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Vorrichtung zum Einkapseln eines Füllmaterials in ein Einkapselungsmedium durch Zentrifugalwirkung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einkapseln eines Füllmaterials in einem Einkapselungsmedium durch Zentrifugalwirkung, bestehend aus einem um eine vertikale Achse drehbaren Kopf mit mindestens einer Mündung in seiner Aussenwand, einer Zuführungsleitung für das Einkapselungsmedium und einer Zuführungsleitung für das Füllmaterial in den Kopf und einer Antriebsvorrichtung zum Drehen des Kopfes um seine vertikale Achse.
In der USA-Patentschrift Nr. 3, 015, 128 ist eine Vorrichtung für die Massenproduktion solcher Kapseln beschrieben die aus einem um eine vertikale Achse drehbaren. hohlen zylindrischen Körper besteht, durch dessen Aussenwand sich mehrere konzentrisch angeordnete Düsen erstrecken.
Während der Rotation des Körpers wird diesem ein flüssiges Einkapselungsmedium so zugeführt, dass sich über dem im Inneren des Körpers befindlichen Ende jeder Düse aufeinanderfolgend Filme des Einkapselungsmediums bilden ; gleichzeitig wird den die Düsen überspannenden Filmen des Einkapselungsmediums Füllmaterial zugeleitet. Die Drehzahl des zylindrischen Körpers wird so geregelt, dass die sich einstellende Zentrifugalkraft grösser als die Haftung des Einkapselungsmediums an den Düsen wird, wodurch das Füllmaterial vom Einkapselungsmedium umschlossen wird und die so gebildete Kapseln von den Düsen nach aussen geschleudert werden. Auf diese Weise bildet sich jedes Mal nach Abtrennung einer Kapsel über der Düse ein neuer Film, der wieder Füllmaterial umhüllt. Das Einkapselungsmedium wird dann auf geeignete Art gehärtet, z.
B. durch ein Härtungsbad, in das die feuchten Kapseln eingebracht werden.
Bei einem gegebenen Durchmesser der Düsenöffnung hängt die Grösse der erzeugten Kapseln von der Drehzahl des hohlen zylindrischen Körpers ab. Der Durchmesser der entstehenden Kapseln ist umgekehrt proportional der Drehzahl des zylindrischen Körpers, so dass es für die Produktion grosser Kapseln notwendig ist, diesen Körper mit relativ niedriger Drehzahl rotieren zu lassen.
Diese bekannte Schleudervorrichtung ist für die Massenproduktion verhältnismässig kleiner Kapseln hervorragend geeignet, oft wäre es jedoch vorteilhaft, sie zur Herstellung von grösseren Kapseln heranzuziehen. Bei einem typischen Produktionsgang mit einer Vorrichtung dieser Art stellte es sich als unmöglich heraus, Kapseln von 1500 u Durchmesser herzustellen, sogar bei Kapseldurchmessem in der Grössenordnung von nur 1000 li war die Qualität der von einer solchen Vorrichtung produzierten Kapseln unbefriedigend.
Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung einer Vorrichtung zur Herstellung von Kapseln guter Qualität mit Durchmessern über 1000 p durch Zentrifugalwirkung, deren wesentlicher Aufbau jenem der Vorrichtung nach der USA-Patentschrift Nr. 3, 015, 128 gleich ist.
Bei Vorrichtungen der oben beschriebenen Art wurde festgestellt, dass bei Rotieren des zylindrischen Hohlkörpers mit niedrigen Drehzahlen die noch feuchten Kapseln die Tendenz haben, entlang der Aussenwand des Hohlkörpers abzulaufen. Obwohl die auf die Kapseln wirkende Schwerkraft bei der Produktion kleiner Kapseln ein vemachlässigbarer Faktor ist, spielt sie bei der Produktion grösserer
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Kapseln offensichtlich eine nicht unbedeutende Rolle. Erfindungsgemäss soll die nachteilige Wirkung der Schwerkraft dadurch ausgeschaltet werden, dass die in der Aussenwand des zylindrischen Hohlkörpers angeordnete (n) Mündung (en) als nach unten und aussen weisende Austrittsöffnung (en) ausgebildet ist (sind).
