DE102017109948A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Granulieren eines Pulvers oder einer Pulvermischung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung (1) und einem Verfahren zum Granulieren eines Pulvers oder einer zu granulierenden Pulvermischung, wobei die Vorrichtung (1) mindestens ein Arbeitsgefäß (2), in welchem das zu granulierende Pulver oder die zu granulierende Pulvermischung vorgelegt wird, mindestens einen Rührwerk (3) zum Durchmischen des zu granulierenden Pulvers oder der zu granulierenden Pulvermischung, mindestens eine Düse zur Zugabe einer Granulierflüssigkeit und mindestens eine einen Drehzahlbereich aufweisende Antriebseinheit (6) zur Bereitstellung eines für das Rührwerk (3) erforderlichen Antriebsdrehmoments umfasst und die Antriebseinheit (6) über ihren gesamten Drehzahlbereich ein gleichmäßig hohes Antriebsdrehmoment bereitstellt, so dass während des Granulationsprozesses die Scherkräfte durch Änderung der Drehzahl variiert werden können, um die Granulatpartikelgröße und andere Granulateigenschaften, wie z. B. Dichte, Festigkeit oder andere, direkt einzustellen.

Description

• Stand der Technik
• Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Granulieren eines Pulvers oder einer Pulvermischung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.
• Vorrichtungen und Verfahren zum Granulieren von Pulvern oder Pulvermischungen sind seit langem Stand der Technik. Diese Vorrichtungen umfassen zur Granulation der Pulvermischungen ein in einem Arbeitsgefäß angeordnetes Rührwerk, welches durch eine Antriebseinheit angetrieben wird sowie eine Zugabemöglichkeit für Granulierflüssigkeit.
• Die internationale Patentanmeldung WO 1991/006365 A1 zeigt beispielsweise eine solche Vorrichtung zum Mischen und/oder Granulieren. Hierbei weist die Vorrichtung zwei Granulier-Einheiten auf, wobei jede Granulier-Einheit eine Kammer umfasst, deren Wandung einen zylindrischen Mantel mit einer horizontalen Achse und an beiden Mantelenden eine Endwand hat. In jeder Kammer ist ein um deren Achse drehbarer Rotor angeordnet, welcher ausgebildet ist, das in der betreffenden Kammer vorhandene Gut abhängig von seiner Drehrichtung hin und her fördern kann. Jeder Rotor wird beim Mischen und/oder Granulieren eines Gutes durch einen Motor abwechselnd in verschiedenen Drehrichtungen gedreht. Jede Kammer ist am einen Ende mit einem Auslass versehen, wobei zur Entleerung der Kammer der Rotor derart gedreht wird, dass er das in der Kammer gebildete Granulat zum Auslass fördert. Die Vorrichtung hat eine gute Mischwirkung, ermöglicht eine schnelle Entleerung der Kammer und ist gut für einen automatisierten Betrieb geeignet. Nachteilig an dieser technischen Lösung ist, dass in der vorab beschriebenen Vorrichtung sowie in dem dazugehörigen Verfahren die Granulateigenschaften des gebildeten Produktes nicht während des laufenden Prozesses beeinflusst und eingestellt werden kann.
• Auch die internationale Patentanmeldung WO 2008/017634 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Granulieren und/oder Mischen, insbesondere einer pharmazeutischen Wirkstoffformulierung, wobei die Vorrichtung einen mit einem Deckel verschließbaren zylindrischen Granuliertopf, dem bodenseitig ein rotierender Rührkopf und umfangsseitig ein drehbarer Zerhacker zugeordnet ist, umfasst, wobei an dem Deckel ein das Aufnahmevolumen reduzierender Einsatz befestigt ist. Der Rührkopf wird hierbei über eine über ein Vorschaltgetriebe mit dem Gleich- oder Wechselstrommotor gekoppelte Antriebswelle angetrieben. Trotz der sehr kompakten Bauweise lassen sich alle wesentlichen Kenngrößen der Granulierung genau erfassen:
