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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Granulierungsanlage. Die Granulierungsanlage ist insbesondere modular aufgebaut und erlaubt ein automatisiertes Hochdurchsatzgranulieren.
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Da bei der Herstellung von Granulaten derzeit überwiegend manuelle Prozessschritte durchgeführt werden und diese Kosten- und Zeitintensiv sind, beschäftigt sich, die in dieser Erfindungsmeldung beschriebene automatisierte Hochdurchsatzgranulierung, mit dem optimierten und automatisierten Prozessablauf einer Granulation.
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Bisher verwendete Verfahren im Einzelnen:
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High-Shear-Granulation
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Das bereits gewogene und gesiebte Pulver zur Granulierung wird in einen sogenannten Schnellmischer -- welcher meist eine konische oder zylindrische Form aufweist -- gefüllt. Dieser homogenisiert das Pulverbett mit sehr hoher Rührfrequenz (Bewegung horizontal im Kreis und vertikal). Anschließend wird auf das homogenisierte -- weiterhin bewegte -- Pulverbett die Granulierflüssigkeit aufgetragen. Die Verdichtung des Granulatkorns erfolgt durch die Zentrifugalkräfte sowie des Gewichts der darüber liegenden Körner. Anders als beim Wirbelschichtverfahren wird zunächst ein Aufbaumechanismus gestartet, dem ein Abbaumechanismus folgt. Dies geschieht durch die Verdichtung des feuchten Granulatkorns, welches anschließend von einem schnelldrehenden Zerhacker im Rührbehälter wieder zerkleinert wird. Daraufhin wird das noch feuchte Granulat gesiebt, anschließend getrocknet (i.d.R. in einer Wirbelschichtanlage) und erneut gesiebt.
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Wirbelschichtgranulation
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Nach vorigem Sieben und Wiegen des Pulvers, wird dieses in einen konisch geformten Produktbehälter gefüllt. Durch einen Ventilator wird ein Luftstrom (Zuluft) erzeugt, welcher das Pulverbett in eine fluidisierte Masse versetzt. Die konische Form des Produktbehälters führt dazu dass die Luftgeschwindigkeit am Boden maximal ist und sich nach oben hin verringert. Dadurch werden die Pulverteile gemischt. Anschließend wird mittels Sprühdüse eine vorher definierte Menge an Flüssigkeit (im Gleichstrom- oder Gegenstromverfahren) auf das bewegte Pulverbett aufgesprüht und durch Änderung der Zulufttemperatur die Trocknung eingeleitet. Eventuell entstehender Feinstaub wird durch Abluftfilter aufgefangen und gelangt somit nicht in die Außenluft. Durch Abklopfen der Filter werden diese von anhaftendem Pulver befreit. Die Wirbelschichtgranulation kann also in die Phasen Vorwärmen, Granulation und Trocknung eingeteilt werden. Die Produktfeuchte ändert sich je nach Phase deutlich. Nachdem die Granulation beendet ist, wird das Granulat erneut gesiebt.
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Wirbelschichttrocknung
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In selbigem Prinzip der Wirbelschichtgranulation kann das vorher granulierte Pulver (Bsp. im High-Shear-Mixer) mittels einer Wirbelschichtanlage mit entsprechender Zulufttemperatur getrocknet werden. Dabei entfällt lediglich die Zugabe des Bindemittels.
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Coating-Verfahren
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Das Coating von Granulaten findet ebenfalls meist in der oben genannten Wirbelschicht ab.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Anlage dient insbesondere zur automatisierten Hochdurchsatzgranulierung. Diese Anlage ist bevorzugt für Laborzwecke konzipiert und vereint die Herstellverfahren der Feuchtgranulation, insbesondere der Schnellmischgranulation und der Wirbelschichtgranulation in einer Anlage. So entsteht eine automatisierte High-Shear Granulierung mit einer Top-Drive-Anlange inklusive Wirbelschichttrocknung und Coating. Aufgabe der Maschine ist die Herstellung von verschiedensten Granulaten, vorteilhafterweise in Kleinstmengen. Im Gegensatz zur Herstellung von Großmengen ist die Herstellung von Kleinstmengen in vollautomatisierten Anlagen sowie die Hochdurchsatzforschung weitestgehend unerforscht und wird meist manuell durchgeführt. Durch eine weitere Einheit können sowohl Kleinstmengen, als auch größere Chargen produziert werden. Die Vollautomatisierung führt zu einer Kosten- und Zeitersparnis in der Herstellung der Granulate.
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Die Anlage zur automatisierten Hochdurchsatzgranulierung wird unter anderem entwickelt um nicht integrierte Prozessschritte des Granuliervorgangs in den Prozessablauf zu einzuarbeiten. Dadurch werden Prozessschritte vereinfacht und beschleunigt. Die Maschine agiert vollautomatisch, was zu einer Zeit- und Kostenersparnis führt. Darüber hinaus ist der Aufbau einer einzigen Maschine platzsparend. Ferner können neue und unterschiedliche Formulierungsentwicklungen und Rezepturen hergestellt werden. Dazu werden mittels Pulverdosierungen unterschiedliche Pulver im Granulationsbehälter gemischt und weiterverarbeitet. Das hergestellte Granulat kann dann beispielsweise erneut überzogen oder mit einem weiteren Pulver granuliert werden.
