DE4232934C2 - Doppel-Impeller zum Rühren von sterilen Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Impeller zum Rühren, insbesondere von sterilen Flüssigkeiten, bestehend aus einem Impellerkopf mit einem Rührwerkzeug und einer unten angeordneten Öffnung zur Aufnahme eines Zapfens in einem zentralen Hohlraum, wobei der Impeller berührungslos, induktiv oder magnetisch, antreibbar ausgebildet ist.

Ein derartiger Impeller ist zum Beispiel aus der US 4,993,841 und der EP 0 399 972 A1 bekannt. Die Impeller weisen eine Vielzahl von sich radial nach außen erstreckende Rührblättern als Rührwerkzeuge auf. Im eingebauten Zustand wird im Behälter eine Strömung erzeugt, die in der Behälterflüssigkeit eine strudelartige Strömung mit dem Impeller als Mittelpunkt bewirkt. Oberhalb des Impellers bildet sich also ein Unterdruck, der durch den Sog die Oberfläche der Flüssigkeit sich kegelförmig in Richtung des Impellers ausstülpen läßt. Der in diesem Bereich herrschende Unterdruck ist unerwünscht, da er den Gaseintrag in die Flüssigkeit begünstigt und bei einigen Flüssigkeiten Schaum entstehen läßt. Ferner ist von Nachteil, daß die Axialkräfte auf den Propeller sehr ungleichmäßig einwirken, wodurch ein vorzeitiger Verschleiß des Impellers verursacht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Axialkräfte auf den Impeller auf ein betriebssicheres Maß zu kompensieren.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Rührwerkzeug als Propeller ausgebildet ist, der eine eine nach oben gerichtete Strömung erzeugende Drehrichtung aufweist, und darunter zusätzliche Flügel am Impellerkopf vorgesehen sind, die eine der vom Propeller bewirkten Strömung entgegengesetzt gerichtete Strömung nach unten entstehen lassen.

Die im Zentrum vorhandene Unterdruckzone wird durch die vom Propeller erzeugte, nach oben gerichtete Strömung mehr als kompensiert, so daß ein unerwünschter Gaseintrag vermieden wird. Effekte der Schaumbildung werden vermindert. Durch die im unteren Bereich entgegengesetzte Strömung werden die axialen Kräfte des Propellers teilweise kompensiert. Die Lebenserwartung der Lager wird vorteilhaft erhöht.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Impellerkopf eine untere Stirnfläche aufweist, die turbinenartig ausgebildet ist, wobei zwischen zentralem Hohlraum und der äußeren Oberfläche mindestens eine verbindende Leitung vorgesehen ist. Auch bei geringen Füllhöhen wird die Rührwirkung hierdurch aufrechterhalten. Die mindestens eine verbindende Leitung dient dazu, den inneren Hohlraum des Impellers ständig mit Flüssigkeit zu spülen, was die Reinigung des Impellers erleichtert.

Die beste Rührwirkung wird erzielt, wenn der Propeller einen Abstand zur unteren Impellerstirnfläche aufweist, der dem einfachen bis zweifachen des Propellerdurchmessers entspricht, vorzugsweise dem 1½-fachen entspricht.

Die Erfindung wird in Zeichnungen beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Zeichnungen zu entnehmen sind. Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Axialschnitt entsprechend Schnittlinie I-I in Fig. 2 durch einen erfindungsgemäßen Doppel-Impeller mit turbinenartig ausgebildeter unterer Stirnfläche,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt entsprechende Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Axialschnitt entsprechend Schnittlinie III-III in Fig. 4 durch einen erfindungsgemäßen Doppel-Impeller mit Flügeln im unteren Bereich und

Fig. 4 einen Horizontalschnitt entsprechend Schnittlinie IV-IV in Fig. 3.

In Fig. 1 bezeichnet 1 die Antriebswelle einer nicht weiter detaillierten Antriebseinheit eines Impellerkopfes 2, der an einem Wellenstummel 20 als Rührwerkzeug einen Propeller mit mehreren Propellerblättern 3 trägt. Der Impellerkopf 2 ist im unteren Teil eines Behälters angeordnet, dessen untere Behälterwandung 4 in unterbrochener Linienführung dargestellt ist. In diese Wandung ist ein Montageflansch 5 eingeschweißt, der zum Inneren des Behälters weisend einen Zapfen 6 aufweist und innen hohl ausgeführt ist. In diesen Hohlraum des Zapfens 6 ragt die Antriebswelle 1 hinein, die an ihrem oberen Ende eine mit mehreren Permanentmagneten bestückte Magnetscheibe 7 drehfest trägt.

Der Montageflansch 5 ist meist aus nicht-magnetischem Stahl gefertigt. Der obere Teil des Zapfens 6 ist als zylindrische Sitzfläche 8 eines Lagers 9 geformt. Lager 9 dient zur drehbaren Fixierung des Impellerkopfes 2 mit eingedrehter Sitzfläche 10. Im Inneren des Impellerkopfes 2 sind der Magnetscheibe 7 gegenüberliegend eine Anzahl entgegengesetzt polarisierter Permanentmagnete 11 angeordnet, so daß sich durch die magnetischen Kräfte zwischen Magnetscheibe 7 und dem Permanentmagneten 11 berührungsfrei ein Drehmoment von Antriebswelle 1 auf Impellerkopf 2 übertragen läßt.