Die Achse der Austrittsöffnungen ist gegenüber einer zur Rotationsachse des Zylinders Normalen unter einem Winkel geneigt, der jenem Winkel entspricht, den die Vektoren der Zentrifugalkraft --Fc- und der Schwerkraft-Fg-- miteinander bilden.
Vorzugsweise steht die Aussenfläche der Aussenwand des Kopfes in unmittelbarer Nachbarschaft zu jeder der Austrittsöffnungen normal auf die Längsachse der Austrittsöffnung. Die Aussenwand des Kopfes weist vorzugsweise vor jeder der Austrittsöffnungen eine zu dieser konzentrische Bohrung auf, die gegen die Austrittsöffnung zu konisch zusammen läuft.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen überall gleiche Teile. Fig. 1 stellt eine schematische Teilansicht einer Ausführungsform der Erfindung dar, bei welcher eih drehbarer zylindrischer Hohlkörper einen Satz von Austrittsöffnungen in gleicher Höhe konzentrisch um die vertikale Achse des Kopfes angeordnet hat. Fig. 2 einen Querschnitt durch einen solchen zylindrischen Körper, und Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäss einer andemAusführungsform oder Erfindung, wobei ein drehbarer zylindrischer Hohlkörper nur eine Austrittsöffnung aufweist.
Es wird nun auf Einzelheiten der Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Das Füllmaterial und das Einkapselungsmedium werden dem Inneren des zylindrischen Hohlkörpers --10-- aus Vorratsbehältern --11-- (Füllmaterial) bzw.-12- (Einkapselmedium) zugeführt. Das Einkapselungsmedium strömt vom Vor-
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durch die Zentrifugalkraft zur Aussenwand --16-- des Kopfes --10-- getrieben, wo es sich gleichmässig über die Innenfläche dieser Aussenwand verteilt. Dadurch wird am inneren Ende jeder der Austrittsöffnungen --17-- ein Film gebildet.
Das Füllmaterialströmtvom Vorratsbehälter-11-durch eine Rohrleitung-18-auf eine Schleu- del'Scheibe --19--, die im zylindrischen Körper --10-- konzentrisch montiert ist und sich konzentrisch zum Zylinder dreht. Auch hier wird der Durchfluss des Füllmaterials von einem Ventil in der Leitung - geregelt.
Wie im folgenden beschrieben, wird bei Drehung der Schleuderscheibe flüssiges Füllmaterial nach aussen gegen die Filme über den Austrittsöffnungen --17-- geschleudert, entweder in Form von Tröpfchen oder als dünne Schicht. Wie schon erwähnt, bewirkt dann die auf die Filme wirkende Zentrifugalkraft, dass die Filme des Einkapselungsmediums das Füllmaterial umhüllen und die so gebildeten Kapseln durch die Austrittsöffnungen --17-- nach aussen geschleudert werden.
Wie in den Zeichnungen zu ersehen, ist der zylindrische Körper --10-- auf einer Welle --20-montiert, die über einen Riemen --22-- von einem Motor --21-- in Drehung versetzt wird. Die Schleuderscheibe --19-- sitzt konzentrisch im Körper --10-- und ist auf einer Welle --23-- montiert, die sich konzentrisch durch eine zentrale Öffnung in der Welle --20-- erstreckt und mittels eines Riemens - -24-- vom Motor --25-- angetrieben wird.
Durch diese Anordnung kann man die Schleuderscheibe und den zylindrischen Körper mit unter- schiedlichen Drehzahlen rotieren lassen. Dadurch ist eine zusätzliche Kontrolle über die Grösse der Füllmaterialtröpfchen und der Kapseln möglich ; je schneller die Schleuderscheibe rotiert, desto kleinere Tröpfchen des Füllmaterials bilden sich ; je schneller der zylindrische Körper rotiert, desto kleiner werden die abgeschleuderten fertigen Kapseln.
