Rührteil für einen Magnetrührer
Die Erfindung betrifft ein Rührteil für leinen Magnetrührer, bei dem das Rührteil als länglicher Rührstab ausgebildet ist, der frei beweglich in dem das zu verrührende Medium aufnehmden Behälter liegt und der durch magnetische Kraftübertragung in Umdrehung versetzbar und führbar ist.
Magnetrührer der vorgenannten Art finden in Laboratorien wie auch -in der chemischen Industrie, insbesondere bei Prozessen Verwendung, bei denen Reak tionen unter Luftabschluss oder sogar im Vakuum ablaufen sollen und bei denen zusätzlich ein Umrühren bzw.
Verrühren des Mediums erwünscht ist. Gegenüber bekannten mechanischen Rührgeräten bestechen Magnetrührer durch die Einfachheit ihres Aufbaus und die Billigkeit ihrer Konstruktion. Im Hinblick auf die Sicherheit ihrer Arbeitsweise können aber auch sie in den bislang bekannten Ausführungsformen nicht voll befriedigen; denn bei der freien Rotationsbewegung des Rührstabes ist dessen sichere, zentrische Führung in dem Rührgefäss meist einem gläsernen, becher- oder kugelförmigen Gefäss keineswegs immer gewährleistet.
Der Rührstab wird zwar durch das Kraftfeld des ausserhalb des Gefässes rotierenden Magneten im allgemeinen hinreichend exakt zentriert. Diese Zentrierung hat sich jedoch als nicht stark genug erwiesen, um bei einem Aussr-Takt-Fallen des Rührstabes gegenüber dem Antriebsmagneten, wie es bei mehr oder weniger plötzlich auf den Rührstab wirksam werden den Belastungsänderungen eintreten kann, ein Ausweichen desselben aus seiner Zentrumlage in Richtung seiner strömungsgünstigeln Längsachse mit Sicherheit zu verhindern.
Neben höheren Rotationsgeschwindigkeiten, die gefährlich waren, da mit steigender Drehzahl des Rührstabes die Gefahr des Ausser-Takt-Fallens stark wächst, war aus den vorgenannten Gründen deshalb auch die Verwendung von grösseren und schwereren Rührstäben, die zur Erbringung von grösseren Rührwirkungen notwendig sind, nicht angezeigt, da natürlich bei einem Ausser-Takt-Fallen . dieser schweren Rührstäbe die Gefahr der Zerstörung oder Beschädigung der Gefässe weit grösser als mit kleinen, bislang gebräuchlichen Rührstäben ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die an sich bekannten Magnetrührer dahingehend zu verbessern, dass auch grössere und schwerere Rührstäbe, die entsprechend grössere Rührleistungen ermöglichen, verwendet werden können, ohne dass bei einem eventuellen Ausser-Takt-Fallen des Rührstabes eine Zerstörung oder Beschädigung des Rührbehälters zu befürchten ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das in Form eines länglichen Rührstabes ausgebildete Rührteil eine seinen Strömungswiderstand in seiner Längsrichtung vergrössernde Ausbildung aufweist. Eine derartige Ausbildung des Rührstabes kann in zweierlei Hinsicht zur Stabiilisierung von dessen Bewegung während des Rührvorganges beitragen. Einmal wird insbesondere jede beschleunigte Verschiebung des Rührstables in seiner Längsrichtung, wie sie durch ein Ausser- Takt-Fallen des Rührstabes hervorgerufen werden kann, schon sehr bald abgebremst, die Ausweichung aus dem Zentrum ist somit klein und der Rührstab kann durch das seine Führung bewirkende Magnetfeld wesentlich leichter wieder eingefangen und wieder mitgenommen werden.
