Was ist ein Rührflügel?
Der Rührflügel ist die wichtigste Komponente des Rührwerks, da er für die Übertragung der Rotationsenergie vom Motor in den Tank verantwortlich ist.
Die Rotationsenergie wird hauptsächlich für den Austrag, der eine zirkulierende Strömung im Behälter erzeugt, und die Scherwirkung, die eine lokale Scherkraft ausübt, verwendet. Die Geometrie des Rührflügels kann optimiert werden, je nachdem, ob die Austrags- oder die Scherwirkung im Vordergrund steht.
Der Rührflügel kann für den jeweiligen Zweck ausgewählt werden, indem die maximale Kapazität bestimmt wird, die mit einer bestimmten Motorleistung erreicht werden kann. Zu den typischen Rührflügeln gehören Propellerflügel, Turbinenflügel, Ankerflügel, Paddelflügel und Bandflügel.
Anwendungen von Rührflügeln
Rührflügel werden zum Mischen von Stoffen in einem Rührwerk eingesetzt. Bei relativ großen Anlagen ist das Fassungsvermögen des Rührbehälters groß und der Zeitbedarf für das Rühren entsprechend hoch. Kleine Rührwerke hingegen können problemlos vom Labor aus, z. B. in der Fabrikhalle, eingesetzt werden und sind in kurzer Zeit rührfertig.
Es ist üblich, die Form des Rührflügels, die für kleine Rührwerke in Frage kommt, so zu vergrößern, dass sie auch in größeren Rührwerken verwendet werden kann. In manchen Fällen, je nach Viskositätsbereich der Substanz, reicht jedoch eine einfache Vergrößerung des Rührflügels nicht aus, um die Substanz zu mischen. Die Vergrößerung des Rührflügels muss sorgfältig geprüft werden.
Funktionsweise des Rührflügels
1. Zustand der durch Rührflügel erzeugten Stoffe
Für die Durchmischung im Behälter sind Diffusion und Konvektion notwendig. Diffusion beschreibt das Phänomen der spontanen, detaillierten und gleichmäßigen Durchmischung durch Molekularbewegung. Konvektion hingegen beschreibt das Phänomen, dass verschiedene Stoffe innerhalb eines Behälters gestreckt oder aufgeteilt werden und sich über den gesamten Raum verteilt, wenn man ihn als großen Raum betrachtet.
2. Das durch Rührflügel verursachte Rührphänomen
Angenommen, in einem Tank befinden sich zwei verschiedene Flüssigkeiten in zwei Schichten. Wenn sich der Rührflügel unter Motorkraft dreht, zwingt er die Flüssigkeiten zunächst zu einer feinen Dispersion. Dies ist vergleichbar mit dem Schütteln eines Verbandes vor dem Gebrauch.
Je nach Form des Rührflügels fließt die Flüssigkeit, die mit dem Rührflügel in Berührung kommt, nach oben, unten, links und rechts, was zu einem bestimmten Verhalten der Rührflügel führt. So sind z. B. Paddelblätter geneigt und so geformt, dass sie mehr Strömung in vertikaler Richtung erzeugen. Bei Turbinenflügeln hingegen sind die Flügel auf Scheiben montiert, die mit hoher Geschwindigkeit im Behälter rotieren und eine hohe Scherkraft erzeugen.
3. Antrieb des Rührflügels
Wenn sich der Motor dreht, wird die Kraft auf die Welle übertragen. Wird an diesen Vorgang ein Untersetzungsgetriebe angeschlossen, erhöhen sich die Untersetzung und das Drehmoment entsprechend dem Untersetzungsgetriebe. Die Wellenabdichtungsvorrichtung ermöglicht auch die Abdichtung des Tanks, ohne die Rotation zu stören. Als Wellendichtungen werden im Allgemeinen Stopfbuchspackungen oder Gleitringdichtungen verwendet.
Arten von Rührflügeln
Als Rührflügel für Stoffe mit niedriger Viskosität werden Propellerflügel, Turbinenflügel und Paddelflügel verwendet. Die Anzahl der Rührflügel und der Winkel, in dem sie angebracht sind, können den Mischzustand der Substanz verändern.
Bei den Rührflügeln für hochviskose Stoffe handelt es sich hingegen um Ankerflügel und Bandflügel. Sie werden zur Homogenisierung von hochviskosen Flüssigkeiten und zum Wärmeaustausch eingesetzt.
1. Rührflügel im niedrigen Viskositätsbereich
Propellerflügel
Dies ist ein gängiger Rührflügel, der in seiner Form einem Hubschrauberpropeller ähnelt. Er kann eine Flüssigkeitsströmung in axialer Richtung im Tank bilden, was eine energieeffiziente Umwälzung ermöglicht.
Turbinenflügel
Hierbei handelt es sich um die Form einer Scheibe mit Flügeln, die eine hohe Scherkraft aufweist und sich für die Tröpfchenverfeinerung und die Gas-Flüssigkeits-Dispersion eignet. Der Nachteil ist der hohe Stromverbrauch, aber sie kann in einem breiten Viskositätsbereich eingesetzt werden.
Paddelblätter
Die Form ähnelt der eines Schiffsruders. Aufgrund ihrer einfachen Struktur werden sie als Material für die Gewinnung grundlegender Rührdaten verwendet. Sie werden häufig in großen Rührwerken mit niedrigen Drehzahlen eingesetzt und können mit Leitblechen versehen werden, um starke Turbulenzen zu erzeugen, die ein effizientes Rühren von Flüssigkeiten ermöglichen.
2. Rührflügel im hohen Viskositätsbereich
Ankerflügel
Geformt wie ein Schiffsanker. Er kann Substanzen mischen, die sich in der Nähe der Wand des Rührbehälters aufhalten, hat aber den Nachteil, dass er nur schwer eine Strömung in axialer Richtung erzeugen kann.
Schaufelband
Dies ist ein typischer Rührflügel im Bereich hoher Viskosität. Er hat die gleichen Eigenschaften wie der Ankerflügel, ist aber komplexer aufgebaut. Der Rührflügel kann geneigt werden, so dass eine axiale Strömung entsteht.