DE1295531B

DE1295531B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Granalien aus einer Schmelze

Info

Publication number: DE1295531B
Application number: DER36348A
Authority: DE
Inventors: Rosin Nicholas Sebastian; Wormald Derek
Original assignee: ROSIN ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: ROSIN ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 1962-10-19
Filing date: 1963-10-17
Publication date: 1969-05-22
Also published as: US3341087A; NL299526A; GB1055267A; DE1295531C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung und Abgabe von Flüssigkeitstropfen aus einem zusammenhängenden Flüssigkeitsvolumen zur Herstellung von Granalien, Pastillen u. dgl. aus schmelzbaren Materialien.

Bekanntlich bildet eine durch eine Drosselstelle, z. B. einen Hahn oder eine Düse, strömende Flüssigkeit Tropfen, wenn sie hinreichend langsam fließt. Diese ausschließlich durch ihre Oberflächenspannung bewirkte Aufteilung des Stromes ist jedoch viel zu langsam, vor allem bei erhöhter Viskosität der Flüssigkeit, um für industrielle Zwecke der genannten Art wirtschaftliche Verwendung finden zu können.

In der britischen Patentschrift 813 146 wird beschrieben, diesen natürlichen Vorgang dadurch zu beschleunigen, daß das die Flüssigkeit enthaltende Gefäß mit Druckschwankungen beaufschlagt wird. Hierbei verläßt die Flüssigkeit die Bodenöffnungen aber nicht als eine voneinander völlig getrennte Vielzahl einzelner Tropfen, sondern als ein gewellter Flüssigkeitsstrang, der wiederum erst durch die Oberflächenspannung aufgeteilt werden kann.

Aus der USA.-Patentschrift 1 938 219 ist weiterhin bekannt, die Aufteilung mechanisch vorzunehmen. Hierbei sind als zylindrische offene Düsen ausgebildete Bodenöffnungen vorgesehen, in denen sich genau passende Kolben auf und ab bewegen. Im oberen Totpunkt gibt der Kolben die Düse für den Zulauf der Flüssigkeit frei, im unteren Totpunkt ragt der Kolben über den unteren Düsenrand heraus. Durch diese Vorrichtung werden einzelne Flüssigkeitsmengen durch die Düse ausgepreßt, und zwar mit einer der Kolbenbewegung entsprechenden Frequenz. Es hat sich erwiesen, daß die genaue Kolbenführung bei der für eine industrielle Vorrichtung unerläßlichen Vielzahl von Kolben und Düsen erhebliche mechanische Schwierigkeiten verursacht. Vor allem ist aber bei dieser Vorrichtung der Durchsatz dadurch scharf begrenzt, daß der Kolben den Zulauf zur Düse nur während eines kleinen Bruchteils seines vollen Bewegungszyklus freigibt, während der bei weitem überwiegende Teil durch die Vorwärtsbewegung und den Rücklauf des Kolbens innerhalb der Düse in Anspruch genommen wird.

Nach der deutschen Auslegeschrift 1 030 014 wird . die Überführung einer Schmelze in Perlen mechanisch durch die hin- und hergehende Bewegung eines Stabes in einer Düse erzielt. Hierbei ist jedoch ein erhebliches Spiel zwischen Stab und Düsenbohrung vorgesehen. Weiterhin bleibt der Stab während des ; ganzen Arbeitszyklus innerhalb der Bohrung der Düse und ragt aus ihr heraus. Hierdurch soll erreicht werden, daß die Flüssigkeit während des ganzen Arbeitszyklus durch den Schlitz zwischen Stab und Düsenbohrung ausfließen kann, wobei die Abwärts- ; bewegung des Stabes die Fließgeschwindigkeit erhöht, so daß die Schmelze in Form von Tropfen vom unteren Ende des Stabes auf eine gekühlte Unterlage fällt. Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Verfahren oberhalb einer Frequenz von etwa '350 pro Minute t die Tropfenbildung nur schwer gesteuert werden kann oder überhaupt nicht mehr eintritt. Weiterhin ist die Einheitlichkeit der Tropfengröße, die von einer Vielzahl parallel angeordneter Düsen abgegeben werden, infolge des starken Einflusses geringer Abmessungs- fi ungenauigkeiten von Stab und Düse, insbesondere der praktisch unvermeidbaren Exzentrizität, vor allem bei hohem Durchsatz schwer zu gewährleisten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Schwierigkeiten zu überwinden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, welche höhere volumetrische Leistungen pro Düse erzielen, besonders bei Flüssigkeiten verschiedener Viskosität.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, in dem Granalien aus einer Schmelze durch Ausbildung einer kontinuierlichen Folge von Schmelztropfen einheitlicher Größe aus ίο einem größeren, in einem Behälter befindlichen und unter konstanten Druck stehenden Volumen unter Abgabe der Schmelze durch eine oder mehrere Düsen hergestellt werden, deren Eigenvolumen größer ist als das eines einzigen Tropfens, aber vorzugsweise kleiner als das von zehn Tropfen ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der aus dem größeren Flüssigkeitsvolumen durch verschließbare Öffnungen in die Düsen eintretende Flüssigkeitsstrom durch am Düseneinlauf arbeitende auf- und abgehende Pulsiervorrichtungen kurzzeitigen Geschwindigkeitsschwankungen mit einer Frequenz von mindestens 150 pro Minute unterworfen sind, dergestalt, daß das Zusammenwirken der kurzzeitigen Verzögerungen des Flüssigkeitsstromes innerhalb der Düsen und des Trägheitsmomentes der Flüssigkeit zum Ablösen der Tropfen mit gleicher Frequenz am Austrittsende führt.