Gemäss Fig. 2 ist die Welle --20-- mit der Aussenwand --16-- des Körpers --10-- durch einen Steg - verbunden. Vom unteren Ende der Wand --16-- erstreckt sich ein Flansch --27-- radial nach innen, um eine horizontale Fläche --28-- zu bilden, die vom gebogenen Ende --29-- der Rohrleitung - aus mit Einkapselungsmedium beschickt wird. Rotiert der Zylinder, so treibt die Zentrifugalkraft das Einkapselungsmedium nach aussen auf die Innenfläche --30-- der Wand --16--.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen, verläuft diese Fläche schräg nach oben und aussen, so dass sich das Einkapselungsmedium auf dieser nach oben und durch öffnungen --31-- im steg --26-- ausbreiten kann. In der Innenfläche --30-- ist eine ringförmige Vertiefung --32-- vorhanden, die von den Austrittsöffnungen --17-- durch einen Damm --33-- getrennt ist, welcher das Einkapselungsmedium auf verhältnismässig gleichförmigem Niveau hält, wenn es zu den Düsen überläuft.
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In ähnlicher Weise fällt Einkapselungsmedium, das durch die Rohrleitung --14-- zugeführt wird, auf einen unter dem unteren Ende der Rohrleitung angeordneten Flansch-34-, von wo es radial nach aussen in die ringförmige Vertiefung --35-- in der Innenfläche --30-- der Wand --16-- geleitet wird.
Diese Vertiefung ist vom Band der Düsen durch einen Damm --36-- getrennt, der ähnlich wie der Damm --33-- den fluss des Einkapselungsmediums auf gleichmässiger Höhe hält.
Beim Überqueren der Dämme --33 und 36-- fliesst das Einkapselungsmedium in einen aus nach aussen zusammenlaufenden Wänden --37 und 38-- gebildeten Einlassabschnitt der Innenfläche-30-, der zu den Austrittsöffnungen --17-- führt.
Wie ebenfalls in Fig. 2 zu erkennen, weist die obere Fläche --39-- der Schleuderscheibe --19-eine mittige Vertiefung auf, der über die Rohrleitung das Füllmaterial zugefuhrt wird. Von dieser Vertiefung aus wandert das Füllmaterial infolge der Rotation der Schleuderscheibe entlang der oberen Fläche --39-- der letzteren radial nach aussen. Von der Aussenkante --39-- werden diskrete Partikel oder eine dünne Schicht des Füllmaterials gegen den aus Einkapselungsmedium bestehenden, auf den inneren Enden der Austrittsöffnungen --17-- liegenden Film geschleudert.
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bad aufgefangen, welches das feuchte Einkapselungsmedium zu einer festen Kapselwand erstarren lässt.
Bei der verbesserten Konstruktion der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Achse jeder Austritts- öffnung --17-- in Richtung innen-aussen nach unten und aussen gerichtet. Genauer gesagt und wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, sind die Achsen der Austrittsöffnungen unter einem Winkel--6-- gegen- über der zur Rotationsachse des Zylinders Normalen geneigt. Dieser Winkel entspricht der Resultierenden aus den Vektoren der auf die Kapseln wirkenden Zentrifugalkraft-Fc--und der Schwerkraft --Fg--.
Die Einhaltung dieses Winkels ist nicht sehr kritisch.
Wenn z. B. der Abstand der Austrittsöffnungen von der Rotationsachse 101,6 mm beträgt und die Drehzahl des Körpers 180 Umdr/min ist, wird der Zentrifugalkraftvektor-Fc-3, 68 mal grösser als der Schwerkraftvektor --Fg-- und es gilt : tang # = 1/3,68 = 0, 271, d. h.
6 = 15 10 min.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung war es möglich, Kapseln guter Qualität mit grösseren Durchmessern zu produzieren als es mit der in der schon erwähnten Patentschrift beschriebenen Vorrich- tung möglich war. So war es beispielsweise mit der bekannten Vorrichtung mit Düsen von 3, 175 mm Durchmesser nicht möglich, Kapseln von zirka 2, 20 0 li Durchmesser zu erzeugen, wogegen es mit der erfindungsgemässen Vorrichtung, deren technische Daten im folgenden angegeben sind, möglich war, einwandfreie Kapseln des oben genannten Durchmessers mit einer Produktionsgeschwindigkeit von zirka 2,5 Kapsel pro Austrittsöffnung und Sekunde zu erzeugen.