• ■ Umdrehungszahlen des Rühr- und Zerhackermotors über die eingestellte Voltzahl bei Gleichstrommotoren und/oder Über berührungslose Drehzahlmesser
• ■ Temperatur des Granuliergutes durch von oben oder seitlich eingeführte Temperaturfühler
• ■ Zähigkeit der Granuliermasse durch Messung des Drehmoments an der Antriebswelle des Rührmotors oder über die Stromaufnahme des Rührmotors.
• Die Messdaten erleichtern das Upscaling des Granuliervorgangs. Allerdings ist auch an dieser technischen Lösung von Nachteil, dass die Granulateigenschaften des gebildeten Produktes nicht während des laufenden Prozesses beeinfluss- und direkt einstellbar ist.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, während des laufenden Granulationsprozesses die Granulateigenschaften zu beeinflussen und direkt einzustellen.
• Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Granulieren einer Pulvermischung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und 7 gelöst.
• Die Erfindung und ihre Vorteile
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Granulieren eines zu granulierenden Pulvers oder einer zu granulierenden Pulvermischung umfassend mindestens ein Arbeitsgefäß, in welchem das zu granulierende Pulver oder die zu granulierende Pulvermischung vorgelegt wird, mindestens ein Rührwerk zum Durchmischen des zu granulierenden Pulvers oder der zu granulierenden Pulvermischung, mindestens eine Zugabevorrichtung oder -möglichkeit für Granulierflüssigkeit, bspw. eine Düse oder dgl., mindestens eine einen Drehzahlbereich aufweisende Antriebseinheit zur Bereitstellung eines für das Rührwerk erforderlichen Antriebsdrehmoments mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruch 1, hat demgegenüber den Vorteil, dass sich die Granulateigenschaften, bspw. die Granulatpartikelgröße oder dgl., des gebildeten Produktes während des laufenden Prozesses beeinflussen und direkt einstellen lässt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Bereitstellung eines gleichmäßig hohen Antriebsdrehmoment durch die Antriebseinheit über ihren gesamten Drehzahlbereich es ermöglicht die Scherkräfte, die proportional zur Rührwerksdrehzahl sind, im Granulationsprozess so zu verändern bzw. so zu variieren, dass die direkte Einstellung der Granulateigenschaften, bspw. die Granulatpartikelgröße oder dgl., möglich ist. Als Drehmoment wird hierbei diejenige physikalische Größe bezeichnet respektive verstanden, die beispielsweise eine Torsion oder Biegung der Antriebswelle erzeugt. Es ist das Produkt aus Kraft [N] und Hebelarm [m], sofern die Kraft und der Hebelarm senkrecht aufeinander stehen. Das Drehmoment hat eine Einheit der Energie:
  1 Nm (Newtonmeter) entspricht 1 J (Joule) oder 1 Ws (Wattsekunde).
• Das Drehmoment der Antriebswelle, welche das Rührwerk antreibt, ist proportional zur Leistungsabgabe des mit der Antriebswelle gekoppelten Gleich- oder Wechselstrommotors. $$\text{P}=2\cdot \pi \cdot \text{M}\cdot \text{n}$$