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Die erfindungsgemäße Granulierungsanlage umfasst zumindest ein Gehäuseelement, das sich zwischen einer Bodenfläche und einer Deckelfläche erstreckt. Die Bodenfläche und/oder Deckelfläche weisen bevorzugt Öffnungen auf, durch die Materialien oder Bearbeitungselemente in das Gehäuseelement einbringbar sind. An der Bodenfläche und an der Deckelfläche ist sowohl ein Abschlusselement als auch ein Rührelement umfassend einen Gehäuseabschluss anbringbar, wobei insbesondere beide Elemente nicht gleichzeitig an derselben Fläche angebracht werden können. Das Abschlusselement dient insbesondere zum zumindest teilweisen verschließen der Öffnung an Bodenfläche und/oder Deckelfläche. Das Rührelement dient insbesondere ebenfalls zu einem derartigen verschließen, greift bevorzugt aber auch in das Gehäuseelement ein, um darin angeordnetes Material zu beeinflussen, insbesondere zu verrühren und/oder mahlen und/oder zerkleinern. Das Gehäuseelement weist außerdem für die Bodenfläche und die Deckelfläche jeweils zumindest eine Haltevorrichtung auf. Über die Haltevorrichtung ist das Abschlusselement oder das Rührelement an dem Gehäuseelement festhaltbar. Besonders vorteilhaft ist die Haltevorrichtung für die Bodenfläche unabhängig von der Haltevorrichtung für die Deckelfläche. Besonders vorteilhaft sind die Haltevorrichtungen für die Bodenfläche und die Deckelfläche identisch ausgebildet. Durch die Haltevorrichtungen lassen sich unterschiedliche Elemente an dem Gehäuseelement anbringen, wodurch die Granulationsanlage modular aufgebaut werden kann. Insbesondere ist somit ein Baukastensystem realisiert, das ein einfaches und aufwandsarmes Zusammensetzten einer Granulationsanlage aus einer Vielzahl von Einzelelementen mit gewünschten Funktionalitäten ermöglicht. Somit eignet sich die Granulationsanlage vorteilhafterweise für einen Laborbetrieb.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders vorteilhaft umfasst das Abschlusselement ein Deckelelement zum vollständigen Verschließen der Bodenfläche und/oder Deckelfläche. Somit ist ein Austreten eines Inhalts des Gehäuseelements verhindert. Ebenso kann kein Fremdkörper in das Gehäuseelement eintreten. Insbesondere ist das Gehäuseelement durch das Deckelelement vollständig abgedichtet. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Abschlusselement ein Siebelement zum Sieben eines Inhalts des Gehäuseelements. Das Siebelement weist bevorzugt Öffnung mit einer vordefinierten Größe auf, um somit Objekte mit einer größeren Abmessung als die vordefinierte Größe zurückzuhalten. Ebenso alternativ oder zusätzlich weist das Abschlusselement ein fluiddurchlässiges Element zum Einführen eines Fluids in das Gehäuseelement auf. Dahingegen ist ein Eintreten oder Austreten von Feststoffen in das oder aus dem Gehäuseelement verhindert. Besonders vorteilhaft lässt sich somit Luft in das Gehäuseelement einblasen, besonders vorteilhaft um eine Wirbelschicht zu erzeugen. Schließlich ist alternativ oder bevorzugt vorgesehen, dass das Abschlusselement ein Filterelement zum Auffangen eines Inhalts des Gehäuseelements aufweist. Das Filterelement ist besonders vorteilhaft dann zu verwenden, wenn außerdem ein fluiddurchlässiges Element wie zuvor beschrieben verwendet wird. Dies ermöglicht ein Einführen von Fluid, insbesondere ein Einblasen von Luft, in das Gehäuseelement, wobei die Luft über das Filterelement entweichen kann, während der Inhalt des Gehäuseelement, insbesondere in Pulver, von dem Filter zurückgehalten wird. Dazu wird das fluiddurchlässige Element bevorzugt an der Bodenfläche angebracht, während das Filterelement an der Deckelfläche angebracht ist oder umgekehrt.
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Bevorzugt weist das Gehäuseelement eine zylindermantelförmige Außenwand auf. An den Stirnflächen der Zylinderform befinden sich die Bodenfläche und die Deckelfläche. Eine derartige Formgebung erlaubt ein einfaches zusammensetzten der einzelnen Komponenten der Granulierungsanlage.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung Magnete umfasst, mit denen das Abschlusselement und das Rührelement durch magnetische Kraft haltbar sind. Somit ist ein Verbinden von Gehäuseelement und Abschlusselement und/oder Rührelement einfach und aufwandsarm ermöglicht. Insbesondere lässt sich die Granulierungsanlage einfach, rasch und aufwandsarm zerlegen und neu zusammensetzen. Somit kann ein Umbau einfach vorgenommen werden, sodass die Granulierungsanlage für den Laborbetrieb optimal geeignet ist. Gleichzeitig ist durch die Magnete sichergestellt, dass das Abschlusselement und/oder Rührelement sicher und zuverlässig an dem Gehäuseelement befestigt sind.
