DE9418136U1 - Rührorgan - Google Patents

Description

11. November 1994 94-1154 La-mf

Stelzer Rührtechnik GmbH 34404 Warburg

Rührorgan

Die Erfindung betrifft ein Rührorgan mit einer motorisch antreibbaren Welle und mindestens einem Rührwerkzeug mit zwei blattförmigen Flügeln, die jeweils zwei Flügelflächen aufweisen, die in radialer Richtung des Flügels zwei unterschiedliche Anstellwinkel zu einer senkrecht zur durch die Welle verlaufenden Rotationsachse aufgespannten Ebene bilden.

Ein derartiges Rührorgan ist beispielsweise schon aus der DE 43 560 A bekannt. Der dort beschriebene Rührer wird in der Praxis als SIGMA-Rührer vertrieben. Bei diesem Rührorgan ist die radial außenliegenden Flügelfläche in entgegengesetzter Richtung angestellt wie die radial innenliegenden Flügelfläche. Dieses Rührorgan wird als verhältnismäßig langsam laufendes Rührorgan beispielsweise beim Homogenisieren hochviskoser Stoffe eingesetzt. Besondere Vorzüge weist dieses Rührorgan insbesondere bei der Lebensmittelverarbeitung und in der Pharmazie auf.

Es sind darüber hinaus auch Rührorgane bekannt, bei denen sich der Anstellwinkel eines blattförmigen Flügels kontinuierlich zu den Flügelenden hin verringert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Rührorgan derart weiterzubilden, daß bei vergleichsweisem Leistungseintrag die makroskopische und mikroskopische Vermischung in einem ein- oder mehrphasigen Fluid weiter verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die radial außenliegende Flügelfläche in gleicher Richtung angestellt ist, wie die radial innenliegende Flügelfläche und daß der Anstellwinkel der radial außenliegenden Flügelfläche steiler ist als der Anstellwinkel der radial innenliegenden Flügelfläche. Mit den erfindungsgemäßen Rührorganen wird makroskopisch gerade an der Rührorganspitze eine höhere Axialgeschwindigkeit erzielt, was anhand von Axialschubmessungen nachgewiesen werden kann. Hier wird erfindungsgemäß ausgenützt, daß in einem Bereich höherer Umfangsgeschwindigkeit ein Flügelbereich wirkt, der einen steileren Anstellwinkel aufweist. Das erfindungsgemäße Rührorgan dissipiert die Rührleistung sehr gleichmäßig im gesamten Volumen des Rührwerks, in welchem er eingesetzt wird. Die durch das Rührorgan erzeugten Primärwirbel lösen sich schnell auf. Im Vergleich zu Systemen mit gleichen Durchmesserverhältnissen wird mit dem erfindungsgemäßen Rührorgan eine kürzere Mischzeit erzielt.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß die Grundform der inneren Flügelfläche von einem spitzwinkligen Dreieck gebildet ist, dessen Spitze nach außen gerichtet ist und daß die angesetzte radial außenliegende Flügelfläche ebenfalls durch ein spitzwinkliges Dreieck gebildet ist, welches mit seiner Spitze radial nach innen weist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die maximale Breite der Flügelfläche dem 0,2-fachen den Rührerdurchmessers entsprechen.

Die radial außenliegende Flügelfläche kann einstückig mit der radial innenliegenden Flügelfläche ausgebildet sein. Damit lassen sich die einzelnen Flügel des Rührwerkzeugs aus einem ebenen Blatt durch Biegen entlang einer Biegelinie herstellen. Die radial außenliegende Flügelfläche setzt bei dem 0,6- bis 0,7-fachen des Rührerradius an der radial innenliegenden Flügelfläche an.

Die Form des radial innenliegenden Flügels kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch von der spitzwinkligen dreieckigen Grundform des Rührorgans abweichen, daß an der Seite, die an der Welle angesetzt ist, die Eckbereiche weggeschnitten sind.

An den äußeren Flügelspitzen können senkrecht zu diesen ausgerichtete Blätter, sogenannte Wings, angesetzt sein. Diese dienen zur Unterdrückung von Nachlaufwirbeln. Die an den Flügelspitzen angesetzten Blätter können dreieckig ausgebildet sein.

Auf einer Welle können gemäß bevorzugten Ausgestaltungen, ein, zwei oder drei Rührwerkzeuge übereinander angeordnet sein. Diese ein-, zwei- oder dreistufige Ausführung hängt von der Form des Rührbehälters ab, in welchem das Rührorgan eingesetzt wird. Es können gegebenenfalls auch noch mehr übereinander angeordnete Stufen bei einem Rührorgan eingesetzt werden.