Zum anderen kann durch entsprechende Ausbildung des bzw. der den Strömungswiderstand vergrössernde Abschnitte bzw. Teile des Rührstabes erreicht werden, dass der Rührstab beim Ausser- Takt-FalBem im wesentlichen sich nicht mehr radial nach aussen verschieben kann, sondern dass diese Verschiebungsbewegung in eine in Umfangsrichtung, vor zugsweise in : Drehrichtung verlaufende Bewegung um- geleitet wird. Ein erfindungsgemäss ausgebildeter Rührstab ist daher weitgehend selbstzentrielrend, so dass nunmehr der Verwendung schwerer Rührstäbe und insbesondere auch der Verwendung grösserer Rührgeschwindigkeiten nichts mehr im Wege steht.
Zur Vergrösserung des Strömungswiderstandes des Rührstabes kann im Rahmen der Erfindung zumindest ein quer zur Stablängsrichtung sich erstreckendes, scheibenförmiges Teil vorgesehen sein. Eine derartige Ausbildung macht es auch möglich, die bislang verwendeten Magnetrührstäbe durch nachträglichen Umbau im Sinne der Erfindung zu verbessern.
Im Hinblick auf eine einfache Montage, eine ein- fache Reinigung der Rührstäbe sowie auf die Austauschbarkeit von Scheiben zur Anpassung an das jeweils zu bearbeitende Medium kann es zweckmässig sein, die Scheiben lösbar aufzusetzen. Hierzu können die Scheiben durch Verspannung gehalten sein.
Die Scheiben können jedoch auch durch Verschraubung, hier insbesondere durch konisch gestaltete Gewinde, auf dem Rührstab befestigt werden, wobei selbstsichernden Verblindungen der Vorzug zu geben ist.
Wird der Riihrstab einstückig mit den sich quer zu seiner Längsrichtung erstreckenden Teilen ausgebildet, so kann er als Ganzes mit ein,em Schutzüberzug, beispielsweise aus Keramik, unmagnetischem Metall, Kunststoff, z. B. einem Polyamid, oder Gummi versehen sein. Findet ein Rührstab glatter Stabform Verwendung, der ebenfalls mit einem Überzug versehen sein kann, so können die Scheiben bereits aus einem in dem jeweils zu verrührenden Medium unlösbaren Material hergestellt sein. Als Materialien kommen hierinsbeson- dere keramische Stoffe, unmagnetische Metalle, Kunststoffe, wie etwa Polyamide oder Gummi in Frage.
Die Scheiben können jedoch auch aus einem magnetischen Material hergestellt werden, wobei es sich dann als zweckmässig erweist, sie mit einem in dem zu verrührenden Medium unlösbaren Überzug zu versehen.
Dies kann gegebenenfalls zusammen mit dem Rührstab geschehen, wobei dann das Überzugsmaterial gleichzeitig zur Halterung der Scheiben auf dem Stab dienen kann.
Mit Vorteil sind die sich quer zur Längsrichtung des Stabes erstreckenden Teile meist kreisförmig ausgebildet. Um jedoch auch eine Verwirbelung des zu rührenden Mediums zu erreichen, kann es von Vorteil sein, wenn diese vorzugsweise scheibenförmigen Teile eine unregelmässige Umfangsform aufweisen. In Ausgestaltung der Erfindung kann es von Vorteil selin, die quer zur Längsrichtung des Stabes sich erstreckenden, vorzugsweise scheibenförmigen Teile aussermittig zur Längsachse des Rührstabes anzuordnen. Hierdurch kann der Rührstab in grösserer Bodennähe und damit dem unterhalb des Gefässbodens liegenden Magneten benachbart liegen, so dass der Abstand zwischen Magnet und Rührstab gering und damit d'ie magnetische Kraftübvr- tragung gut ist.
Im Hinblick auf eine gute Zentrierung sowie auf eine vorteilhafte Verbindung zwischen Rührstab und den quer zur Stablängsrichtung sich erstreckenden, vorzugsweise scheibenförmigen Teilen, kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn diese, vom Rührstab aus gesehen, nach aussen gewölbt sind.