Die untere Stirnfläche 12 des Impellers 2 ist durch entsprechend eingefräste Nuten 13 so geformt, daß sich bei Drehen des Impellerkopfes 2 ein Pumpeffekt ergibt.

Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt des Impellerkopfes gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1, wobei die behälterseitigen Teile der Übersicht halber nicht dargestellt sind. In unterbrochener Linienführung sind die Nuten 13 gezeigt. Durch die einem Schaufelrad ähnelnde Anordnung der Nuten 13 ergibt sich bei Drehung des Impellerkopfes 2 in Pfeilrichtung 14 ein Pumpeffekt, der eine aus Hohlraum 15 des Impellerkopfes 2 nach außen gerichtete Strömung erzeugt, die durch Pfeile 16 angedeutet ist. Ergänzt wird die aus dem zentralen Hohlraum 13 abgesaugte Flüssigkeit durch die den Hohlraum 15 mit der Oberfläche 19 des Impellerkopfes 2 verbindende Leitung 17.

Die Propellerblätter 3 sind so angestellt, daß sich beim Drehen des Impellerkopfes infolge der Rührkräfte eine nach unten gerichtete Axialkraft ausbildet als Reaktionskraft einer senkrecht nach oben gerichteten Strömung.

Durch die als Pumpenlaufrad ausgebildete untere Fläche 13 des Impellerkopfes 2 wird bei einem Antrieb in Pfeilrichtung 14 ein Unterdruck in Hohlraum 15 erzeugt, der eine zusätzliche Axialkraft bewirkt, die ebenfalls nach unten gerichtet ist. Sind jedoch zusätzliche Flügel 18 am Impellerkopf 2 angebracht, deren Anstellung bei Drehen des Impellers in Pfeilrichtung 14 so gewählt ist, daß daraus eine zusätzliche nach unten gerichtete Strömung erzeugt wird, so werden die Axialkräfte der Propellerblätter 3 teilweise kompensiert und eine besonders intensive Rühr- und Mischwirkung in der Behälterflüssigkeit erreicht, ohne die Lebenserwartung der Lager nachteilig zu beeinflussen.

Die turbinenartige Ausgestaltung der unteren Stirnfläche 12 des Impellers sowie die Flügel 18 im unteren Bereich des Impellers können auch in ihrer Wirkung kombiniert werden.

Dadurch ergibt sich ein Impellerkopf mit besonders intensiver Rühr- und Mischwirkung, der auch bei niedrigen Füllhöhen unterhalb des Niveaus der Propellerflügel noch eine Rührwirkung aufweist. Außerdem ist er durch seine selbstreinigende Konstruktion besonders für den biotechnologischen Einsatz, z. B. in Fermentern, geeignet. In derartigen Einsatzfeldern bewährt sich auch das erzeugte andersgeartete Strömungsfeld, weil die Konstruktion der Schaumbildung entgegenwirkt.

Bezugszeichenliste

1 Antriebswelle
2 Impellerkopf
3 Propellerblätter
4 Behälterwandung
5 Montageflansch
6 Zapfen
7 Magnetscheibe
8 Sitzfläche
9 Lager
10 Sitzfläche
11 Permanentmagnet
12 untere Fläche
13 Nuten
14 Pfeilrichtung
15 Hohlraum
16 Pfeile
17 verbindende Leitung
18 Flügel
19 äußere Oberfläche
20 Wellenstummel

Claims (3)

1. Impeller zum Rühren, insbesondere von sterilen Flüssigkeiten, bestehend aus einem Impellerkopf (2) mit einem Rührwerkzeug und einer unten angeordneten Öffnung zur Aufnahme eines Zapfens (6) in einem zentralen Hohlraum (15), wobei der Impeller berührungslos, induktiv oder magnetisch, antreibbar ausgebildet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rührwerkzeug (3) als Propeller ausgebildet ist, der eine eine nach oben gerichtete Strömung erzeugende Drehrichtung aufweist, und darunter zusätzliche Flügel (18) am Impellerkopf vorgesehen sind, die eine der vom Propeller bewirkten Strömung entgegengesetzt gerichtete Strömung nach unten entstehen lassen.

2. Impeller nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Impellerkopf eine untere Stirnfläche (12) aufweist, die turbinenartig ausgebildet ist, wobei zwischen zentralem Hohlraum (15) und der äußeren Oberfläche (19) mindestens eine verbindenden Leitung (17) vorgesehen ist.

3. Impeller nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Propeller (3) einen Abstand zur unteren Impellerstirnfläche (12) aufweist, der dem einfachen bis zweifachen des Propellerdurchmessers entspricht, vorzugsweise dem 1½-fachen entspricht.