Werden die radial innenliegenden Flügelflächen, wie zuvor beschrieben, als Dreiecksprofil ausgebildet, wird der Durchtrittsbetrieb des Rührorgans verbessert, da das Rührorgan zuerst in der Mitte eintaucht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand

eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Frontalansicht eines Rührorgans ohne Welle

gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2: eine Draufsicht auf eine modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rührorgans,

Fig. 3: eine Seitenansicht eines Rührorgans gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 und

Fig. 4: eine Draufsicht eines Teils des Rührwerkzeugs gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Rührwerkzeug 10 dargestellt, das Teil eines Rührorgans ist, welches zusätzlich eine hier nicht näher dargestellte Welle aufweist. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Rührwerkzeug 10 eine Nabe 12 auf, an der zwei blattförmige Flügel 14 und 16 diametral zueinander angeordnet sind. Die blattförmigen Flügel 14 und 16 können auch in einer nicht dargestellten Art und Weise unmittelbar an der Welle befestigt, beispielsweise angeschweißt, sein. Die beiden blattförmigen Flügel 14 und 16 sind symmetrisch zueinander aufgebaut und bestehen jeweils aus zwei Flügelflächen 18 und 20, die jeweils eben ausgebildet sind.

Die ausgehend von der Nabe 12 radial innenliegende Flügelfläche 18 kann grob als eine Platte in Form eines spitzwinkligen Dreiecks beschrieben werden, wie insbesondere aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich. Die Spitze dieses spitzwinkligen Dreiecks weist nach außen, d.h. von der Nabe 12 weg. Die breiteste Stelle der Flügelfläche 18 liegt nahe der Nabe 12. An den an der Nabe 12

anliegenden Eckbereichen des die Flügelfläche 18 bildenden Dreiecks, sind allerdings die Ecken jeweils weggeschnitten, wobei hier, wie in Fig. 4 dargestellt, ein Winkel ^f von ca. 30° eingehalten wird. Diese Winkelangabe gilt für beide weggeschnittenen Eckbereiche. Insgesamt ergibt sich also bei der Flügelfläche 18 ein Fünfeck, wie dies in Fig. 4 näher dargestellt ist. Ein Vergleich der Fig. 4 mit der Fig. 1 bzw. der Fig. 2 ergibt, daß die Flügelfläche 18 nur entlang der Kante 22 mit der Nabe 12 verschweißt ist. Die abgeschnittenen Eckbereiche befinden sich also in dem zu vermischenden Fluid und liegen nicht an der Nabe 12 bzw. bei modifizierter Ausführungsform an der entsprechenden Welle an.

Die an die Fläche 18 radial nach außen angesetzte Flügelfläche 12 bildet ebenfalls ein spitzwinkliges Dreieck, wobei hier allerdings die Spitze radial nach innen weist. Die Flügelfläche 14 kann hier beispielsweise leicht dadurch gebildet werden, daß der Bereich der außenliegenden Flügelfläche 20 um eine Linie 24 gegenüber der radial innenliegenden Flügelfläche 18 hochgebogen wird. Dadurch daß die Dreiecksform der radial außenliegenden Flügelfläche entgegengesetzt zu der Dreiecksform der radial innenliegenden Flügelfläche 14 ausgerichtet ist, ergibt sich an der Spitze des blattförmigen Flügels 14 die in den Fig. 2 und 4 dargestellte Form. Mit 26 ist der Punkt angegeben, an dem die radial außenliegende Flügelfläche an der radial innenliegenden Flügelfläche ansetzt. Der zwischen den beiden Punkten 26 liegende Durchmesser des Flügels di entspricht dem 0,65-fachen des Durchmessers d des Rührers in diesem Ausführungsbeispiel.

Aus Fig. 3 ergeben sich die Anstellwinkel der beiden Flügelflächen. Die innenliegende Flügelfläche hat in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen Anstellwinkel oC von 25 °. Dagegen beträgt der Anstellwinkel &bgr; der außenliegenden Flügelfläche,

wie in Fig. 3 dargestellt, 45°.

In der modifizierten Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind an den Flügelspitzen senkrecht ausgerichtete Blätter 28 mit dreieckiger Fläche angesetzt, wobei diese in der Draufsicht gemäß Fig. 2 einen Winkel &sgr; von 90° einschließen. Diese auch als Wings bezeichneten Flügel dienen zur Unterdrückung der sich im Betrieb vorzugsweise an den Flügelspitzen bildenden NachlaufWirbel.