Bei einer herstellungsmässig besonders zweckmässigen Ausgestaltungsform kann der Überzug für den aus magnetischem Material bestehenden Rührstab durch einen Schlauch, beispielsweise aus Polyamid, gebildet sein. Bei einem derartig überzogenen Rührstab ist ein Verschwei Ilen, Verkleben oder dergleichen der Schlauchenden nicht erforderlich, wenn der scheibenförmige Teil zur Aufnahme des Rührstabes ein Sackloch aufweist. Zweck mässigerweise kann das Sackloch mit Gewinde versehen sein, so dass sich auch ein Verkleben oder Verschweissen zwischen dem Überzugmaterial und der Scheibe erübrigt.
Das Ende des Schlauch, es ragt mit Vorteil hierzu etwas über das Ende des Stabes hinaus, so dass der Rührstab mit dem Schlauch leicht in das Sackloch eingeführt werden und das Gewinde der Scheibe den Schlauch fassen kann, ohne dass dieser selbst mit Gewinde versehen oder anderweitig vorbereitet werden muss. Durch die Verschraubung des gewindelosen, vorzugsweise weichen Schlauches mit der Scheibe ergibt sich absolut dichter Abschluss des im Sackloch liegenden Schlauchendes, da sich das Gewinde des Sackloches beim Eindrehen des Rührstabes in das Sackloch in den Schlauch einprägt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaitungsform wird dadurch erhalten, dass an jedem Rührstabende oder in jeder Scheibe eine Sicherung in der Art eines Federringes oder einer Federscheibe angebracht wird, die ein Lösen oder ein Herausdrehen der Scheibe verhindert.
Eine weitere herstellungsmässig vorteilhafte Ausführungsform, bei der eine vorausgehende Bearbeitung der Teile des schlauchförmigen Überzuges und der damit zu verbindenden Scheibe entfällt, ergibt sich dadurch, dass der Schlauch durch Reibschweissung mit dem scheibenförmigen Teil verbunden wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Magnetrührstab mit einer Anzahl darauf angeordneter Stabilisierungsscheiben,
Fig. 2 Befestigungsarten für die Stabilisierungsscheiben auf dem Stab,
Fig. 3 eine Stabilisierungsscheibe gemäss Fig. 2 in einer Seitenansicht,
Fig. 4 und 5 Befestigungsarten für Stabilisierungs scheiben auf Magnetrührstäben,
Fig. 6 bis 10 Ausbildungsformen von StabEilisie- rungsscheiben,
Fig. 11 und 12 Magnetrührstäbe mit strömungsgünstig ausgebildeten Stabilisierungsscheiben und
Fig. 13 eine Seitenansicht einer Stabilisierungsscheibe gemäss Fig. 11.
In Fig. 1 ist ein Magnetrührstab 1 mit drei darauf angeordneten Stabilisierungsscheiben 2-4 gezeigt. Beim Magnetrührstab 1 kann es sich um einen der bislang gebräuchlichen Magnetrührstäbe handeln, auf dem nachträglich die Stabilisierungsscheiben, wie sie beispielsweise in den Figuren dargestellt sind, in verschiedenster Weise angebracht werden können. Auf diese Weise ist es möglich, m'it einp,m Satz solcher Stabilisierungsscheiben bereits vorhandene Rührstäbe so umzugestalten, dass einmal die erfindungsgemässen Vorteile erreicht werden und dass zum anderen jedem Bedarfs- und Spezialfall Rechnung getragen werden kann.
Der Durchmesser der Scheiben ist prinzipiell frei wählbar. Er ist häufig jedoch dadurch begrenzt, dass in Kolben mit angesetztem Hals gerührt wird, wobei der Durchmesser der Scheiben, sollen steife Scheiben Verwendung finden, den Halsdurchmesser der Gefässe natürlich nicht überschreiten können. Durchmesser von 20 bis 25 mm für die Scheiben haben sich als ausreichend und zweckmässig erwiesen, da sie noch die Aufnahme von Magnetrührstäben mit Durchmessern bis zu etwa 8 mm ermöglichen.