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Die Granulierungsanlage weist bevorzugt ein Verbindungselement auf, über das zwei Gehäuseelemente zur Fluidkommunikation verbindbar sind. das Verbindungselement dient insbesondere zum Verbinden der Haltevorrichtungen zweier Gehäuseelemente, wobei gleichzeitig eine Verbindungsstelle der Gehäuseelemente gegenüber einer Umgebung abgedichtet ist. Zusätzlich ist bevorzugt ein Abschlusselement, insbesondere das zuvor beschriebene Siebelement, an der Verbindungsstelle zwischen den Gehäuseelementen anbringbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Granulierungsanlage ein erstes Gehäuseelement, ein zweites Gehäuseelement und eine Vielzahl von unterschiedlichen Abschlusselementen und/oder Rührelementen auf. Die Gehäuseelemente und die Abschlusselemente und/oder Rührelemente lassen sich bevorzugt zum Realisieren unterschiedlicher Funktionalitäten variabel zusammensetzen. Weiterhin weist das die Granulierungsanlage eine erste Station zum Durchführen eines Granulierungsschritts und/oder eines Siebeschritts und eine zweite Station zum Durchführen eines Trocknungsschritts auf. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Station und die zweite Station durch unterschiedliche Kombinationen von erstem Gehäuseelement und/oder zweitem Gehäuseelement mit den Abschlusselementen und/oder Rührelementen gebildet sind. Insbesondere sind somit die erste Station und die zweite Station nicht gleichzeitig vorhanden, sondern werden aus den Gehäuseelementen, Abschlusselementen und Rührelementen je nach Bedarf gebildet. Insbesondere kann somit ein Produkt stets in einem der Gehäuseelemente verbleiben, während durch das Anbringen unterschiedlicher Abschlusselemente und/oder Rührelemente ein unterschiedliches Bearbeiten des Produkts ermöglicht ist.
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Besonders vorteilhaft ist die erste Station durch Vorsehen des Rührelements in dem ersten Gehäuseelement und/oder zweitem Gehäuseelement gebildet. Durch das Rührelement ist somit ein Durchmischen von Stoffen innerhalb des ersten Gehäuseelements und/oder zweiten Gehäuseelements ermöglicht. Außerdem ist das Rührelement vorteilhaft zum Unterstützen eines Siebvorgangs verwendet.
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Weiterhin ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass in der ersten Station das erste Gehäuseelement zur Fluidkommunikation mit dem zweiten Gehäuseelement verbunden ist. Außerdem ist ein Siebelement zwischen erstem Gehäuseelement und zweitem Gehäuseelement angeordnet. Das Rührelement ist insbesondere in dem ersten Gehäuseelement angebracht und dient somit zum unterstützen eines Siebvorgangs von einem Produkt, das sich in dem ersten Gehäuseelement befindet und das in das zweite Gehäuseelement gesiebt werden soll.
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Vorteilhafterweise sind außerdem in der zweiten Station ein fluiddurchlässiges Element und ein Filterelement an dem ersten Gehäuseelement und/oder dem zweiten Gehäuseelement angeordnet. Dazu sind das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement bevorzugt über ein Verbindungselement verbunden. Vorteilhafterweise ist an der Bodenfläche des zweiten Gehäuseelements das fluiddurchlässige Element angebracht, während an der Deckelfläche des zweiten Gehäuseelements die Bodenfläche des ersten Gehäuseelements angebracht ist. An der Deckelfläche des ersten Gehäuseelements ist das Filterelement angebracht. Somit lässt sich ein Wirbelschicht erzeugen, indem durch das fluiddurchlässige Element Luft in das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement eingeblasen wird, während über das Filterelement die Luft wieder entweichen kann, der Inhalt des ersten Gehäuseelements und des zweiten Gehäuseelements jedoch zurückgehalten wird.