Das erfindungsgemäße Rührorgan kann in einer Standardkonfiguration in einem Rührbehälter eingesetzt werden. In einer derartigen Standardkonfiguration wird die Rührorganwelle zentral in dem zylindrischen Rührbehälter mit Klöpperboden angeordnet. Es werden zwei Stromstörer an den Seiten des Rührbehälters vorgesehen, deren Breite 1/10 des Behälterdurchmessers aufweist. Das Verhältnis zwischen Rührerdurchmesser zu Behälterdurchmesser beträgt in der hier dargestellten Anwendung 0,7. Die Füllhöhe des Behälters entspricht dem Behälterdurchmesser. Der Bodenabstand des Rührwerkzeugs beträgt ca. das 0,2-fache des Behälterdurchmessers. Der Stufenabstand bei Einsatz mehrerer Stufen beträgt das 0,28-bis 0,38-fache des Behälterdurchmessers.

Bei einer derartigen Konfiguration wird eine turbulente Newton-Zahl bei einer einstufigen Ausführung von Ne = 0,35, bei einer zweistufigen Ausführung von Ne = 0,51 und bei einer dreistufigen Ausführungsform Ne = 0,70 erzielt.

Bei Axialschubmessungen ergeben sich bei einer einstufigen Ausführungsform ein Cg-Wert von 0,2, bei einer zweistufigen Ausführungsform ein Cg-Wert von 0,28 und bei einer dreistufigen Ausführungsform ein Cg-Wert von 0,39. Der SIGMA-Rührer nach dem Stand der Technik erreicht bei einer analogen Konfiguration bei einer zweistufigen Ausführungsform nur einen Axialschubwert von 0,17.

Hieran wird deutlich, daß gerade bei einer zweistufigen Ausführungsform ein wesentlich höherer Axialschubwert mit dem erfindungsgemäßen Rührer erreicht werden kann.

Mit der zuvor dargestellten Konfiguration, bei der allerdings vier Stromstörer eingesetzt wurden, wurden auch Mischzeiten bestimmt. Bei einer einstufigen Ausführungsform wurde eine Durchmischungskennzahl (&eegr; &khgr; &THgr; ) von 18 und bei einer zweistufigen Ausführungsform eine Durchmischungskennzahl (&eegr; &khgr; &thgr; ) von 12 erreicht. Hier handelt es sich jeweils um die im turbulenten Strömungsbereich nahezu konstanten Durchmischungskennzahlen.

Claims (8)

11. November 1994 94-1154 La-mf Stelzer Rührtechnik GmbH 34404 Warburg Rührorgan Ansprüche

1. Rührorgan mit einer motorisch antreibbaren Welle und mindestens einem Rührwerkzeug mit zwei blattförmigen Flügeln, die jeweils zwei Flügelflächen aufweisen, die in radialer Richtung des Flügels zwei unterschiedliche Anstellwinkel zu einer senkrecht zur durch die Welle verlaufenden Rotationsachse aufgespannten Ebene bilden,

dadurch gekennzeichnet,

daß die radial außenliegende Flügelfläche in gleicher Richtung angestellt ist wie die radial innenliegende Flügelfläche und daß der Anstellwinkel (p) der radial außenliegenden Flügelfläche steiler ist als der Anstellwinkel (oi. ) der radial innenliegenden Flügelfläche.

2. Rührorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundform der inneren Flügelfläche von einem spitzwinkligen

Dreieck gebildet ist, dessen Spitze nach außen gerichtet ist und daß die angesetzte radial außenliegende Flügelfläche ebenfalls durch ein spitzwinkliges Dreieck gebildet ist, welches mit seiner Spitze radial nach innen weist.

3. Rührorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Breite der Flügelfläche dem 0,2-fachen des Rührerdruchmessers entspricht.

4. Rührorgan nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial außenliegende Flügelfläche einstückig mit der radial innenliegende Flügelfläche ausgebildet ist und daß diese bei dem 0,6- bis 0,7-fachen des Rührerradius an der radial innenliegenden Flügelfläche ansetzt.

5. Rührorgan nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des radial innenliegenden Flügels dadurch von der spitzwinkligen dreieckigen Grundform des Rührorgans abweicht, das an der Seite, die an der Welle angesetzt ist, die Eckbereiche weggeschnitten sind.

6. Rührorgan nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren Flügelspitzen senkrecht zu diesen ausgerichtete Blätter angesetzt sind.

7. Rührorgan nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Flügelspitzen angesetzten Blätter dreieckig ausgebildet sind.

8. Rührorgan nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Welle ein, zwei oder drei Rührwerkzeuge übereinander angeordnet sind.