In Fig. 1 ist zusätzlich zu den an den Enden vorgesehenen Stabilisierungsscheiben 2, 4 noch eine Scheibe 3 angeordnet, die etwa in der Mitte des Rührstabes sitzt. Durch diese Scheibe 3 ergibt sich im wesentlichen nur eine vergrösserte Verwirbelung des zu verrührenden Materials. Aus diesem Grunde kann es zweckmässig sein, für die Scheibe 3 eine andere Form und eine andere Grösse als für die endständigen Scheiben 2, 4 vorzusehen.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 2 sind Befe stigungsmöglichkeiten für Stabilisierungsscheiben 5 auf einem Rührstab 1' dargestellt. Der Stab 1' weist nahe seinem Ende eine Nut 6 auf, auf die eine Scheibe 5, falls diese aus elastischem Material hergestellt wird, aufgestaucht werden kann. An seinem anderen Ende ist der Rührstab 1' im vorliegenden Fall mit einem Zapfen 7 versehen, in dem eine Bohrung 8 vorgesehen ist, so dass eine auf den Zapfen 7 geschobene Scheibe 5 durch einen hier nicht dargestellten Stift verriegelt werden kann. Ebenso wie die Scheiben, die beispielsweise aus einem dem jeweils zu verrührenden Medium nichtlösbaren Kunststoff bestehen können, kann auch der für die Bohrung 8 vorgesehene Stift aus einem Kunststoff hergestellt sein.
Fig. 4 zeigt die Befestigung von Scheiben 5, 5' auf einem Rührstab 1 üblicher Bauart. Zur Befestigung dienen hier Klemmringe 9, die auf den Rührstab aufziehbar sind und die, wie im Falle der Scheibe 5', in eine Innennut 10 der Scheibe eingreifen können oder die beidseiitig der Scheibe 5 auf dem Rührstab angeordnet werden können.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Rührstab 1 aussermittig in den Stabilisierungsscheiben 10', 11 angeordnet ist. Eine für diesen Zweck geeignete Scheibenausblildung zeigt beispielsweise Fig. 6, in der eine Scheibe 12 dargestellt ist, die bei im wesentlichen kreisförmiger Ausbildung eine abgeflachte Auflagefläche 13 aufweist. Neben einer im Zentrum angeordneten Bohrung 14 sind in der Scheibe 12 noch zusätzliche Bohrungen 15 vorgesehen, die verschiedene Grössen aufweisen können, so dass sich die Möglichkeit ergibt, die Scheibe 12 gegebenenfalls auch auf Rührstäbe 1 mit anderem Durchmesser aufzustecken, wobei dann allerdings der Effekt der besonders grossen Bodennähe des Rührstabes bei Anlage der Scheibe 12 mit ihrer abgeflachten Auflagefläche 13 auf dem Boden hinfällig ist.
Die Scheiben 10 und 11 gemäss Fig. 5 können in ihrem Aufbau der Scheibe 12 gemäss Fig. 6 entsprechen. Anhand der Scheibe 10' ist hierbei zusätzlich noch eine Möglichkeit angedeutet, einen besonders guten Sitz der Scheibe auf einem ansonsten glatten Rührstab zu gewährleisten. Es ist hier ein Sprengring 16 in die Scheibe miteingepnesst, so dass sich ein besonders starker Kllemmschluss ergibt.
Die Fig. 7 bis 10 zeigen wahlweise Ausführungsformen von Stabilisierungsscheiben. Die in Fig. 7 dargestellte kreisrunde Scheibe 17 weist lediglich eine zentrale Bohrung 14 auf und stellt somit bei planen Seitenflächen 18 eine Ausführungsform dar, die sich in einfachster Weise direkt vom Bandmaterial abstechen lässt. Eine derartige Scheibe kann leicht drehbar auf dem Stab angeordnet werden, was besonders im schweren Betrieb von Vorteil sein kann, da es sich gezeigt hat, dass Stäbe mit fest daran angebrachten Scheiben im Betrieb über den Boden schleifen und sich kaum abwälzen.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 8 ist eine Sta bilisierungsscheibe 19 mit einer r zentralen Bohrung 14 und mit am Umfang vorgesehenen Ausnehmungen 20 dargestellt. Die Ausnehmungen können vielfältige Formen aufweisen und tragen je nach Häufigkeit und Gestalt dazu bei, kleben einer Verrührung des zu verarbeitenden Mediums auch dessen Verwirbelung zu erreichen. Die Scheibe 21 gemäss Fig. 9 weist eine Vieleckform auf, wie sie sich in all jenen Fällen als zweckmässig erweist, in denen mehrere Scheiben 21 auf einem Rührstab drehfest angeordnet sind und in denen ein Umdrehen des Rührstabes um seine eigene Längsachse erwünscht ist.