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Bevorzugt weist die Granulierungsanlage eine dritte Station auf. Die dritte Station dient zum Durchführen eines Granulierungsschritts und/oder Beschichtungsschritts und/oder Trocknungsschritts. Insbesondere ist das erste Gehäuseelement und/oder zweite Gehäuseelement an der dritten Station als Wirbelschichtanlage ausgebildet. In der dritten Station sind ein fluiddurchlässiges Element und ein Filterelement an dem ersten Gehäuseelement und/oder dem zweiten Gehäuseelement angeordnet sind, wobei in dem Filterelement eine Einspritzdüse für Beschichtungsmaterial angebracht ist. Weiterhin sind das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement bevorzugt über ein Verbindungselement verbunden. Auf diese Weise wird besagte Wirbelschichtanlage aufgebaut. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Bodenfläche des ersten Gehäuseelements das fluiddurchlässige Element aufweist, während die Deckelfläche des zweiten Gehäuseelements das Filterelement aufweist. Über das Verbindungselement sind die Deckelfläche des ersten Gehäuseelements und die Bodenfläche des zweiten Gehäuseelements verbunden. Somit ist eine Wirbelschicht innerhalb des ersten Gehäuseelements und des zweiten Gehäuseelements generierbar, wobei durch die Einspritzdüse in dem Filterelement ein Beschichtungsmaterial in die Wirbelschicht einspritzbar ist. Durch das Filterelement ist sichergestellt, dass kein Produkt aus dem ersten Gehäuseelement und/oder zweiten Gehäuseelement austreten kann. Lediglich die zur Erzeugung der Wirbelschicht über das fluiddurchlässige Element eingeblasene Luft kann durch das Filterelement entweichen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Ansicht eines Gehäuseelements einer Granulierungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Schnittansicht des Gehäuseelements aus 1 mit einem aufgesetzten Deckelelement,
- 3 eine schematische Ansicht des Gehäuseelements aus 1 mit zwei aufgesetzten Deckelelementen,
- 4 eine erste schematische Ansicht des Gehäuseelements aus 1 mit einem eingesetzten Rührelement,
- 5 eine zweite schematische Ansicht des Gehäuseelements aus 1 mit einem eingesetzten Rührelement,
- 6 ein Rührelement der Granulierungsanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 7 eine schematische Gesamtansicht der Granulieranlage gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 8 eine schematische Übersicht über einen Ablauf eines Granulierungsvorgangs innerhalb der Granulierungsanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 9 eine schematische Übersicht über einen Ablauf eines alternativen Granulierungsvorgangs innerhalb der Granulierungsanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch ein Gehäuseelement 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Gehäuseelement 1 ist hohlzylinderförmig geformt und weist eine Bodenfläche 2 sowie eine Deckelfläche 3 auf. Die Bodenfläche 2 und die Deckelfläche 3 sind Stirnflächen des Gehäuseelements 1. Das Gehäuseelement 1 ist an den Stirnflächen, d.h. an der Bodenfläche 2 und an der Deckelfläche 3 geöffnet und an der Umfangsfläche über eine Außenwand 11 abgeschlossen.
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Durch vorsehen unterschiedlicher Elemente an der Bodenfläche 2 und/oder der Deckelfläche 3 lassen sich unterschiedliche Funktionen realisieren. Um die Elemente an dem Gehäuseelement 1 zu befestigen weist das Gehäuseelemente 1 eine Haltevorrichtung 10 auf. Die Haltevorrichtung 10 umfasst Magnete, um durch magnetische Kräfte die Elemente an dem Gehäuseelement 1 zu halten. Besagtes Element ist insbesondere ein Deckelelement 4. Dies ist in 2 gezeigt.
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2 zeigt das Gehäuseelement 1 aus 1 in einer Schnittansicht, das an der Bodenfläche 2 das Deckelelement 4 aufweist. Dazu ist das Deckelelement 4 an einer der Haltevorrichtungen 10 des Gehäuseelements 1 befestigt. Insbesondere ist das Deckelelement 4 ferromagnetisch ausgebildet oder umfasst Magnete, um mit der magnetischen Haltevorrichtung 10 zusammenzuwirken. Somit ist ein sicherer und zuverlässiger Halt des Deckelelements 4 gewährleistet. Das Gehäuseelement 1 mit dem Deckelelement 4 kann somit als Becher verwendet werden.
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3 zeigt eine weitere Ansicht des Gehäuseelements 1, wobei zwei Deckelelemente 4 vorhanden sind. Die Deckelelemente 4 sind somit an der Bodenfläche 2 und an der Deckelfläche 3 des Gehäuseelements 1 angebracht. Dazu ist jedes Deckelelement 4 mit einer eigenen Haltevorrichtung 10 des Gehäuseelements 1 verbunden, sodass die Deckelelemente 4 unabhängig voneinander mit dem Gehäuseelement 1 verbunden und von dem Gehäuseelement 1 getrennt werden können. Das Innenvolumen des Gehäuseelements 1 ist somit durch die Deckelelemente 4 vollständig von einer Umgebung getrennt.
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Ein alternatives Element, das an der Bodenfläche 2 oder der Deckelfläche 3 angebracht werden kann, ist ein Rührelement 8. Dies ist in 4 und 5 gezeigt. Dabei zeigen die 4 und 5 unterschiedliche Ansichten des Gehäuseelements 1 mit an der Bodenfläche 2 angebrachtem Deckelelement 4 und eingesetztem Rührelement 8. Das Gehäuseelement 1 in einer solchen Konfiguration eignet sich insbesondere zum einfüllen und vermischen von unterschiedlichen Substanzen.
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Das Rührelement 8 weist insbesondere an die Form der Außenwand 11 angepasste Flügelelemente 12 auf. Die Flügelelemente 12 stellen sicher, dass die gesamte Querschnittsfläche des Gehäuseelements 1 erreicht werden kann, sodass eine zuverlässige Durchmischung von Substanzen erfolgt. Außerdem können die Flügelelemente 12 scharfkantige Bereiche aufweisen, um das Granulat nicht nur zu durchmischen sondern auch zu verkleinern.
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Das Rührelement 8 kann außerdem einen Gehäuseabschluss 9 aufweisen, wie in 6 gezeigt ist. Der Gehäuseabschluss 9 lässt sich insbesondere an der Deckelfläche 3 anbringen, sodass bei einem Vorgang des Durchmischens mittels des Rührelements 8 keine Substanzen aus dem Gehäuseelement 1 austreten können. Der Gehäuseabschluss 9 ist insbesondere mit einer der Haltevorrichtungen 10 des Gehäuseelements 1 verbindbar. Der Gehäuseabschluss 9 kann außerdem eine Einfülleinheit 14 aufweisen, um während des Durchmischens weitere Substanzen zuzugeben. Insbesondere lassen sich auf diese weise einfach und aufwandsarm Bindemittel zugeben. Insbesondere handelt es sich bei der Einfülleinheit 14 um eine Öffnung oder um einen Sprühkopf, sodass die weitere Substanz, insbesondere eine Flüssigkeit, entweder zugegeben, zugetropft oder zugesprüht werden kann. Durch den Sprühkopf lässt sich insbesondere eine gleichmäßige Zerstäubung und Verteilung erreichen.