  

M:

Drehmoment [Nm]

n:

Drehzahl [1/s]

P:

Leistung [W]

π:

Kreiszahl (3,1415926)

• Ein weiterer Vorteil eines durch die Antriebeinheit zur Verfügung gestellten gleichmäßig hohen Antriebsdrehmoments ist, dass das Rührwerk jederzeit, die aufgrund der Zugabe von Granulierflüssigkeit ggf. sehr zähe und viskose Granuliermasse, durchmischen kann. Auch das Anfahren des Rührwerkes nach einer Ruhephase der Granuliermasse kann hierdurch jederzeit gewährleistet werden, obwohl die Granuliermasse durch Zugabe der Granulierflüssigkeit sehr zäh und viskos werden kann. Die Ruhephase(n) während der Granulation sind bei vielen Granulationsprozessen und ihren Produkten nützlich, da die Granulierflüssigkeit in der Regel einige Zeit benötigt, um mit den vorgelegten Pulvermischungen in optimaler Art und Weise zu interagieren. Hierbei spielen Diffusions- und Quellungsprozesse eine wichtige Rolle und die benötigten Mengen an Granulierflüssigkeiten können zudem durch die Ruhephase(n) verringert werden. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bspw. den oben beschriebenen High-Shear Granulierern, können auch Pellets, insbesondere runde und gleichmäßig große Agglomerate, hergestellt werden. Eine drehmomentstabile Fahrweise kann auch vorteilhaft für das Ausformen der runden Agglomerate sein. Sobald die Pellets geformt sind, kann ein unregelmäßiger Wachstumsprozess bspw. durch eine drastische Reduzierung der Rührerdrehzahl gestoppt bzw. zumindest deutlich verlangsamt werden.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Antriebseinheit ein Hydraulik-, Servo- und/oder Torquemotor. Alle diese Antriebseinheiten weisen das vorteilhafte Merkmal auf, dass das erzeugte Drehmoment unabhängig von der Drehzahl steuerbar ist, d. h., dass das Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich gleichmäßig ist.
• Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Zerhacker auf. Der Zerhacker zerkleinert aufgrund von Agglomerationsprozessen zu groß gewordene Klumpen bzw. Stücke und garantiert so zusätzlich eine genaue Einstellung der Granulatpartikelgröße.
• Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung ein High-Shear-Granulierer.
• Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung ein Partikelgrößenmesssystem auf. Vorteil eines Partikelgrößenmesssystems ist, das dieses die Überwachung der Granulatpartikelgröße gewährleisten kann bspw. durch Kamerasysteme oder dgl., d. h. technische Systeme, die die Granulatpartikelgröße erfassen können. Das Partikelgrößenmesssystem erhöht die Produktqualität und macht den Granulationsprozess ggf. unabhängig von menschlicher Überwachung.
• Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung zusätzliche Messsysteme auf, die bspw. weitere Eigenschaften der Granulatpartikel während des Granulationsprozesses erfassen und somit anschließend direkt beeinflussen können. Hierbei werden u. a. Sensoren zur Erfassung der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit im Granulat und/oder der Luft verwendet. Durch die zusätzlichen Messsysteme wird die Granulatqualität weiter erhöht.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Granulieren eines zu granulierenden Pulvers oder einer zu granulierenden Pulvermischung umfassend mindestens ein Arbeitsgefäß, in welchem das zu granulierende Pulver oder die zu granulierende Pulvermischung vorgelegt wird, mindestens einen Rührwerk zum Durchmischen des zu granulierenden Pulvers oder der zu granulierenden Pulvermischung, mindestens eine Zugabevorrichtung oder -möglichkeit für Granulierflüssigkeit, bspw. eine Düse oder dgl., mindestens eine einen Drehzahlbereich aufweisende Antriebseinheit zur Bereitstellung eines für das Rührwerk erforderlichen Antriebsdrehmoments, wobei zuerst das in dem mindestens einen Arbeitsgefäß vorlegte zu granulierende Pulver oder die in dem mindestens einen Arbeitsgefäß vorlegte zu granulierende Pulvermischung durch das Rührwerk gemischt und währenddessen zumindest zeitweise Granulierflüssigkeit zugegeben wird, mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruch 7 hat demgegenüber den Vorteil, dass sich die Granulateigenschaften, bspw. die Granulatpartikelgröße oder dgl., des gebildeten Produktes während des laufenden Prozesses beeinflussen und direkt einstellen lässt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Bereitstellung eines gleichmäßig hohen Antriebsdrehmoment durch die Antriebseinheit über ihren gesamten Drehzahlbereich es ermöglicht die Scherkräfte, die proportional zur Rührwerksdrehzahl sind, im Granulationsprozess so zu verändern bzw. so zu variieren, dass die direkte Einstellung der Granulateigenschaften, bspw. die Granulatpartikelgröße oder dgl., möglich ist. D. h., es können also auch bei kleinen Drehzahlen und somit kleinen Scherkräften die zur Granulation notwendigen hohen Drehmomente, aufgrund einer zähen und viskosen Granuliermasse, aufgebracht werden. Ein weiterer Vorteil eines durch die Antriebeinheit zur Verfügung gestellten gleichmäßig hohen Antriebsdrehmoments ist, dass das Rührwerk jederzeit, die aufgrund der Zugabe von Granulierflüssigkeit ggf. sehr zähe und viskose Granuliermasse, durchmischen kann.