Es ist vorteilhaft, die Geschwindigkeitsschwankungen durch zeitweilige Drosselung oder Verschließung der Düseneinlauföffnungen mittels auf- und abgehender Pulsiervorrichtungen hervorzurufen.

Zur Durchführung dieses Verfahrens dient erfindungsgemäß eine Vorrichtung, die eine oder mehrere an ihrem unteren Ende offene und an ihrem oberen Ende mit einem Flüssigkeitsbehälter in Verbindung stehende Düsen aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verbindung durch eine oder mehrere seitliche Öffnungen hergestellt wird und daß für jede Düse eine Pulsiervorrichtung vorgesehen ist, welche die Öffnungen durch eine auf- und abgehende Bewegung öffnen, drosseln oder verschließen kann.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Pulsiervorrichtung als ein in die obere Düsenöffnung j-5 eintretender Kolben oder als eine die obere Düsenöffnung umgreifende Hülse ausgebildet sein.

Alternativ kann für jede Düse eine Pulsiervorrichtung in Gestalt einer mit der oberen Düsenöffnung zusammenwirkenden Scheibe bzw. eines mit der ίο oberen Düsenöffnung zusammenwirkenden Kegels vorgesehen sein, die die obere Düsenöffnung durch eine auf- und abgehende Bewegung öffnet drosselt oder verschließt.

Erfindungsgemäß kann weiterhin der Arbeitshub der Pulsiervorrichtung zwecks Steuerung der Größe der auszubildenden Tropfen bzw. der einwandfreien Tropfenbildung veränderlich sein.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an Beispielen erläutert, F i g. 1 zeigt im Schnitt den unteren Teil des Vorratsbehälters mit einer Tropfenabgabevorrichtung;

F i g. 2 bis 6 zeigen andere Ausführungsformen der in F i g. 1 gezeigten Abgabevorrichtung;

F i g. 7 zeigt, teilweise im Schnitt, eine Maschine zur Herstellung von Granalien oder Pastillen aus einer Schmelze.

In allen Ausführungsformen ist am Unterteil eines Vorratsbehälters 1 die Tropfenabgabevorrichtung 2

angeordnet, wobei die Tropfen, im Fall einer Schmelze, durch die Vorrichtung auf eine Kühlfläche abgegeben werden, wo sie sich unter Bildung von Pastillen oder Granalien verfestigen.

Jede Abgabevorrichtung weist eine Düse 3 mit einem Kanal 4 auf, die in geeigneter Weise, z. B. durch ein Außengewinde 5 am Unterteil des Vorratsbehälters befestigt ist. Der Düsenkanal 4 kann jede geeignete Querschnittsform aufweisen, wobei ein zylindrischer Querschnitt bevorzugt wird.

Über der Düse, innerhalb des Vorratsbehälters, befindet sich eine Pulsiervorrichtung, die im wesentlichen aus einem z. B. mechanisch angetriebenen Kolben 10, 15 besteht, der rasche Auf- und Abwärtsbewegungen ausführt. Das untere Ende dieses Kolbens kann verschieden ausgeführt werden, z. B. in F i g. 1 als von außen gleitend geführter zylindrischer Körper 11, in F i g. 2, 3 und 4 als eine die Düsen umgreifende Hülse 12, in F i g. 5 als Scheibe 34 oder in F i g. 6 als Kegel 35. ao

Die Düse 3 steht mit dem Vorratsbehälter 1 durch verschließbare seitliche Einlaßöffnungen 8, 13, 16, 17, 18 in Verbindung.