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Weiterhin weist das Rührelement 8 einen antrieb 13 auf. Über den Antrieb 13 sind insbesondere die Flügelelemente 12 rotierbar, um somit das Durchmischen der Substanzen innerhalb des Gehäuseelements 1 zu ermöglichen.
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7 zeigt schematisch einen Aufbau einer Granulierungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Granulierungsanlage weist ein erstes Gehäuseelement 1a sowie ein zweites Gehäuseelement 1b auf, die insbesondere identisch zu dem zuvor beschriebenen Gehäuseelement 1 sind. Außerdem weist die Granulierungsanlage ein Rührelement 8 wie zuvor beschrieben auf, das in das erste Gehäuseelement 1a und/oder das zweite Gehäuseelement 1b eingesetzt werden kann. Des weiteren weist die Granulierungsanlage zumindest ein Deckelelement 4 wie zuvor beschrieben, ein erstes Siebelement 5a sowie ein von dem ersten Siebelement 5a verschiedenes zweites Siebelement 5b zum Sieben eines Inhalts des Gehäuseelements 1, ein fluiddurchlässiges Element 6 zum Einführen eines Fluids in das Gehäuseelement 1 und ein Filterelement 7 zum Auffangen eines Inhalts des Gehäuseelements 1 auf. All diese Elemente lassen sich gemäß dem Baukastenprinzip zusammensetzten, um somit unterschiedliche Funktionalitäten der Granulierungsanlage zu realisieren.
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Die Granulierungsanlage weist eine erste Station 15, eine zweite Station 16 und eine dritte Station 17 auf. Alle diese Station 15, 16, 17 erfüllen unterschiedliche Aufgaben während des Granulierungsprozesses. Dabei ist vorgesehen, dass die unterschiedlichen Stationen 15, 16, 17 durch unterschiedliches Zusammensetzten der einzelnen genannten Elemente erfolgt.
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Die erste Station 15 dient zum Durchführen eines Granulierungsschritts und/oder eines Siebeschritts. Die zweite Station 16 dient zum Durchführen eines Trocknungsschritts. Die dritte Station 17 dient zum Durchführen eines Granulierungsschritts und/oder Beschichtungsschritts und/oder Trocknungsschritts. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Station 15 durch Vorsehen des Rührelements 8 in dem ersten Gehäuseelement 1a und/oder zweitem Gehäuseelement 1b gebildet ist. In der ersten Station 15 ist außerdem das erste Gehäuseelement 1a zur Fluidkommunikation mit dem zweiten Gehäuseelement 1b verbunden. Dabei ist das erste Siebelement 5a oder das zweite Siebelement 5b zwischen erstem Gehäuseelement 1a und zweitem Gehäuseelement 1b angeordnet. Das erste Siebelement 5a und das zweite Siebelement 5b sind dabei als Zwischenboden ausgebildet, der jeweils eine Haltevorrichtung 10 des ersten Gehäuseelements 1a und des zweiten Gehäuseelements 1b verbindet, um so das erste Gehäuseelement 1a und das zweite Gehäuseelement 1b zur Fluidkommunikation zu verbinden.
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In der zweiten Station 16 sind ein fluiddurchlässiges Element 6 und ein Filterelement 7 an dem ersten Gehäuseelement 1a und/oder dem zweiten Gehäuseelement 1b angeordnet. Das erste Gehäuseelement 1a und das zweite Gehäuseelement 1b sind dazu bevorzugt über ein Verbindungselement 19 verbunden. Somit kann eine Wirbelschicht in der zweiten Station 16 realisiert werden, indem Luft durch das fluiddurchlässige Element 6 in das erste Gehäuseelement 1a und/oder zweite Gehäuseelement 1b eingeleitet wird, während durch das Filterelement 7 der Inhalt des ersten Gehäuseelements 1a und/oder zweiten Gehäuseelement 1b zurückgehalten wird, wenn die eingeleitete Luft das erste Gehäuseelement 1a und/oder das zweite Gehäuseelement 1b wieder verlässt.
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In der dritten Station 17 sind ein fluiddurchlässiges Element 6 und ein Filterelement 7 an dem ersten Gehäuseelement 1a und/oder dem zweiten Gehäuseelement 1b angeordnet. In dem Filterelement 7 ist eine Einspritzdüse 20 für Beschichtungsmaterial angebracht, wobei das erste Gehäuseelement 1a und das zweite Gehäuseelement 1b bevorzugt über ein Verbindungselement 19 verbunden sind. somit ermöglicht auch die dritte Station eine Wirbelschicht zu realisieren. Durch die Wirbelschicht kann das Beschichten einfach und aufwandsarm durchgeführt werden.
