DE10314804A1

DE10314804A1 - Koaxiales, gegenläufiges Rührwerk

Info

Publication number: DE10314804A1
Application number: DE10314804A
Authority: DE
Inventors: Dr Dietmar Moench
Original assignee: Monch Dr Dietmar
Current assignee: Monch Dr Dietmar
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-28

Abstract

Die bekannten koaxialen Rührwerke besitzen aufwändige und großvolumige Antriebseinheiten. Die neue Antriebseinheit ist einfach, robust, kleinvolumig und bietet flexible Nutzungsmöglichkeiten. DOLLAR A Die Antriebseinheit bewegt zwei koaxiale Rührwellen (1, 2) gegenläufig um eine Achse und ist mit einem besonderen Kegelradgetriebe ausgeführt. Die mit Rührwerkzeugen (7) ausgestattete Innenwelle (1) ist mit dem oberen Kegelrad (4) fest verbunden. Die ebenfalls mit Rührwerkzeugen (8) ausgestattete Hohlwelle (2) ist mit dem unteren Kegelrad (6) fest verbunden. Das seitliche Kegelrad (5) greift rechtwinklig in das obere Kegelrad (4) und das untere Kegelrad (6). Der Antrieb kann sowohl auf der Innenwelle (1) als auch auf der seitlichen Welle (3) montiert sein. DOLLAR A Die Antriebseinheit für Rührwerke eignet sich zum Homogenisieren, Suspendieren, Emulgieren, Begasen und für den Wärmeaustausch. Die Anwendungen reichen im Labor-, Technikums- oder Betriebsmaßstab vom einfachen Mischen von Flüssigkeiten bis hin zum Durchführen chemischer Reaktionen und Fermentieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für Rührwerke, bei welcher sich zwei Rührwellen gegenläufig um eine Achse bewegen.

Es ist bekannt, dass zentrische Rührer in zylindrischen Gefäßen die Flüssigkeit in Rotation versetzen. Dabei bildet sich eine Flüssigkeitstrombe, welche den Mischeffekt verschlechtert. Das zentrische Absenken der Flüssigkeitsoberfläche führt ferner zum Ansaugen und Eintrag von Gas wie z. B. Luft, was oft unerwünscht ist.

Stand der Technik zur Vermeidung von Tromben und verbesserter Durchmischung sind Stromstörer. Es sind ferner Behälter mit Rührsystemen beschrieben, bei denen zwei völlig separate Rührwerke von oben in den Behälter eingeführt sind. Nachteilig ist hier neben der aufwändigen Konstruktion die asymmetrische Anordnung der Rührorgane, die bei höheren Drehzahlen zu Unwuchten führt. Wie in der DE-OS 36 22 027 publiziert, sind ferner Behälter mit Rührsystemen bekannt, bei denen das eine Rührwerk von oben und das andere von unten in den Behälter eingeführt ist. Bei solchen Systemen ist die Abdichtung des unteren Rührwerks problematisch.