Werden nämlich die einzelnen Scheiben 21 gegeneinander versetzt angeordnet, so ergibt sich keine stabile Lage für den Rührstab und es wird dieser beim Rühren mehr oder weniger unruhig umlaufen, wodurch die allgemeine Rührwirkung verbessert wird.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 10 ist eine Scheibe 22 dargestellt, die einen Kranz von Bohrungen 23 aufweist. Die Bohrungen 23 liegen sämtlich. aussermittig, so dass sich jeweils ein vergleichsweise geringer Abstand des Rührstabes vom Behälterboden ergibt, und sie weisen insbesondere auch unterschiedliche Durchmesser auf, so dass sie für Rührstäbe verchiedener Dicke Verwendung finden können.
In den Fig. 11 bis 13 sind Ausführungsformen von Scheiben gezeigt, die in Umlaufrichtung einen besonders geringen Strömungswiderstand aufweisen. In Fig. 11 sind an dem Rührstab 1 gewölbte, tropfenförmige Stabilisierungsscheiben 24 vorgesehen, die fest auf dem Rührstab angeordnet sein können. Diese Ausbildungsform ergibt in Umlaufrichtung einen geringen Strömungswiderstand der Stabilisierungsscheiben, und bei aussermittiger Anordnung des Rührstabes kann sie im übrigen auch dazu führen, dass die bei einem Ausser- Takt-Fallen des Rührstabes gegenüber dem Antriebsmagneten nach Verlust der Zentrierung insbesondere auftretenden Beschleunigungen in Stablängsrichtung teilweise in Beschleunigungen in Umlaufrichtung umgesetzt werden.
Auf diese Weise lässt sich lein noch schnelleres Einfangen des ausser-Takt-gefallenen > Rührstabes erreichen. Die in Fig. 12 vorgesehenen Stabilisierungsscheiben 25 und 26 stellen abgewandelte Ausführungsformen der Stabilisierungsscheiben gemäss Fig. 11 dar.
Die Stabilisierungsscheibe 25 ist ähnlich wie die Stabilisierungsscheibe 24 gewölbt ausgebildet, vermeidet jedoch deren in der Herstellung vergleichsweise kompli ziertere Tropfenform. Die Scheibe 26 weist einfache Pilzform auf. Bei vereinfachterer Ausbildung und Herstellung lässt sich mit den Scheiben 25 und 26 eine ähnliche Wirkung wie mit den Scheiben 24 erreichen.
Ist bei strömungsgünstig ausgebildeten Scheiben ein geringer Abstand des Rührstabes zur Auflagefläche der Scheiben erwünscht, so kann auf eine Ausbildungsform gemäss Fig. 13 zurückgegriffen werden. Die hier dargestellte Scheibe 27 ist in Seitenansicht etwa eliptisch, so dass der Abstand des Rührstabes zur Auflagefläche vergleichsweise gering wird.
Bei der Vielfalt der Möglichkeiten der Ausbildung von Stabilisierungsscheiben oder auch einer entsprechenden Ausbildung des Stabes selbst können die Ausführungsbeispiele naturgemäss nicht erschöpfend sein. Sie sind deshalb lediglich als eine beispielsweise Auswahl aus den im Rahmen der Erfindung gegebenen Möglichkeiten anzusehen.