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Die ersten Station 15, die zweite Station 16 und die dritte Station 17 sind insbesondere nicht gleichzeitig vorhanden. Vielmehr lassen sich diese Stationen 15, 16, 17 aus stetes dem ersten Gehäuseelement 1a und zweitem Gehäuseelement 1b herstellen, indem durch unterschiedliche Schritte des Umrüstens 100, 200, 300, 400 verschiedene Konfigurationen des ersten Gehäuseelements 1a, des zweiten Gehäuseelements 1b, der Deckelelemente 4, des ersten Siebelements 5a, des zweiten Siebelements 5b, des fluiddurchlässigen Elements 6, des Filterelements 7 und des Rührelements 8 erzeugt werden.
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Insbesondere kann die Granulierungsanlage die folgenden Funktionen aufweisen:
- • Pulverdosierung
- • Schließen durch durchgängige Bodeneinheit
- • Mischen durch Rührer-Deckel-Kombination
- • Bindemittelzugabe durch Rührer-Deckel-Kombination
- • Sieben als Zwischenboden
- • Trocknen durch Fluidboden
- • Filtereinheit
- • Zugabe Coatingmaterial
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In 7 ist die Zufuhr und Abfuhr von Stoffen durch Pfeile dargestellt. Dabei ist eine Luftzufuhr 1000, eine Pulverzufuhr 2000, eine Granulierflüssigkeitszufuhr 3000, eine Coatingmaterialzufuhr 4000, eine Luftabfuhr 5000 sowie eine Produktausgabe 6000 gezeigt.
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Die 8 und 9 zeigen schematisch verschiedene Abläufe bei der Granulatherstellung unter Verwendung der in 7 gezeigten Granulierungsanlage.
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In 8 ist ein schematischer Ablauf einer Granulatherstellung über Schnellmischer mit anschließender Wirbelschichttrocknung ohne Coating dargestellt, welcher folgendermaßen abläuft:
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Zunächst wird die erste Station 15 der Granulierungsanlage verwendet. Dazu ist das erste Gehäuseelement 1a mit einem Deckelelement 4 versehe, um so einen Becher zu bilden. In diesen Becher werden unterschiedliche Pulver eindosiert. In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei verschiedene Pulver vorhanden, die in den Becher eingefüllt werden. Außerdem ist in 8 gezeigt, dass erst nach dem Einfüllen der Pulver das Rührelement 8 mit dem ersten Gehäuseelement 1a verbunden wird. In einer Alternative kann das Rührelement 8 auch bereits bei Eindosieren der Pulver vorhanden sein.
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Durch ein Aufsetzten des Rührelements 8 mit dem Gehäuseabschluss 9 wird das erste Gehäuseelement 1a verschlossen. Durch Aktivierung des Rührelements 8 wird das Pulver in Bewegung versetzt und gemischt.
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Sobald die Pulver ausreichend durchmischt sind, wird unter Rühren ein Bindemittel über die Einfülleinheit 14 des Gehäuseabschlusses 9 dosiert. Dies führt zum Herstellen eines Granulats aus den Pulvern innerhalb des ersten Gehäuseelements 1a. Anschließend erfolgt ein erstes Umrüsten 100.
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Das erste Umrüsten 100 erfolgt innerhalb der ersten Station 15 und dient zum Sieben, insbesondere zum Feuchtsieben des Granulats. Dazu wird das Rührelement 8 zusammen mit dem Gehäuseabschluss 9 entfernt und ein erstes Siebelement 5a aufgesetzt. Anschließend wird das zweite Gehäuseelement 1b auf das erste Gehäuseelement 1a aufgesetzt, sodass das erste Gehäuseelement 1a und das zweite Gehäuseelement 1b zur Fluidkommunikation verbunden sind. Das zweite Gehäuseelement 1b wird außerdem mit einem fluiddurchlässigen Element 6 verschlossen. Danach wird die gesamte Einheit um 180° gedreht. Nach der Drehung wird das Deckelelement 4 abgenommen. Das Granulat befindet sich nun auf dem ersten Siebelement 5a.
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Um die Feuchtsiebung mittels des ersten Siebelements 5a zu starten kommt wiederum das Rührelement 8 zum Einsatz. Durch ein Aufsetzten des Rührelements 8 mit dem Gehäuseabschluss 9 auf das erste Gehäuseelement 1a lässt sich Granulat durch die Flügelelemente 12 des Rührelements 8 in Bewegung versetzten. Durch die Bewegungen des Rührelements 8 erfolgt die Siebung des Granulats in das zweite Gehäuseelement 1b. Das gesiebte Pulver fällt somit auf die untere Einheit, d.h. das fluiddurchlässige Element 6.
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Nach Erfolgreicher Siebung erfolgt ein zweites Umrüsten 100, um die zweite Station 16 zu erzeugen. In der zweiten Station 16 soll das Granulat, das sich in dem zweiten Gehäuseelement 1b befindet, getrocknet werden. Dazu werden das erste Gehäuseelement 1a und das zweite Gehäuseelement 1b getrennt um das erste Siebelement 5a zu entfernen. Außerdem wird das Rührelement 8 mit dem Gehäuseabschluss 9 entfernt und durch ein Filterelement 7 ersetzt. Somit ist die Granulieranlage bereit, das Trocknen mittels Wirbelschicht auszuführen. Dazu wird das fluiddurchlässige Element 6 an eine Luftversorgung angeschlossen.