Zur Vermeidung der o. g. Probleme sind ferner koaxiale Rührwerke bekannt. Das DE-GM 94 20 292 behandelt ein getrennt antreibbares Peripherrührsystem und ein koaxial dazu angeordnetes Zentralrührsystem. Das Rührwerk erfordert zwei Antriebe. Die EP-PS 0 461 746 betrifft ein Rührwerk mit koaxialen Rührwellen und Rührblättern mit spezieller Geometrie, wobei die Rührwellen separat voneinander angetrieben werden. Auch diese Konstruktion erfordert zwei Antriebe. Aus der DE-PS 39 01 778 ist eine Antriebseinheit für Rührwerke mit zwei Antrieben bekannt, von denen der obere Antrieb eine mit Rührwerkzeugen ausgestattete Innenwelle und der untere Antrieb eine die Innenwelle umgreifende, mit separaten Rührwerkzeugen verbundene Hohlwelle antreibt. Diese Konstruktion erfordert wie die vorherigen in aufwändiger Weise zwei Antriebe. Die DE-OS 27 35 102 beschreibt ein Rühr- und Mischsystem mit einem gegenläufigen Rührerpaar, bei dem eine Hohlwelle und eine in ihr laufende Vollwelle, die beide mit Rührern versehen sind, mit Hilfe eines Getriebes, vorzugsweise eines Umlaufgetriebes gegenläufig gedreht werden. Nachteilig ist hier die aufwändige, voluminöse Getriebekonstruktion. Gegenstand der DE-OS 30 27 567 ist die Abdichtung eines Rührwerks mit zwei um dieselbe geometrische Achse gegenläufig angetriebenen Rührorganen durch speziell konstruierte Gleitringdichtungen. Auch hier ist die aufwändige, voluminöse Getriebekonstruktion nachteilig. Die DE-OS 39 36 706 behandelt ein Getriebe für ein Schlammrührwerk unter Verwendung von Planetenkegeln, so dass zwei Systeme bzw. Abtriebe vorliegen, die in Drehzahl und Drehrichtung unterschiedlich sind. Das Getriebe ist von hoher Komplexität und beinhaltet nicht die Anwendung von Kegelrädern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebseinheit für Rührwerke zu verbessern, indem durch eine besondere Ausführung eines Kegelradgetriebes in Verbindung mit einer koaxial angeordneten Innen- und einer Hohlwelle eine gegenüber dem Stand der Technik stark vereinfachte, robuste und kleinvolumige Antriebseinheit geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei die in den Unteransprüchen aufgeführten Gestaltungsmerkmale vorteilhafte Weiterbildungen der Aufgabenlösung darstellen.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Rührwerk, bei dem sich zwei Rührwellen gegenläufig um eine Achse bewegen. Mit Hilfe eines aus drei Kegelrädern bestehenden Kegelradgetriebes wird die äußere Rührwelle (Hohlwelle) gegenläufig zur inneren angetrieben. An den Rührwellen können sich Rührwerkzeuge der unterschiedlichsten Geometrien befinden.

