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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von perl- oder tropfenähnlichem
Granulat aus schmelzbaren Stoffen In der chemischen, pharmazeutischen und auch in
der Nahrungsmittel-Industrie sind häufig Stoffe zu verarbeiten, die bei Normaltemperatur
fest sind, sich aber ohne Schwierigkeiten unter Einsatz von Wärme in den tropfbar
flüssigen Zustand überführen lassen.
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Für viele solcher Stoffe besteht das Bedürfnis, sie für eine bequeme
Weiterverarbeitung oder stoffliche Umsetzung in granuliertem Zustand vorrätig zu
halten.
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Es sind zur Herstellung von perlähnlichen Granulaten aus schmelzbaren
Stoffen bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen die Schmelze aus am Boden eines
Schmelzbehälters befindlichen Düsen tropfenweise austritt und darunter punktweise
auf einer gekühlten Unterlage erstarrt. Dabei ist in der Bohrung jeder Düse ein
mechanisch, elektrisch oder pneumatisch angetriebener, hin- und hergehender Stab
angeordnet, dessen Durchmesser zu dem Durchmesser der Düsenbohrung in einem bestimmten
Verhältnis steht, das von der Art der zu verarbeitenden Stoffe abhängig ist. Durch
die Bewegung eines solchen Stabes in der Düsenbohrung wird ein weitgehend zwangläufiges
und gleichmäßiges Abtropfen der Schmelze mit bestimmtem Tropfenvolumen erzielt.
Die zeitliche Tropfenfolge eines in den schmelzflüssigen Zustand überführten Stoffes
an einer Düsenöffnung von bestimmter Form und Größe ist ohne äußere dynamische Einflüsse
von der Viskosität und der Oberflächenspannung des Stoffes abhängig. Es läßt sich
aber mit Hilfe des in der Düsenbohrung auf- und abwärts bewegten Stabes eine in
weiten Grenzen willkürlich beeinflußbare Tropffrequenz herbeiführen.
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Es wurde nun gefunden, daß sich das bekannte Verfahren weiter verbessern
läßt und schmelzflüssige Stoffe höherer Viskosität ohne Schwierigkeiten zu gleichmäßigen
- perlähnlichen Granulaten zu verarbeiten gestattet, wenn die obere Öffnung des
den hin- und hergehenden Stab umgebenden Ringraumes der Düsenbohrung zeitweise verschlossen
wird.
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Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zeichnet sich insbesondere
dadurch aus, daß die obere Öffnung des den hin- und hergehenden Stab umgebenden
Ringraumes der Düsenbohrung durch ein der Stabbewegung teilweise folgendes scheibenförmiges
Element zeitweise verschließbar ist, das mit dem einen Ende einer auf den Stab lose
aufgeschobenen Feder fest verbunden ist, deren anderes Ende mit einem am Stab befestigten
Widerlager verbunden ist.
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Der zeitweise Abschluß der oberen Öffnung des den abzutropfenden
Stoff aufnehmenden Ringraumes um den hin- und herbewegten Stab ermöglicht ferner
die
Herstellung eines stofflich nicht homogenen Granulats von bestimmten Eigenschaften.
Zuweilen ist es zweckmäßig, dem im Ringraum der Düsenbohrung befindlichen Stoff
unmittelbar vor dem Ablegen des Tropfens auf die gekühlte Unterlage noch eine kleine
Menge eines anderen gasförmigen oder flüssigen Stoffes zuzusetzen bzw. einzuimpfen.
Solche Zusatzstoffe können z. B. Treibmittel, Härter, katalytisch wirkende Stoffe
oder Pigmente sein, die von dem schrnelzförmigen Stoff möglichst vollständig eingehüllt
werden sollen, bevor auf der gekühlten Unterlage die Erstarrung des Tropfens eintritt.