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht während des Granulationsprozesses ein Partikelgrößenmesssystem die Granulatpartikelgröße. Diese Überwachung der Granulatpartikelgröße kann bspw. durch Kamerasysteme oder dgl., d. h. technische Systeme, die die Granulatpartikelgröße erfassen können, realisiert werden. Nach dem Erfassen der Größe der Granulatpartikel werden anschließend die Daten rechnergestützt dahingehend verarbeitet, dass die die Granulatpartikelgröße beeinflussenden Faktoren wie beispielsweise die Scherkräfte optimal eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass zum einen jederzeit während des Granulationsprozesses durch den Bediener in den Granulationsprozess eingegriffen werden und so die gewünschte Granulatpartikelgröße eingestellt werden kann. Zum anderen hat es den Vorteil, dass die Produktqualität durch den Einsatz von Partikelgrößenmesssystem nochmals erheblich gesteigert wird.
• Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens steuert und/oder regelt das Partikelgrößenmesssystem die Antriebseinheit. Nach der Erfassung der aktuellen Granulatpartikelgröße werden die ermittelten Daten rechnergestützt mit den Soll-Daten verglichen und das Drehmoment über die Antriebseinheit eingestellt, so dass die Granulatpartikelgröße die gewünschte Größe erreicht. Vorteilhafterweise können durch die Regelung zeitaufwändige Probenahmen zumindest reduziert werden.
• Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens steuert und/oder regelt das Partikelgrößenmesssystem die Zugabe der Granulierflüssigkeit in Abhängigkeit der Granulatpartikelgröße. Nach der Erfassung der aktuellen Granulatpartikelgröße werden die ermittelten Daten rechnergestützt mit den Soll-Daten verglichen und bei Bedarf weitere Granulierflüssigkeit der Granuliermasse zugeführt, so dass die Granulatpartikelgröße die gewünschte Größe erreicht. Vorteilhafterweise können auch durch eine solche Regelung zeitaufwändige Probenahmen zumindest reduziert werden.
• Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die durch das Verfahren hergestellten Partikel Pellets.
• Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmbar.
• Figurenliste
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
• 1 eine Prinzipskizze eines typischen High-Shear-Granulierers,
• 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Leistung einer Antriebseinheit aufgetragen über der Granulierflüssigkeit oder der Zeit für einen exemplarischen Granulationsprozess,
• 3 einen typischen Drehmomentverlauf bei konstanter Drehzahl und Wasserzugabe,
• 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung Abhängigkeit der Drehzahl von der Flüssigkeitszugabe, wobei beide für einen exemplarischen Granulationsprozess über der Zeit aufgetragen sind und
• 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Nenndrehmoments aufgetragen über der Drehzahl unterschiedlicher Antriebseinheiten.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt eine typischen Vorrichtung 1 zum Granulieren, insbesondere einen High-Shear-Granulierer. Dieser umfasst ein vertikal stehendes Arbeitsgefäß 2, in welchem ein zu granulierendes Pulver oder eine zu granulierende Pulvermischung vorgelegt wird. Hierzu werden die für das herzustellende Granulat benötigten Pulver in das Arbeitsgefäß 2 eingebracht. Durch ein Rührwerk 3, welches bspw. mehrere Rührwerksflügel aufweist, wird die vorgelegte Pulvermischung gemischt. Das Rührwerk 3 wird mittels einer Antriebswelle 4, welche über ein Getriebe 5 mit einer Antriebseinheit 6 gekoppelt ist, wobei die Antriebseinheit 6 in einem Maschinengestell 7 angeordnet ist, angetrieben. Durch geeignete, hier nicht gezeigte Pumpen und Düsen wird der vorgelegten Pulvermischung im Arbeitsgefäß 2 anschließend eine Granulierflüssigkeit, z. B. Wasser oder dgl., zugegeben. Durch die Zugabe der Granulierflüssigkeit zur im Arbeitsgefäß 2 vorgelegten Pulvermischung steigt ein zum Granulieren erforderliches Antriebsdrehmoment des Rührwerks 3 an, da durch die Zugabe der Granulierflüssigkeit die Granuliermasse ggf. sehr zäh und viskos wird. In der Regel wird während des Granulationsprozesses ein Zerhacker 8 zugeschaltet um entstehende große Klumpen bzw. Stücke zu brechen. Nach dem Granulationsprozess wird das Granulat aus dem Arbeitsgefäß 2 über die Entleerung 9 entleert. Über einen Filter 10 wird ggf. entstehende Abluft aus dem Arbeitsgefäß 2 abgeführt.