In der Ausführungsform der F i g. 1 erstrecken sich die oberen Teile 7 und 9 der Düse 3 in den Vorratsbehälter, während der untere Teil 6 im Boden des Vorratsbehälters befestigt ist. Der obere Teil 7 ist mit einer oder mehreren Einlaßöffnungen 8 versehen, deren Querschnitt den Betriebsbedingungen, vor allem der Viskosität der Flüssigkeit und der gewünschten Leistung angepaßt wird. Der Teil 9 bildet eine Führung, in der der zylindrische Kopfteil 11 des Kolbens 10 sich gleitend auf- und abbewegen kann. Das Spiel zwischen diesem Kopfteil und der Düsenwand ist so gering, daß es praktisch einen Flüssigkeitsdurchfluß verhindert. Beispielsweise ist der Durchmesser des Kopfteiles bis zu 3% kleiner als der Innendurchmesser der Düse.

Im Betrieb bewegt sich der Kolben zwischen einem oberen Totpunkt, in dem die Stirnfläche des Kopfteils 11 an oder über dem oberen Ende der Einlaßöffnungen 8 liegt, und einem unteren Totpunkt, in dem sie an, über oder unter dem unteren Ende dieser Öffnungen liegen kann. Die Einstellung der Lage dieser Totpunkte richtet sich im wesentliehen nach der Art der Flüssigkeit, wie weiter unten an Hand von Beispielen näher erläutert wird.

In Fig. 1 ist die Anordnung des Düsenkanals 4 und der Einlaßöffnungen 8 so getroffen, daß am oberen Totpunkt des Kolbens die Flüssigkeit frei in den Kanal fließen kann. Im allgemeinen wird so verfahren, daß der Kolben im unteren Totpunkt den Flüssigkeitsfluß für kurze Zeit drosselt oder unterbricht. Die dadurch erzielte kurzzeitige Verzögerung des Flusses am oberen Teil der Düse hat zur Wirkung, daß sich ein Teil der in der Düse vorhandenen Flüssigkeit unter dem Einfluß ihrer eigenen Trägheit ablöst und als Tropfen abgegeben wird.

Die Abmessungen der öffnungen und des Düsenkanals können dergestalt sein, daß für eine gegebene Flüssigkeit das vom Kolben in seiner Abwärtsbewegung verdrängte Volumen kleiner ist als das Flüssigkeitsvolumen, das bei geöffnetem Einlaß frei fließen würde. In diesem Fall verzögert somit der Kolben den Flüssigkeitsstrom sogar in seiner Abwärtsbewegung.

Vor allem bei viskosen Flüssigkeiten, die der Tropfenbildung einen größeren Widerstand leisten, ist es erwünscht, daß bei Beginn der Aufwärtsbewegung des Kolbens eine kurzzeitige Umkehr der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit im oberen Teil des Düsenkanals eintritt.

In den Ausführungsformen der F i g. 2, 3 und 4 ist der Kopfteil des Kolbens 15 durch eine den oberen Teil der Düse 3 umschließende, oben geschlossene Hülse 12 ausgebildet. Während in F i g. 2 die Einlaßöffnungen 13 sich in der Düsenwand befinden und durch die über sie von außen gleitende Hülse verschlossen werden können, sind in F i g. 3 diese Einlaßöffnungen 16 in der Hülse angebracht und werden durch den oberen Rand der Düse bei der Abwärtsbewegung des Kolbens abgedeckt. In F i g. 4 befinden sich sowohl in der Hülse wie in der Düse Durchtrittsöffnungen 17.

In den Ausführungsformen der F i g. 5 bzw. 6 ist der Kopfteil des Kolbens 15 als Scheibe 34 bzw. Kegel 35 ausgebildet. Die Einlaßöffnungen sind mit 8fl bezeichnet.

Für die Ausführungsformen der F i g. 2 bis 6 gilt sinngemäß das zur Ausführungsform der F i g. 1 Gesagte.

