströmkanäle können kreisrunde oder polygonförmige Querschnitte aufweisen und gegebenenfalls konisch ausgebildet sein. Sie sind vorzugsweise symmetrisch zueinander angeordnet, derart, dass auf einem Teilkreis der oberen oder unteren Stirnfläche der Rotorscheibe axiale Bohrungen soweit in die Rotorscheibe eingebracht werden bis sie die radialen oder tangentialen Bohrungen schneiden. Hierdurch lassen sich besonders wirksam Gase oder Feststoffe in einem Komponentengemisch homogen verteilen.

[0008] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die axialen Bohrungen Durchgangsbohrungen. Auf diese Weise können bei Anordnung der Rotorscheibe im Bereich der Phasengrenze der zu mischenden Komponenten diese oberhalb und unterhalb der Rotorscheibe angesaugt, in den radialen oder tangentialen Bohrungen zusammengeführt und in turbulenter Strömung ausgetragen werden, wobei kontinuierlich Komponententeilströme nachgesaugt werden. Durch diese Zwangsströmungen ergibt sich eine intensive Durchmischung von Komponenten, insbesondere Komponenten unterschiedlicher Konsistenz innerhalb kurzer Rührzeiten.

[0009] Um die beim Mischen flüssiger Komponenten in einem Rührbehälter sich einstellende und das Mischergebnis nachteilig beeinflussende Trombenbildung zu vermeiden, kann in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rührwerkzeugs die aus einem Zylinderabschnitt bestehende Rotorscheibe auf wenigstens einer Stirnfläche des Zylinderabschnitts kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Bei einer polygonförmigen Rotorscheibe kann auf wenigstens einer Stirnfläche eine entsprechend polyederförmige Erhebung ausgebildet sein. Die axialen Bohrungen erstrecken sich bei diesen Ausführungensformen der Rotorscheibe natürlich auch durch die kegel- oder polyederförmigen Erhebungen.

[0010] Das Rührwerkzeug nach der Erfindung eignet sich beispielsweise zum Mischen, Emulgieren von Flüssigkeiten, leicht pastösen Formulierungen sowie zum Lösen oder Dispergieren von Feststoffen und/oder Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere zum Mischen von chemisch reaktionsfähigen Komponenten wie beispielsweise Lackbindemittel und Härter, Monomerlösungen und Katalysatoren, Polymerlösungen und Wirkstoffe sowie Klebstoff-Formulierungen.

[0011] Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und nachfolgend näher erläutert.

[0012] Es zeigt

Fig. 1

eine Ausführungsform des Rührwerkzeuges mit 4 Durchströmkanälen in perspektivischer Darstellung

Fig. 2

einen Längsschnitt des Rührwerkzeuges entsprechend Fig. 1

Fig. 3

eine Draufsicht auf das Rührwerkzeug entsprechend Fig. 1

Fig. 4

eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Rührwerkzeuges

Fig. 5

eine Draufsicht des Rührwerkzeuges gemäß Fig. 4

Fig. 6

eine Seitenansicht eines Rührwerkzeuges mit sechseckiger Rotorscheibe und

Fig. 7

das Rührwerkzeug nach Fig. 6 in der Draufsicht.

[0013] Im Wesentlichen besteht das Rührwerkzeug nach den Figuren 1 bis 3 aus einer antreibbaren Rührwelle (1) und einer endseitig an der Rührwelle befestigten Rotorscheibe (2) in Form eines Zylinderabschnitts. Die Rotorscheibe enthält vier symmetrisch angeordnete Durchströmkanäle, die aus vier axialen Bohrungen (3) und vier radialen Bohrungen (4) gebildet sind. Jeweils eine axiale Bohrung ist mit einer radialen Bohrung verbunden. Der radiale Abstand der Bohrungen (3) von der Rührwelle (1) kann in Abhängigkeit der Durchmesser der Rotorscheibe und der Durchströmkanäle variiert werden. Mit (5) sind kegelförmige Erhebungen auf den Stirnflächen des Zylinderabschnitts der Rotorscheibe bezeichnet.

[0014] Zur Herstellung eines homogenen Gemischs wird das Rührwerkzeug in die in einem feststehenden Rührbehälter enthaltenden Komponenten eingetaucht und in eine Drehbewegung versetzt. Die hierdurch entstehenden Fliehkräfte bewirken eine Komponentenförderung durch die radialen Bohrungen (4) während durch die axialen Bohrungen (3) kontinuierlich Komponentenströme von oben und unten nachfließen. In den radialen Bohrungen sowie beim Austreten der Komponenten bzw. des Komponentengemischs aus den Durchströmkanälen erfolgt eine Vermischung der Komponenten bzw. des aus den Durchströmkanälen austretenden Komponentenstromes mit dem Rührbehälterinhalt. Durch wiederholtes Fördern des Mischgutes durch die Durchströmkanäle werden besonders homogene Gemische erhalten. Strömungsbeeinflussende Körper in den Durchströmkanälen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) können die Mischwirkung erhöhen.

[0015] Bei der Ausführungsform des Rührwerkzeuges gemäß der Figuren 4 und 5 reichen die axialen Bohrungen (3) von unten nur soweit in die kreisförmige Rotorscheibe (2) bis sie die mittig in dem Zylinderabschnitt angebrachten Bohrungen (4) schneiden, so dass nur von unten Komponenten oder-gemisch angesaugt wird. Eine solche Konstruktion eignet sich besonders dann, wenn feinkörniger Feststoff in eine Flüssigkeit eingemischt oder wenn der Eintrag von Gasen in die Flüssigkeit vermieden werden soll. Für ein besonders schonendes Mischen von Komponenten hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Bohrungen (4) nicht radial sondern tangential, d.h. unter einem Winkel von etwa 30 bis etwa 45 Grad zur Radialen entgegen der Drehrichtung des Rührwerkzeuges anzuordnen.

[0016] Im Allgemeinen ist die Rotorscheibe (2) kreisförmig ausgebildet. Sie kann aber auch aus einem Polygon bestehen, wie dies in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist.

Ansprüche

1. Rührwerkzeug zum Herstellen eines flüssigen, gegebenenfalls gasförmige und/oder feinkörnige Bestandteile enthaltendes Gemischs aus wenigstens zwei Komponenten, mit einer antreibbaren Rührwelle (1) und endseitig daran befestigten Rotorscheibe (2), die mehrere Durchströmkanäle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmkanäle aus symmetrisch angeordneten axialen Bohrungen (3) und radialen oder tangentialen Bohrungen (4) bestehen, wobei jeweils eine axiale Bohrung mit einer radialen oder tangentialen Bohrung in Wirkverbindung steht.

2. Rührwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Bohrungen (3) Durchgangsbohrungen sind.

3. Rührwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (2) aus einem Zylinderabschnitt besteht und wenigstens eine Stirnfläche des Zylinderabschnitts kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

4. Rührwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (2) polygonförmig ausgebildet ist und auf wenigstens einer Stirnfläche eine entsprechende polyederförmige Erhebung aufweist.

5. Verwendung des Rührwerkzeugs nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 zum Mischen von chemisch reaktionsfähigen Komponenten.

Zeichnung