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Bei dem fluiddurchlässigen Element 6 handelt es sich insbesondere um ein solches Gehäuseabschlusselement, dass eine Vielzahl von Düsen aufweist, über die Luft in das Gehäuseelement 1 einblasbar ist. Somit kann innerhalb des Gehäuseelements 1 eine Wirbelschicht erzeugt werden.
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Durch warme Prozessluft, die über das fluiddurchlässige Element 6 in das zweite Gehäuseelement 1b und in das erste Gehäuseelement 1a eingebracht wird, wird das gesiebte Granulat in Bewegung versetzt und getrocknet. Gleichzeitig verhindert das Filterelement 7, dass das Granulat das erste Gehäuseelement 1a und/oder das zweite Gehäuseelement 1b verlassen kann.
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Nach dem Trocknen des Granulats erfolgt ein drittes Umrüsten 300, um wieder die erste Station 15 zu realisieren. Insbesondere soll nun ein Trockensieben erfolgen. Dazu wird das Filterelement 7 entfernt und durch ein Deckelelement 4 ersetzt. Zur Trockensiebung wird ein zweites Siebelement 5b eingefügt, das sich von dem ersten Siebelement 5a unterscheidet. Die so erzeugte Einheit wird ebenfalls um 180° gedreht. Nun kann das fluiddurchlässige Element 6 abgenommen und ein Rührelement 8 mit Gehäuseabschluss 9 aufgesetzt werden. Der Aufbau ist somit bis auf das zweite Siebelement 5b identisch zu dem Aufbau während des zuvor beschriebenen Nasssiebens.
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Durch das Rührelement 8 wird das Granulat auf eine einheitliche Korngröße gebracht und fällt durch das zweite Siebelement 5b in das erste Gehäuseelement 1a. Anschließend werden alle Elemente bis auf das erste Gehäuseelement 1a und das Deckelement 4 entfernt, sodass das erste Gehäuseelement 1a eine Funktion eines Bechers erfüllt. Der Becher enthält nun das fertige Granulat, das zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden kann. Die in 7 gezeigte dritte Station 17 wird in diesem Fall nicht benötigt.
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In 9 ist ein schematischer Ablauf einer Granulatherstellung über Schnellmischer mit anschließender Wirbelschichttrocknung mit Coating dargestellt, welcher folgendermaßen abläuft:
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Bis zum Schritt des dritten Umrüstens 300 ist der Ablauf identisch wie in 8 gezeigt. Dies bedeutet, dass die erste Station 15 und die zweite Station 16 vor dem dritten Umrüsten 300 identisch aufgebaut sind wie in 8. Die Granulierungsanlage ist allerdings hinsichtlich der ersten Station 15 nach dem dritten Umrüsten 300 unterschiedlich zu 8.
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So wird für das dritte Umrüsten 300 das Filtermodul 7 entfernt. Das erste Gehäuseelement 1a und das zweite Gehäuseelement 1b werden getrennt und anschließend mit einem Verbindungselement 19 zusammengefügt, wobei ein zweites Siebelement 5b zwischen erstem Gehäuseelement 1a und zweitem Gehäuseelement 1b vorgesehen ist. Das zweite Siebelement 5b ist bevorzugt unterschiedlich zu dem ersten Siebelement 5a. Das erste Gehäuseelement 1a, das oberhalb des zweiten Gehäuseelement 1b angeordnet ist, wird durch ein fluiddurchlässiges Element 6 verschlossen. Die gesamte Einheit wird nun um 180° gedreht, sodass das zweite Gehäuseelement 1b oberhalb des ersten Gehäuseelement 1a angeordnet ist. Nun kann das noch an dem zweiten Gehäuseelement 1b angebrachte fluiddurchlässige Element 6 abgenommen und durch ein Rührelement 8 ersetzt werden. Ein Gehäuseabschluss 9 des Rührelements 8 schließt das zweite Gehäuseelement 1b ab. Das Granulat befindet sich daher auf dem zweiten Siebelement 5b innerhalb des zweiten Gehäuseelement 1b oberhalb des ersten Gehäuseelements 1a. Somit ist erneut die erste Station 15 realisiert, wodurch eine Bearbeitung des Granulats mit dem Rührelement 8 ermöglicht ist.
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Anschließend wird durch Absenkung des Rührelements 8 mit dem Gehäuseabschluss 9 das Granulat auf eine einheitliche Korngröße gebracht. Das Granulat fällt durch das zweite Siebelement 5b auf das fluiddurchlässige Element 6 und befindet sich damit in dem ersten Gehäuseelement 1a.
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Nach dem Sammeln des Granulats in dem ersten Gehäuseelement 1a erfolgt ein viertes Umrüsten 400, um eine dritte Station 17 zu realisieren. Dazu werden das erste Gehäuseelement 1a und das zweite Gehäuseelement 1b getrennt und anschließend mit dem Verbindungselement 19 ohne das zweite Siebelement 5b wieder zusammengefügt. die Deckelfläche 3 des zweiten Gehäuseelements 1b, das sich oberhalb des ersten Gehäuseelements 1a befindet, wird nach dem Entfernen des Rührelements 8 und des Gehäuseabschluss 9 mit einem Filterelement 7 verschlossen. Das Filterelement weist eine Einspritzdüse 20 für ein Beschichtungsmaterial (Coatingmaterial) auf, sodass in das erste Gehäuseelement 1a und das zweite Gehäuseelement 1b das Coatingmaterial einspritzbar ist. Damit ist die dritte Station 17 realisiert, die ein beschichten (coaten) des Granulats ermöglicht.