In allen Ausführungsformen ist es möglich, für eine gegebene Leistung die Größe der Tropfen durch Veränderung der Pulsierungsfrequenz zu beeinflussen, und zwar sinkt die Tropfengröße mit steigender Frequenz bei gleichbleibender Leistung, und umgekehrt. Die erfindungsgemäße Pulsiervorrichtung ist mit Frequenzen von etwa 1000 pro Minute in zufriedenstellender Weise betrieben worden.

Es ist weiterhin möglich, bei allen Ausführungsformen die Höhe des Arbeitshubes des Kolbens einzustellen und auch damit die Tropfengröße zu beeinflussen. Die Ausführungsformen der F i g. 5 und 6 benötigen für eine gegebene Größe des Einlaßquerschnitts die kürzesten Arbeitshübe, was für den Betrieb mit hohen Frequenzen günstig ist.

In der folgenden Tabelle finden sich Beispiele für die Abmessungen und Betriebsbedingungen einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Tropfen-Abgabevorrichtung, wobei sich die Düseneinzelheiten vor allem auf die Ausführungsform der F i g. 1 beziehen.

	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3
tert.-Butylphenol	Pech	Dimethyltereph
thalat
Arbeitstemperatur, ⁰C	100	217	150
Viskosität, cSt	2,5	240	0,84
Oberflächenspannung, Dyn/cm	20 bis 30	30
Flüssigkeitshöhe, cm	7	14,5	7,5

Claims

(Fortsetzung der Tabelle) Beispiel 1Beispiel 2Beispiel 3• Frequenz der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens, Hübe/min 400600500Leistung pro Düse, kg/h 3,2173,3Volumen pro Tropfen, ml 0,150,400,103Düsen-Einzelheiten:Durchmesserö3y ιOjJJ^ Q7des Kolbens 10, mm 3,836,253,831,595,60,97Anzahl und Form der Öffnungen 1 rundes Loch2 runde Löcher1 rundes LochLänge des Kanals unter den öffnungen, mm 19,61733714,55Entfernung der Kolbenspitze unter der unteren Öff nungskante an dem unteren Ende des Hubes, mm ...518 über der öffnung Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß in den Beispielen 1 und 2 der Kopfteil 11 des Kolbens 10 sich vom oberen Totpunkt oberhalb zum unteren Totpunkt unterhalb der Einlaßöffnungen bewegt. Der 3c Flüssigkeitsstrom ist daher im unteren Totpunkt unterbrochen. Die dadurch bedingten Geschwindigkeitsschwankungen in der Düse führen zu einer Aufteilung des Stroms in Flüssigkeitstropfen. Im Beispiel 3, in dem es sich um eine äußerst dünnflüssige Schmelze handelt, arbeitet der Kolben dagegen vollständig über der Spiegelhöhe der Öffnungen. In diesem Fall ist der Flüssigkeitsstrom durch diese Öffnungen zu keinem Zeitpunkt unterbrochen, jedoch hat die Pulsiervorrichtung Geschwindigkeitsschwankungen des Flüssigkeitsstroms in der Düse zur Folge, die zur Aufteilung des Stroms in einer Folge von Tropfen genügen. Wie sich aus diesen Beispielen ergibt, besteht die Hauptfunktion der Pulsiervorrichtung in der teilweise oder völligen Unterbrechung des kontinuierlichen Flüssigkeitsstroms durch die Düse. Jede Pumpwirkung der Vorrichtung ist nur sekundär, weil die Flüssigkeit auch ohne eine solche Wirkung in hinreichender Menge allein auf Grund der Schwerkraftwirkung in den Düsenkanal fließen kann. In den obigen Beispielen und einem Teil der Beschreibung wurde zwecks größerer Klarheit angenommen, daß die Flüssigkeit im Vorratsbehälter unter atmosphärischem Druck steht und daher nur auf Grund ihrer Schwerkraft dem Kanal zufließt und daß sich der Kolben in einer praktisch senkrechten Richtung bewegt. Dies stellt in vielen Fällen die einfachste und beste Anordnung dar. Jedoch kann der Zufluß zu den Düsen auch auf andere Weise bewirkt werden, z. B. wenn der Behälter unter einem höheren konstanten Druck steht. Ebenso besteht keine Notwendigkeit, die Tropfen senkrecht abwärts abzugeben. Wegen der Geschwindigkeit der Pulsationen und des Trägheitsmoments der gebildeten Tropfen ist auch eine horizontale Abgaberichtung möglich. Unter gewissen Bedingungen kann dies vorteilhaft sein. Weiterhin wurde in den obigen Beispielen angenommen, daß die Länge einer Pulsationsperiode mit der Zeitdauer eines Arbeitszyklus identisch ist. Dies ist der Fall, wenn die Pulsiervorrichtung, wie in F i g. 7 gezeigt wird, von einem Exzenter angetrieben wird. Wenn die Auf- und Abwärtsbewegung durch eine Nockenwelle gesteuert wird, kann die Länge der PuIsationsperiode kürzer sein als die des Arbeitszyklus. In beiden Fällen ist jedoch die Pulsationsfrequenz gleich der Tropfenfrequenz. F i g. 7 zeigt eine Maschine zur Herstellung von Granalien oder Pastillen aus einer Schmelze nach den erfindungsgemäßen Verfahren und unter Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Vorratsbehälter 1 für die Schmelze wird z. B. elektrisch oder mittels eines Außenmantels 31 erwärmt, durch den man eine Heizflüssigkeit umlaufen läßt. Das flüssige Produkt wird in dieses Gefäß durch das Rohr 20 eingeführt, wobei der Zufluß mittels eines Ventils 21 vorzugsweise automatisch gesteuert wird. Die Düsen 3 sind in den Boden des Vorratsbehälters eingeschraubt. Die Kolben 10 werden durch ein auf- und abwärts gehendes Kreuzstück 22 getragen, das an einer im Hülsenlager 24 geführten Säule 23 befestigt ist. Diese Säulen sind mittels selbst ausrichtenden Lagerbüchsen 25 mit den Kurbelstangen 26 verbunden, welche ihrerseits über die Exzenter 27 von der Welle 28 angetrieben werden. Diese Welle ist an ein veränderliches Getriebe 29 angeschlossen, das von einem Motor 30 angetrieben wird und eine Veränderung der Kolbenfrequenz ermöglicht. Die Tropfen fallen auf ein sich bewegendes Transportband 32 aus Stahl, das auf der Unterseite durch Aufsprühen der Wasserstrahlen 33 gekühlt wird. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Granalien aus einer Schmelze durch Ausbildung einer kontinuierlichen Folge von Schmelztropfen einheitlicher Größe aus einem größeren, in einem Be-