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Nach der Erfindung ist diesbezüglich der in der Düsenbohrung hin-
und hergehende Stab für die Einführung von Zusatzstoffen in den abzusetzenden Tropfen
hohl ausgeführt und besitzt an seinem unteren Ende radiale Bohrungen, aus denen
der zuzusetzende Stoff in den mit der Schmelze gefüllten Ringraum der zu diesem
Zeitpunkt oben geschlossen gehaltenen Düsenbohrung eintreten kann. Die Einführung
des Zusatzstoffes geschieht vorzugsweise periodisch mit der Hubbewegung des Stabes.
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An Hand der Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele wiedergibt,
ist die Erfindung nachfolgend näher beschrieben: Die F i g. 1 zeigt ausschnittsweise
die Bodenplatte 1 eines den abzutropfenden. Stoff in schmelzflüssigem Zustand aufnehmenden
Gefäßes. Tn die Bodenplatte 1 können Heizkanäie eingearbeitet oder elektrisch heizbare
Stäbe 2 eingeschoben sein, um eine bestimmte Temperatur des Schmelzilusses einhalten
zu können. In jeder zum Abtropfen der Schmelze bestimmten Düsenbohrung 3 der Bodenplatte
ist ein in vertikaler Richtung geführter, vorzugsweise runder
Stab
4 eingeschoben. Dieser Stab ist von seinem oberen Ende her mit medanischen, elektrischen
oder pneumatischen bzw. hwdraulischen Mitteln derart angetrieben, daß er in der
Düsenbohrung 3 eine auf- und abwärts gehende Bewegung ausführt, deren Hub und Taktzahl
einstellbar ist. Der Durchmesser des Stabes 4 ist wesentlich kleiner als das lichte
Maß der Düsenbohrung 3, so daß um den Stab ein freier ringförmiger Raum gegeben
ist, dessen Volumen die Größe des durch die Stabbewegung auf die gekühlte Fläche
abzusetzenden Tropfens im wesentlichen Umfang mitbestimmt. Bei jeder Aufwärtsbewegung
des Stabes 4 wird dann aus der Düsenbohrung 3 ein Tropfen auf die darunter befindliche
Fläche 5 abgesetzt. In der tiefsten Lage nähert sich das untere Ende des Stabes
4 bis auf eine geringe Entfernung der gekühlten Fläche, die beispielsweise als fortlaufend
bewegtes Band ausgeführt ist. In der oberen Grenzlage der auf- und abwärts gehenden
Bewegung befindet sich das untere Stabende vorzugsweise noch unterhalb der Ebene,
die durch die untere Öffnung der Düsenbohrung 3 bestimmt ist. Auf den Stab ist oberhalb
des Bodens 1 das durchbrochene Element 6 aufgeschoben, dessen zentrale Öffnung nur
unwesentlich größer ist als der Durchmesser des Stabes 4. Das Element 6 ist vorzugsweise
als runde Scheibe ausgebildet und kann an seiner Unterseite eine Auflagefläche aus
elastischem Werkstoff besitzen. Liegt die Scheibe 6 auf der Fläche 1 auf, so ist
der freie Ringraum der Düsenbohrung 3 oben abgeschlossen.
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Die Scheibe 6 ist am unteren Ende einer auf den Stab 4 aufgeschobenen
Feder 7 befestigt. Das obere Ende dieser Feder 7 ist an ein Widerlager 8 angelenkt,
das mit dem Stab 4 fest verbunden ist. Bei dieser Anordnung folgt die Scheibe 6
der auf- und abwärts gehenden Bewegung des Stabes 4 teilweise, d. h. mit gegenüber
der Stabbewegung verkürztem Hub. Sie befindet sich dabei nur zeitweise in der Schließlage
auf dem Boden 1. Tn der höchsten Lage des Stabes 4 ist die Scheibe 6 von ihrer Auflagefläche
abgehoben und ermöglicht zu diesem Zeitpunkt den ungehinderten Eintritt der Schmelze
in den Ringraum der Düsenbohrung3. Noch bevor nachfolgend der Stab 4 bei seiner
Abwärtsbewegung die untere Grenzlage erreicht, hat sich die Scheibe unter der Spannung
der Feder 7 bereits fest an die Bodenplatte 1 angelegt und schließt die Düsenbohrung
ab.