Technische Daten der Vorrichtung :
Abstand der Austrittsöffnungen von der
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<tb>
<tb> Rotationsachse <SEP> 101, <SEP> 6 <SEP> mm
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Austrittsöffnungen <SEP> 90
<tb> Drehzahl <SEP> des <SEP> Zylinders <SEP> 200 <SEP> Umdr/min
<tb> Winkel <SEP> zwischen <SEP> der <SEP> Achse <SEP> der <SEP> Austrittsöffnungen
<tb> und <SEP> der <SEP> Normalen <SEP> auf <SEP> die <SEP> Rotationsachse <SEP> 10, <SEP> 50
<tb> Durchmesser <SEP> der <SEP> Schleuderscheibe <SEP> 89 <SEP> mm
<tb> Drehzahl <SEP> der <SEP> Schleuderscheibe <SEP> 600 <SEP> Umdr/min.
<tb>
Bei den unter den obigen Verhältnissen produzierten Kapseln war das Füllmaterial geruchloses Ligroin und das Einkapselungsmedium bestand aus folgenden Bestandteilen :
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<tb>
<tb> 1,6go <SEP> Natriumalginat <SEP> (XRB-300 <SEP> von <SEP> Marine <SEP> Colloid)
<tb> 3, <SEP> 3%) <SEP> Polyvinylalkohol <SEP> (Elvanol <SEP> 70-05 <SEP> von <SEP> du <SEP> Pont)
<tb> 0, <SEP> 3% <SEP> Hartkapselgelatine <SEP> (Gelatin <SEP> von <SEP> Atlantic)
<tb>
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<tb>
<tb> 5,0go <SEP> Glycerin
<tb> 89, <SEP> 4% <SEP> Wasser. <SEP>
<tb>
Obwohl bei der angegebenen Drehzahl die Resultierende aus Zentrifugal- und Schwerkraft mit der Normalen zur Rotationsachse einen Winkel von zirka 12 einschliesst, erhält man auch bei einem Winkel von 10, 5 einwandfreie Ergebnisse. Dadurch wird die ganze Vorrichtung natürlich allgemeiner anwendbar, da man für die Produktion von Kapseln anderer Grösse den Kopf mit etwas andem Drehzahlen rotieren lassen kann.
Bei der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Einkapselungszylinders sind die konischen Flächen --37 und 38-- bezüglich der Austrittsöffnungen --17-- symmetrisch, d. h. jede solche Fläche bildet mit deren Achse einen spitzen WinkeL Auch die das äussere Ende jeder Austrittsöffnung - umgebende Lippe ist zur Achse der Austrittsöffnung symmetrisch, da der Abschnitt --40-- der Aussenfläche --41-- der Aussenwand --16--, der das äussere Ende der Öffnung umgibt, zur Achsenormal steht. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, grenzt der Abschnitt --40-- an nach aussen zulaufende Abschnit- te --42 und 43-- der Aussenwand an, so dass die Kapsel beim Austritt aus der Düse kaum die Tendenz hat, an der Aussenwand hinunterzufliessen.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Körper --44-- zwecks Rotation um eine senkrechte Achse auf einer Welle --46-- montiert und besitzt auf einer Seite eine Austrittsöff- nung-45--. ZurAustrittsöffnung gehört ein Einsatz --48--, der eine Kammer --47-- im Körper --44-abschliesst und von der Austrittsöffnung --49-- durchsetzt wird. Die Welle --46-- kann auf jede geeignete Weise in Drehung versetzt werden.
In das Innere des Einsatzes --48-- ist ein Schraubstopfen --50-- geschraubt, um innerhalb der Kammer --47-- eine Innenkammer --51-- zu bilden. Der Einsatz besitzt eine Innenfläche-53-, die konisch nach aussen verläuft und für das innere Ende --49-- der Austrittsöffnung --45-- einen symmetrischen Einlass bildet. Die Aussenseite des Schraubstopfens --50-- hat eng angrenzend an die Fläche - eine ähnlich konisch geformte Wand --54--, um dazwischen einen Ringspalt zu bilden. Zwecks Einstellung der Grösse dieses Spaltes kann man den Schraubstopfen axial verstellen.