• In 2 wird in einem Diagramm die Leistung in Watt über der eingebrachten Granulierflüssigkeit in Prozent oder Kilogramm bzw. über der Zeit in Sekunden dargestellt, wobei die Drehzahl während des Granulationsprozesses konstant gehalten wird. Bei der Mischgranulierung wird der Prozess durch die Messung der elektrischen Leistung der Antriebseinheit 6 gesteuert. Diese (elektrische) Leistung der Antriebseinheit 6 ist somit zum Drehmoment direkt proportional und somit entspricht die dargestellte Leistungskurve ebenfalls der Drehmomentkurve. Anhand der im Diagramm gezeigten Leistungs- bzw. Drehmomentkurve der Antriebseinheit 6 lässt sich daher die Zähigkeit der Granuliermasse und somit auch der Endpunkt der Granulation bestimmen. 2 unterteilt den exemplarisch gezeigten Granulationsprozess in die nachfolgende beschriebenen fünf Phasen:
• In der ersten Phase (I) wird das Pulver oder die Pulvermischung aus den benötigten Pulvern hergestellt und angefeuchtet. Hierbei ist kein bzw. lediglich ein leichter Anstieg der Leistung der Antriebseinheit 6 feststellbar. Das Leistungsniveau bleibt in der ersten Phase (I) nahezu konstant.
• Die zweite Phase (II) zeigt die beginnende Agglomeration der Partikel des Pulvers oder der Pulvermischung unter Zugabe von Granulierflüssigkeit, wobei sich bei der Agglomeration feinste Flüssigkeits- und/oder Feststoffbindungen zwischen den Partikeln der Pulvermischung ausbilden. Die Granuliermasse wird daher zäh und viskos. Durch die Ausbildung dieser feinsten Flüssigkeits- und/oder Feststoffbindungen zwischen den Partikeln der Pulvermischung steigt daher die Leistung des mit der Antriebswelle gekoppelten Gleich- oder Wechselstrommotors steil an. Somit steigt auch das notwendige Drehmoment stark an.
• In der dritten Phase (III) ist mit Erreichen der optimalen Befeuchtung des Pulvers oder der Pulvermischung das Entstehen von Flüssigkeits- und Feststoffbrückenbindungen erkennbar, was zu einem Leistungs- bzw. Drehmomentplateau führt. Die gezeigte Kurve flacht in der dritten Phase (III) im Vergleich zur zweiten Phase (II) deutlich ab.
• In der vierten Phase (IV) steigt die Kurve wiederum steil an, da das Pulver oder die Pulvermischung aufgrund der Weiteren Zugabe von Granulierflüssigkeit überfeuchtet ist. Alle Hohlräume zwischen den Granulatpartikeln sind nun mit Flüssigkeit gefüllt. Das Agglomerat ist vollständig benetzt.
• In der fünften Phase (V) geht die überfeuchtete Mischung in eine Suspension über und es bildet sich ein Zweiphasensystem aus. Die benötigte Leistung bzw. das benötigte Drehmoment sinkt rapide ab.
• 3 zeigt ebenfalls einen typischen Drehmomentverlauf bei konstanter Drehzahl und konstanter Wasserzugabe. Im gezeigten Beispiel wird in der Spitze etwa fünfmal so viel Drehmoment benötigt wie beim Start der Flüssigkeitszugabe. Bei vielen Granulationsprozessen ist dieses Verhalten noch deutlich ausgeprägter.
• In 4 ist die Abhängigkeit der Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (UpM) von der Zugabe an Granulationsflüssigkeit in Kilogramm pro Minute (kg/min) für einen exemplarischen, realen Granulationsprozess gemäß dem Stand der Technik über der Zeit aufgetragen dargestellt. Nach der Aufgabe der für die Pulvermischung benötigten Pulver werden diese mit einer konstanten Drehzahl von 200 UpM miteinander vermischt. Nach drei Minuten wird der vorgelegten Pulvermischung Granulierflüssigkeit mit einem Volumenstrom von 7,5 kg/min zugeführt. Aufgrund der Zugabe von Granulierflüssigkeit erhöht sich auch die notwendige Drehzahl für einen optimalen Granulationsprozess auf 250 UpM, da für die Mischgranulierung der nun zäheren und viskoseren Granuliermasse ein höheres Drehmoment gebraucht wird. Nach vier Minuten wird die Zugabe der Granulierflüssigkeit gestoppt und die Drehzahl sinkt auf 100 UpM. Solche Ruhephasen während der Granulation sind bei vielen Granulationsprozessen und ihren Produkten nützlich, da die Granulationsflüssigkeit in der Regel einige Zeit benötigt, um mit den vorgelegten Pulvermischungen in optimaler Art und Weise zu interagieren. Hierbei spielen Diffusions- und Quellungsprozesse