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Der Abhebe- und der Schließzeitpunkt der Scheibe 6 ist bei gleichbleibendem
Hub des Stabes 4 bestimmt durch die Länge und die Spannung der Feder 7.
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Die Scheibe 6 verhindert demzufolge einen Nachfluß der Schmelze in
die Düsenbohrung 3 unmittelbar vor dem Ablegen des Tropfens. Sie übt gegenüber dem
sich aufwärts bewegenden Stab eine die Schmelze abstreichende Wirkung aus und verbessert
die Bildung einheitlicher Perl- bzw. Tropfenvolumen.
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Mit der nach der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung sind ohne Veränderungen
der Düsen- und Stabdurchmesser ferner auch Schmelzen anderer Viskositätsstufen gleichmäßig
abtropfbar, für die bisher andere Granulier- und Zerkleinerungsvorrichtungen eingesetzt
werden mußten.
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Das zweitweise Schließen der Düsenbohrung 3 ermöglicht die Herstellung
von perl- bzw. tropfenähnlichem Granulat von besonderen Eigenschaften. Die geregelt
abzutropfende Schmelze ist im allgemeinen ein homogener Stoff bzw. ein vor der Beschickung
der Vorrichtung hinreichend homogenisiertes Stoff-
gemisch. Zuweilen wird jedoch
ein Granulat gefordert, das unmittelbar vor der Tropfenbildung bzw.
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Erstarrung noch mit einem anderen flüssigen oder gasförmigen Stoff
versetzt, belegt bzw. geimpft worden ist. Der Zusatzstoff kann z. B. ein Härter,
ein Treibmittel, ein gewisse Farbeffekte hervorrufendes Pigment oder ein für die
Weiterbehandlung des Granulats katalytisch wirkender Stoff sein. In den an der oberen
Einlauföffnung zeitweise abgeschlossenen Ringraum der Düsenbohrung 3 läßt sich der
Zusatzstoff einbringen, ohne das dort befindliche Volumen des schmelzflüssigen Grundstoffes
nach oben zu verdrängen bzw. unregelmäßig zu verändern.
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In der Fig. 2 ist eine dafür geeignete Ausführungsform der Vorrichtung
schematisch wiedergegeben. Der Stab 4 ist etwa über seine ganze Länge durchbohrt,
so daß ein Zuführungskanal 9 für den Zusatzstoff gebildet ist"der über in der Nähe
des unteren Stabendes vorgesehene, etwa radial gerichtete Bohrungen 10 in die bereits
in der Düsenbohrung 3 befindliche Schmelze einzubringen ist, bevor der Tropfen abgelegt
wird. Das andere Ende des Kanals 9 ist mit einem Einspeisesystem ii verbunden, über
das der jeweilige Zusatzstoff herangeführt wird.
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Zur intermittierenden Einspeisung des Zusatzstoffes in Abhängigkeit
von der auf- und abwärts gehenden Bewegung des Stabes 4 kann das die Feder 7 der
Scheibe 6 stützende Widerlager 8 auch als Zylinder ausgebildet sein. In diesen Zylinder
12 mündet das obere Ende des Kanals 9 ein. Von oben her tritt in den zusammen mit
dem Stab 4 bewegten Zylinder 12 ein kleiner, fest angeordneter Kolben 13 ein, der
eine axiale Bohrung 14 besitzt, die an das Einspeisesystem 11 angeschlossen ist.
Das Einbringen des Zusatzstoffes in das im Ringraum der Düsenbohrung 3 befindliche
schmelzflüssige Volumen erfolgt dann stoßweise im Rhythmus der Stabbewegung, die
zur gesteuerten Tropfenbildung führt. Da in diesem Falle die Zuführung des Zusatzstoffes
unter einem gewissen Druck erfolgt, ist der zeitweise Abschluß des freien Ringraumes
der Düsenbohrung3 zur Bildung stofflich nicht homogener gleichbleibender Volumina
unerläßlich.