Das flüssige Einkapselungsmedium wird der Kammer --47-- durch eine äussere Rohrleitung --55-und einen Kanal-56-- im zylindrischen Körper zugeführt. Von dieser Kammer aus fliesst das Medium durch Öffnungen --57-- im Schraubstopfen --50-- in den Ringspalt zwischen dem Schraubstopfen und dem Einsatz --48--.
Bei Drehung des Körpers strömt das Einkapselungsmedium durch den Spalt radial nach aussen, um über dem inneren Ende --49-- der Austrittsöffnung --45-- einen Film zu bilden. Über ein Seitenrohr --58--, das zu einen geeigneten Vorratsbehälter (nicht eingezeichnet) führt, wird das Einkapselungsmedium dem Aussenrohr --55-- in kontrollierter Menge zugeführt.
Das Füllmaterial kommt von einem andern Vorratsbehälter (nicht eingezeichnet) durch eine innere Rohrleitung- 59-, die sich durch die äussere Rohrleitung -- 55-- nach unten erstreckt und an ihrem unteren Ende mit einem nach aussen führenden Rohr --60-- Verbindung hat. Letzteres führt knapp bis zum äusseren Ende des Schraubstopfens --50--, welcher von einer zur Düsenöffnung --49-- konzentrischen Öffnung --61-- durchsetzt wird.
Wie in Fig. 3 zu sehen, weist das Rohr --60-- vorzugsweise ebenfalls in die Achse der Öffnung --61--. Fliesst das Füllmaterial nach unten durch das Rohr--59-- und in das Rohr --60-- hinein, so wird es durch die darauf einwirkende Zentrifugalkraft in diskrete Partikel aufgeteilt. Wie in den Zeichnungen zu sehen, ist das Rohr --60-- schräg abgeschnitten, um das Abreissen der Partikel zu begünstigen.
Falls gewünscht, kann die Innenseite des Filmes durch die Öffnung --62-- in der Welle --46-- und den Kanal--63-- unter Druckluft gesetzt werden, um die Bildung gleichförmiger Kapseln zu begünstigen. Ein O-Ring --64--, der den Schraubstopfen --50-- umgibt und mit einerGegenbohrung auf der inneren Seite der Kammer --47-- des Körpers --45-- dicht abschliesst, zwingt diese Luft, durch den Schraubstopfen --50-- und die öffnung --61-- am Ende desselben zu strömen.
Bei der letzteren Ausführungsform der Erfindung wie auch bei der in Zusammenhang mit Fig. l und 2 beschriebenen Ausführungsform erstrecken sich die Achse der Austrittsöffnung sowie die darauf ausgerichteten Achsen der Öffnung --61-- und des Rohres --60-- in Richtung innen-aussen nach unten und nach aussen. Genauer gesagt, erstrecken sich diese Achsen unter Winkeln, die im wesentlichen dem resultierenden Kraftvektor aus Zentrifugalkraft und Schwerkraft, die auf die gebildeten Kapseln einwirken, entsprechen.
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Es versteht sich, dass gewisse Merkmale und Teilkombinationen der Erfindung an sich von allgemeiner Brauchbarkeit sind und ohne Bezug auf die andern Merkmale und Teilkombinationen angewendet werden können.
Da zahlreiche Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, ohne vom Geltungsbereich derselben abzuweichen, sind die Zeichnungen und deren Erläuterungen beispielsweise und nicht in einschränkendem Sinne zu verstehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Einkapseln eines Füllmaterials in ein Einkapselungsmedium durch Zentrifugalwirkung, bestehend aus einem um eine vertikale Achse drehbaren Kopf mit mindestens einer Mündung in seiner Aussenwand, einer Zuführungsleitung für das Einkapselungsmedium und einer Zuführungsleitung für das Füllmaterial in den Kopf und einer Antriebsvorrichtung zum Drehen des Kopfes um seine vertikale Achse, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung (en) als nach unten und aussen weisende Austrittsöffnung (en) (17,49) ausgebildet ist (sind).