Anhand der Zeichnung (1) wird nachfolgend ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt eine Vorderansicht im teilweisen Schnitt eines koaxialen Rührwerks.
Die Antriebseinheit für Rührwerke ist mit einem besonderen Kegelradgetriebe ausgestattet. Dieses besteht aus einem oberen Kegelrad (4), einem dazu rechtwinklig angeordneten seitlichen Kegelrad (5) und einem unteren Kegelrad (6), welches rechtwinklig zum seitlichen Kegelrad (5) und parallel zum oberen Kegelrad (4) angeordnet ist. Die Kegelräder (4, 5, 6) greifen gemäß Zeichnung ineinander. Die mit Rührwerkzeugen (7) bestückte Innenwelle (1) ist mit dem oberen Kegelrad (4) fest verbunden. Die ebenfalls mit Rührwerkzeugen (8) bestückte Hohlwelle (2) ist mit dem unteren Kegelrad (6) fest verbunden. Das auf einer seitlichen Welle (3) montierte Kegelrad (5) bewirkt, dass sich die Hohlwelle (2) gegenläufig zur Innenwelle (1) dreht.
Die Innenwelle (1) kann sowohl massiv als auch hohl ausgeführt sein. Die hohle Ausführung ist dann von Vorteil, wenn während des Rührens weitere Stoffe in das Innere des Rührbehälters eingetragen werden sollen. Eine Begasung des Rührmediums ist auf diese Weise durch die Innenwelle (1) hindurch möglich.
Der Antrieb kann sowohl auf der Innenwelle (1) als auch auf der zu Innenwelle (1) und Hohlwelle (2) senkrecht stehenden Welle (3) montiert werden. Dadurch erhält das erfindungsgemäße Rührwerk gegenüber dem Stand der Technik zusätzliche Variabilität. Als Antriebe werden frequenzgeregelte Drehstrommotoren oder Getriebemotoren oder Gleichstrommotoren mit Getriebe eingesetzt, wobei die zum Antrieb gehörenden Getriebe als Stirnradgetriebe, Aufsteck-Flachgetriebe oder Kegelrad-Flachgetriebe ausgeführt sind.
Die Hohlwelle (2) umgreift die Innenwelle (1) auf der gesamten Hohlwellenlänge mit einem Ringspalt (13) von gleicher Größe. Dieser Ringspalt ist zumindest am unteren Hohlwellenende durch eine zwischen beiden Wellen (1, 2) liegende Dichtung (14) bevorzugt in Form einer Lippendichtung, Stopfbuchsdichtung oder Gleitringdichtung abgedichtet.
Die Kegelräder (4, 5, 6) können sowohl geradverzahnt oder bogenverzahnt (spiralverzahnt) sein. Das obere Kegelrad (4) und das untere Kegelrad (6) sind gleich groß. Das seitliche Kegelrad (5) hat vorzugsweise ebenfalls die gleiche Größe, kann jedoch auch größer oder kleiner dimensioniert sein als die anderen beiden Kegelräder. Die unterschiedliche Dimensionierung des seitlichen Kegelrades (5) führt bei Antrieb über die seitliche Welle (3) zu einer Über- bzw. Untersetzung.
Das Kegelradgetriebe befindet sich in einem geeigneten Gehäuse oder Gerüst (12), welches beispielhaft und grob schematisch dargestellt ist. Das Gehäuse wird in geeigneter Weise auf dem Rührgefäß angebracht. Die mit den jeweiligen Wellen (1, 2, 3) fest verbundenen Manschetten (9, 10, 11) verhindern exemplarisch in der hier gezeigten Weise, dass die Kegelräder (4, 5, 6) durch Verschiebung ihrer Wellen (1, 2, 3) aus ihrer Position entfernt werden.
Sowohl die Innenwelle (1) als auch die Hohlwelle (2) ist mit Rührwerkzeugen (7, 8) bestückt. Diese Rührwerkzeuge können die unterschiedlichsten Geometrien besitzen, z. B. Blatt, Schrägblatt, Propeller, Impeller, Wendel, Anker, Scheiben, MIG. Die jeweiligen Rührwerkzeuge (7, 8) können gleiche oder verschiedene Geometrien aufweisen. Für Flüssigkeiten mit niedriger (< 500 mPa·s) und mittlerer (500–5.000 mPa·s) Viskosität ist das Rührwerkzeug (7) bevorzugt das Spiegelbild von Rührwerkzeug (8). Für niedrige Viskositäten eignen sich beispielsweise Impeller-Rührer oder Propeller-Rührer. Im mittleren Viskostätsbereich werden Blatt-Rührer bevorzugt. Für den hohen Viskositätsbereich (> 5.000 mPa·s) eignen sich demgegenüber bevorzugt Kombinationen aus beispielsweise Anker-Rührer und Blatt-Rührer oder beispielsweise Anker-Rührer und MIG-Rührer.
Aufgrund seiner Durchmischungscharakteristik eignet sich die erfindungsgemäße Antriebseinheit für Rührwerke besonders zum Homogenisieren, Suspendieren, Emulgieren, Begasen und für den Wärmeaustausch. Die Anwendungen der Antriebseinheit reichen damit beispielsweise vom einfachen Mischen von Flüssigkeiten, Feststoffen oder Gasen bis hin zum Durchführen chemischer Reaktionen und Fermentieren. Durch die gegenläufige Bewegung von Innenwelle (1) und Hohlwelle (2) wird zudem die Trombenbildung vermieden, so dass sich Kessel und Reaktoren weitaus besser in Bezug auf ihren Füllgrad ausnutzen lassen. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit eignet sich für den Labor-, Technikums- oder Betriebsmaßstab.

Claims

Antriebseinheit für Rührwerke mit zwei sich koaxial und gegenläufig drehenden, mit Rührwerkzeugen ausgestatteten Rührwellen, welche mit einem Kegelradgetriebe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Kegelrad (4) fest mit einer Innenwelle (1), das untere Kegelrad (6) fest mit einer die Innenwelle umgreifenden Hohlwelle (2) verbunden ist und ein drittes, mit einer separaten Welle (3) verbundenes Kegelrad (5) rechtwinklig in das obere Kegelrad und das untere Kegelrad greift.
Antriebseinheit nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwelle (1) hohl ausgeführt ist.
Antriebseinheit nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (13) am unteren Hohlwellenende durch eine zwischen beiden Wellen (1, 2) liegende Dichtung (14) in Form einer Lippendichtung, Stopfbuchsdichtung oder Gleitringdichtung abgedichtet ist.
Antriebseinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührwerkzeuge (7) spiegelbildlich zu den Rührwerkzeugen (8) konstruiert sind.