halter befindlichen und unter konstantem Druck stehenden Volumen unter Abgabe der Schmelze durch eine oder mehrere Düsen, deren Eigenvolumen größer ist als das eines einzigen Tropfens, aber vorzugsweise kleiner als das von zehn Tropfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem größeren Flüssigkeitsvolumen durch verschließbare Öffnungen in die Düsen eintretende Flüssigkeitsstrom durch am Düseneinlauf arbeitende auf- und abgehende Pulsiervorrichtungen kurzzeitigen Geschwindigkeitsschwankungen mit einer Frequenz von mindestens 150 pro Minute unterworfen wird, dergestalt, daß das Zusammenwirken der kurzzeitigen Verzögerungen des Flüssigkeitsstroms innerhalb der Düsen und des Trägheitsmomentes der Flüssigkeit zum Ablösen von Tropfen mit gleicher Frequenz am Austrittsende der Düse führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsschwan- ao kungen durch zeitweilige Drosselung oder Verschließung der Düseneinlauföffnungen mittels der auf- und abgehenden Pulsiervorrichtungen erzielt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, mit einer oder mehreren an ihrem unteren Ende offenen Düsen, die an ihrem oberen Ende mit einem

Flüssigkeitsbehälter in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch eine oder mehrere seitliche öffnungen (8, 13, 16, 17, 18) hergestellt wird und daß für jede Düse eine Pulsiervorrichtung (10, 12) vorgesehen ist, welche die öffnungen (8, 13, 16, 17, 18) durch eine auf- und abgehende Bewegung öffnen, drosseln oder verschließen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsiervorrichtung als ein in die obere Düsenöffnung (8) eintretender Kolben (10) oder als eine die obere Düsenöffnung umgreifende Hülse (12) ausgebildet ist.

5. Abänderung der Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Düse eine Pulsiervorrichtung in Gestalt einer mit der oberen Düsenöffnung (8 a) zusammenwirkenden Scheibe (34) oder eines mit der oberen Düsenöffnung zusammenwirkenden Kegels (35) angeordnet ist, die die obere Düsenöffnung (8 a) durch eine auf- und abgehende Bewegung öffnet, drosselt oder verschließt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitshub der Pulsiervorrichtung (10, 12, 34, 35) zwecks Steuerung der Größe der auszubildenden Tropfen bzw. einwandfreien Tropfenbildung veränderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 521/530