eine wichtige Rolle. Zudem können durch die Ruhrphasen die benötigten Mengen an Granulierflüssigkeiten verringert werden. Nach acht Minuten wird der Granuliermasse erneut ein Volumenstrom von ca. 6,5 kg/min an Granulierflüssigkeit zugeführt, wodurch sich die notwendige Drehzahl auf 200 UpM erhöht. Nach zehn Minuten wird die Zugabe der Granulationsflüssigkeit gestoppt und die Drehzahl sinkt erneut auf 50 UpM bevor der Granulationsprozess nach zwölf Minuten endet. Mit heutiger Technik ist es nahezu unmöglich Prozesse mit variablen Drehmoment über die gesamte Drehzahlbandbreite zu fahren. Dadurch wird die Granuliermasse während des Granulationsprozesses unterschiedlich großen Scherkräften ausgesetzt, was nicht immer sinnvoll ist.
• Stand der heutigen Antriebstechnik in Granulierern, insbesondere High-Shear-Granulierern, sind Antriebseinheiten 6, die erst bei hohen Drehzahlen die hohen notwendigen Drehmomente erzeugen. 5 zeigt exemplarisch die genannte Abhängigkeit des Drehmoments von der Drehzahl bei herkömmlichen Antrieben für Granulierer (Stand der Technik; gestrichelte Kurve), insbesondere High-Shear-Granulierer. Die im Granulatherstellungsprozess auftretenden Scherkräfte sind direkt proportional zur Drehzahl des Rührwerks 3, d. h., dass hohe Rührwerksdrehzahlen auch zu hohen Scherkräften führen. Allerdings benötigen nicht alle Granulatherstellungsprozesse diese hohen Drehzahlen, weil diese Granulatherstellungsprozesse für die Granulatherstellung eben keine hohen Scherkräfte benötigen. Häufig ist es daher sogar sinnvoll bei langsameren Geschwindigkeiten (niedrige Drehzahlen) zu granulieren. Bei herkömmlichen Antrieben für Granulierer nach dem Stand der Technik besteht aufgrund der niedrigen Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen aktuell somit bei langsamen Geschwindigkeiten (niedrige Drehzahlen) eine Beschränkung in Bezug auf die Zugabe der Granulierflüssigkeiten, da sonst die Antriebskräfte nicht mehr ausreichen um das Rührwerk 3 sicher anzutreiben. Wird für die Rezeptur eine hohe Granulierflüssigkeitsmenge benötigt, wird die Granuliermasse im Granulierer ebenfalls sehr zäh und viskos und die Antriebskräfte reichen nicht mehr aus um das Rührwerk 3 sicher anzutreiben. Zudem ist es auch bei Standardgranulierprozessen mit hohen Drehzahlen zeitweise erforderlich, den Granulationsprozess anzuhalten um bspw. eine Probennahme durchzuführen. Anschließend muss der Granulationsprozess wieder gestartet werden, was nicht möglich ist, wenn das Anfahrdrehmoment hierfür nicht ausreichend groß ist. Üblicherweise erfolgt das Entleeren nach dem Granulationsprozess durch eine Entleerung 9, bspw. eine seitliche Öffnung oder dgl., in eine Siebmaschine. Hierbei ist es sehr wichtig, die Siebmaschine nicht zu überfüllen. Daraus folgt, dass die Entleerung des Granulierers bei sehr langsamen Geschwindigkeiten und somit niedrigen Drehzahlen erfolgen muss. Mit herkömmlichen Antriebseinheiten aus dem Stand der Technik, wie sie für Granulierer zur Zeit Verwendung finden, können hohe Drehmomente bei niedrigen Drehmomenten nicht sinnvoll erzeugt werden. Nach aktuellem Stand der Technik können oben beschriebene Probleme nur durch eine deutliche Überdimensionierung des Antriebsstranges gelöst werden. Dieses ist aber im Rahmen von Energieeffizienz und Materialeinsatz nicht mehr zeitgemäß. Außerdem gibt es dadurch quasi keine Möglichkeit die Granulateigenschaften, bspw. der Granulatpartikelgröße oder dgl., während eines laufenden Granulationsprozesses zu beeinflussen. 5 zeigt darüber hinaus exemplarisch die Abhängigkeit des Drehmoments von der Drehzahl bei drehmomentkonstanten Antrieben. Diese Antriebe, bspw. Hydraulikmotoren (Wasser oder Öl oder dgl.), Servo- oder Torquemotoren, erzeugen nahezu über den gesamten Drehzahlbereich ein konstant hohes Drehmoment. Schon bei niedrigen Drehzahlen ist das Drehmoment im Vergleich zu den Antriebseinheiten nach dem Stand der Technik sehr hoch. In Zusammenhang mit geeigneten Partikelgrößenmesssystemen sind durch die Kopplung dieser Antriebseinheiten mit einem Granulierer, insbesondere mit einem High-Shear-Granulierer, ganz neue Fahrweisen einer Granulation möglich. Die Antriebseinheiten bieten nun die Möglichkeit während des Granulationsprozesses die Scherkräfte variieren zu können, wodurch die Möglichkeit besteht die Granulatpartikelgröße direkt hierdurch einzustellen, da die Scherkräfte im Prozess direkt proportional zur Rührwerksdrehzahl sind.
• Alle hier dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
• Bezugszeichenliste