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Durch Zugabe von warmer Prozessluft durch das fluiddurchlässige Element 6 sowie durch Zugabe des Coatingmaterial über die Einspritzdüse 20 wird das Granulat überzogen. Dabei fungiert die Granulierungsanlage als Wirbelschichtanlage, wodurch ein aufwandsarmes und zuverlässiges Beschichten des Granulats erfolgt.
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Anschließend kann das fertige Granulat ausgegeben werden. Dazu werden das Filterelement 7 und die Einspritzdüse 20 entfernt, stattdessen wird ein Deckelelement 4 an dem zweiten Gehäuseelement 1b angebracht. Durch eine 180° Drehung der gesamten Einheit wird das fertige Granulat in den Endbehälter befördert und kann zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden. Der Endbehälter ist das zweite Gehäuseelement 1b mit dem Deckelelement 4. Das erste Gehäuseelement 1a und das Verbindungselement 19 werden entfernt.
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Zusammenfassend werden die folgenden Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik aufgezählt:
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Allgemein
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- • Hochdurchsatzforschung in der Granulatherstellung weitestgehend unerforscht
- • Integration eines Schnellmisch- und eines Wirbelschichtverfahrens in einer Anlage
- • Integration manuell durchgeführter Prozessschritte (z.B. Sieben, Wiegen etc.)
- → Zeit- und Kostenersparnis
- • Automatisierte Prozessschritte
- → Minimierung Einfluss des Operators (Bedienereinfluss minimal)
- • Individuelle Lösungen mittels Baukastenprinzip
- • Herstellung von sowohl Kleinst -- als auch Großmengen
- • flexible Granulatherstellung und deren Weiterverarbeitung (Bsp. Multiple Granulate)
- • Individuelle Rohmaterialauswahl
- • Möglichkeit der Kombination unterschiedlicher Pulver mit unterschiedlichen Bindemitteln (vollautomatisiert)
- • Herstellung von deutlich mehr Formulierungen pro Zeiteinheit als auf herkömmlichen Anlagen (siehe Vergleich Punkt 2.6 Wettbewerberprodukt)
- • Gewährleistung der Reproduzierbarkeit
- • Einsparung von Probenmaterial
- • Widerverwendbares, leicht zu reinigendes Equipment
- • Komplettes Herstellverfahren in 2 miteinander kombinierten Zylindern
- → Vermeidung von Kreuzkontamination
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Zylinder
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- • Behälter basierend auf Zylindersystem
- → keine abgerundeten Ecken notwendig
- → Erleichterung der Reinigung
- → Ermöglichung des Baukastenprinzips
- • Verschlussmechanismus der Zylinder und Deckel durch Magnete
- • Orientierungsloser Verschluss durch Magnete und Deckel
- • Dichte Verschließung von Zylinder und Deckel, da planar
- • Vermeidung des Feinanteils bei Wirbelschichttrocknung/ Wirbelschichtgranulation, da Feinanteil durch Fluidboden ausgeschieden wird
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Rührer
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- • Rührer und Deckel- Kombination
- → Dichter Verschluss zwischen Deckel und Gefäß
- → Rührer hat die Möglichkeit im geschlossenen Zylinder zu oszillieren
- • Homogene Durchmischung im Zylinder durch angepassten Rührer
- • Automatisierte Reinigung des Rührers
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Baukastenprinzip
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- • Ermöglicht eine Hochdurchsatzforschung
- • höhere Anpassungsfähigkeit
- → Flexible Granulatherstellung durch individuelle Einsatzmöglichkeiten des Equipments
- • größere Produktvarietät
- • Wahlweise Weiterverarbeitung fertiggestellter Granulate innerhalb Anlage(z.B. durch Coating, Herstellung multipler Granulate etc.)
- • Erleichterte Reinigung durch Trennung der einzelnen Komponenten
- • schnellere Produktzyklen
- • Platzsparend
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Flüssigkeitszugabe mittels EAS-Spritze
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Hierfür wird eine EAS-Spritze prozesstechnisch zur Bindemittelzugabe und zum Coaten integriert. Durch diese Spritze können dem Prozess zahlreiche und unterschiedliche Bindemitteleinheiten und Coatingmaterial zur Verfügung gestellt werden, was darüber hinaus zu einem erleichterten Flüssigkeitswechsel führt. Da es sich hierbei um einen Einmal-Artikel handelt, kann eine Kreuzkontamination ausgeschlossen werden.
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Die Kombination aus High-Shear-Mixer, Wirbelschichttrocknung sowie Coating in einer Anlage ist bisher einzigartig und in dieser Form noch nicht erhältlich.
- • Eine Dosiereinheit für eine Vielzahl von Materialien
- • Einfache Handhabung und Befüllung
- • Einwegprodukt, keine Reinigung erforderlich
- • Vermeidung von Kreuzkontamination