1

Granulierer

2

Arbeitsgefäß

3

Rührwerk

4

Antriebswelle

5

Getriebe

6

Antriebseinheit

7

Maschinengestell

8

Zerhacker

9

Entleerung

10

Filter

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 1991/006365 A1 [0003]
• WO 2008/017634 A1 [0004]

Claims (11)

1. Vorrichtung (1) zum Granulieren eines zu granulierenden Pulvers oder einer zu granulierenden Pulvermischung umfassend - mindestens ein Arbeitsgefäß (2), in welchem das zu granulierende Pulver oder die zu granulierende Pulvermischung vorgelegt wird, - mindestens ein Rührwerk (3) zum Durchmischen des zu granulierenden Pulvers oder der zu granulierenden Pulvermischung, - mindestens eine Zugabevorrichtung für Granulierflüssigkeit, - mindestens eine einen Drehzahlbereich aufweisende Antriebseinheit (6) zur Bereitstellung eines für das Rührwerk (3) erforderlichen Antriebsdrehmoments, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (6) über ihren gesamten Drehzahlbereich ein gleichmäßig hohes Antriebsdrehmoment bereitstellt.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (6) ein Hydraulik-, Servo- und/oder Torquemotor ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Zerhacker (8) aufweist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein High-Shear-Granulierer ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Partikelgrößenmesssystem aufweist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens ein zusätzliches Messsystem, insbesondere zur Temperaturerfassung und/oder zur Messung der Feuchtigkeit, aufweist.
7. Verfahren zum Granulieren eines zu granulierenden Pulvers oder einer zu granulierenden Pulvermischung umfassend - mindestens ein Arbeitsgefäß (2), in welchem das zu granulierende Pulver oder die zu granulierende Pulvermischung vorgelegt wird, - mindestens ein Rührwerk (3) zum Durchmischen des zu granulierenden Pulvers oder der zu granulierenden Pulvermischung, - mindestens eine Zugabevorrichtung für Granulierflüssigkeit, - mindestens eine einen Drehzahlbereich aufweisende Antriebseinheit (6) zur Bereitstellung eines für das Rührwerk (3) erforderlichen Antriebsdrehmoments, - wobei zuerst das in dem mindestens einen Arbeitsgefäß (2) vorlegte zu granulierende Pulver oder die in dem mindestens einen Arbeitsgefäß (2) vorlegte zu granulierende Pulvermischung durch das mindestens eine Rührwerk (3) gemischt und währenddessen zumindest zeitweise Granulierflüssigkeit zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Granulationsprozesses die Scherkräfte durch Änderung der Drehzahl bei über dem gesamten Drehzahlbereich konstantem oder nahezu konstantem Drehmoment variiert werden können, um die Granulateigenschaften direkt einzustellen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Granulationsprozesses ein Partikelgrößenmesssystem die Granulatpartikelgröße überwacht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikelgrößenmesssystem die Antriebseinheit (6) steuert und/oder regelt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikelgrößenmesssystem die Zugabe der Granulierflüssigkeit in Abhängigkeit der Granulatpartikelgröße steuert und/oder regelt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Verfahren hergestellten Partikel Pellets sind.

Images