DE2442657A1 - Vorrichtung zum mischen von festem probenmaterial in einer traegerfluessigkeit zur analyse - Google Patents

Description

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Technicon Instruments Corporation, Tarrytown, N. Y. VStA

Vorrichtung zum Mischen von festem Probenmaterial 'in einer Trägerflüssigkeit zur Analyse

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen von festem Probenmaterial in einer Trägerflüssigkeit zur Analyse mit zwei aneinander schmiegbaren Schneidelementen, von denen das erste zum Hervorrufen einer Abscherwirkung zwischen den beiden Elementen in bezug auf das zweite um eine Achse drehbar ist und die an einer Fläche mehrere Messerschneiden in einer um die Achse laufenden Folge aufweisen, und mit einer das erste Schneidelement derart freibeweglich haiternden Einrichtung, daß das erste Schneidelement auf das zweite Schneidelement zubewegbar und von diesem wegbewegbar ist.

Aus der US-PS 3 223 485 ist ein Gerät zum Vorbereiten und Behandeln von Feststoffen auf die Analyse bekannt, Ferner sind Homogenisiergefäße oder Mischvorrichtungen im Gebrauch, die Feststoffe, beispielsweise Tabletten und faseriges Material, in einer Trägerflüssigkeit zerkleinern.

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Die im Gebrauch befindlichen Mischvorrichtungen sind der aus der US-PS 3 223 485 bekannten Konstruktion ähnlich und enthalten ein Schneidelement, das in bezug auf ein zweites Schneidelement antreibbar ist, um mit diesem zusammenzuarbeiten. Das erste Schneidelement ist an einer Antriebswelle befestigt, die derart schwimmend oder freibeweglich gelagert ist, daß das erste Schneidelement gegen das zweite Schneidelement und von dem zweiten Schneidelement wegbewegt werden kann. Die Antriebswelle ist durch eine Feder in einer solchen Richtung vorgespannt, daß das erste Schneidelement gegen das zweite Schneidelement gedrückt wird. Auf diese Weise wird der Schneidspalt zwischen den beiden Elementen eingestellt.

Für einen Schneidspalt zwischen zwei zusammenwirkenden Schneidelementen wäre eine Feineinstellung ideal, und zwar selbst während des Betriebs der Elemente, um zwischen einem minimalen Spalt und der körperlichen Beeinflussung zwischen den beiden Schneidelementen einen guten Kompromiß zu treffen. Die oben beschriebene, durch Federvorspannung bewirkte Schließung des Spaltes hat gewisse Vorteile, und zwar hinsichtlich der Vermeidung einer genauen Spalteinstellung, des Annäherungsvermögens an einen Spalt von Null, der Kompensationsfähigkeit in bezug auf den Verschleiß an den Schneidflächen und der Vermeidung von Spaltänderungen infolge von Temperaturschwankungen der Schneidelemente.

Die Verwendung von federvorgespannten Schneidelementen ist aber auch mit gewissen Problemen verbunden. So wird insbesondere beim Anfahren der Mischvorrichtung ein unerwünscht hoher Belastungsgrad durch die Federvorspannung von dem einen auf das andere Schneidelement ausgeübt, so daß ein hohes Anfahrdrehmoment erforderlich ist, Darüberhinaus ruft die Federvorspannung, insbesondere während des Anfahrens, eine unerwünscht hohe Reibung zwi-

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sehen den Schneidelementen hervor. Ferner ist es infolge der Federvorspannung der Antriebswelle des bewegbaren Schneidelements unerläßlich, daß zur Aufnahme der Federkraft an dieser Welle ein Axialdrucklager vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einem Homogenisiergefäß ähnliche Vorrichtung zum Mischen von festem Probengut in einer Trägerflüssigkeit zu schaffen, bei der die Spalteinstellung zwischen den beiden Schneidelementen in einer optimalen Weise erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind an dem ersten Schneidelement Mittel vorgesehen, die das erste Schneidelement in eine spaltschließende Beziehung mit dem zweiten Schneidelement schieben und diese Beziehung während des Mischbetriebes der Vorrichtung aufrechterhalten und die das erste Schneidelement nach Beendigung des Mischbetriebes von dem zweiten Schneidelement wegbewegen.

Diese Mittel enthalten vorzugsweise wenigstens einen als Tragfläche ausgebildeten Oberflächenabschnitt, und zwar auf derjenigen Seite des ersten Schneidelements, die von dem zweiten Schneidelement abgewandt ist. Wenn das erste Schneidelement mit der Laufgeschwindigkeit gedreht wird, übt die Trägerflüssigkeit auf den als Tragfläche aus-' gebildeten Oberflächenabschnitt eine hydrodynamische Kraft aus, die das erste Schneidelement in Richtung auf das zweite Schneidelement bewegt, um zwischen diesen beiden Elementen einen minimalen Schnittspalt einzustellen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen;

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Mischvorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht von unten auf die Schneidelemente der Mischvorrichtung, und zwar in Richtung einer in der Fig. 1 dargestellten Linie 2-2,

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, bei der jedoch in einem übertriebenen Maßstab bei nicht eingeschalteter Mischvorrichtung der Spalt zwischen den beiden Schneidelementen dargestellt ist,

Fig. 4 eine Ansicht längs der Linie 4-4 der Fig. und

Fig. 4a bis 4c Einzelheiten des unteren Schneidelements der in der Fig. 1 dargestellten Mischvorrichtung.

Eine in der Fig. 1 dargestellte Mischvorrichtung weist einen gefäßartigen Gehäusekörper 10 mit einem Gehäuseunterteil 12 und einem Gehäuseoberteil 14 auf, die zwischen sich eine Mischkammer 16 begrenzen. Im Oberteil 14 des Gehäusekörpers 10 ist für die Kammer 16 ein Einlaß 18 vorgesehen, der mit einer Einlaßöffnung 22 in einem Flansch 20 in Verbindung steht. Der Einlaß 18 und die Einlaßöffnung 22 dienen zum Beschicken der Kammer 16. Das Gehäuseunterteil 12 weist in seinem Boden eine Öffnung 24 auf, die normalerweise mit einem passenden Stopfen verschlossen ist, der im allgemeinen lediglich zum Entfernen des Inhalts der Kammer 16 und zum Ausspülen der Kammer entfernt wird. Im zusammengebauten Zustand wird der Flansch 20 mit Hilfe von Verbindungsbolzen 26 von oben gegen das Gehäuseoberteil 14 gedruckt. Das Gehäuseoberteil 14 weist einen in die Kammer 16 ragenden mittigen Ansatz 27 auf. Der Ansatz. 27 ist in seiner Mitte mit einer durchgehenden Öffnung versehen, durch die sich eine hohle

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Stummelwelle 28 eines Schneidelements 30 erstreckt, das mit der Stummelwelle 28 einstückig ausgebildet ist.

Wie es aus der Fig. 1 hervorgeht, ist am oberen Endabschnitt der Stummelwelle 28 eine Hülse 32 befestigt. Die Hülse 32 weist einen oder mehrere Schlitze auf, in die die radial nach innen ragenden Vorsprünge von einer oder mehreren Halterungsringen 34 ragen, die in einer noch zu beschreibenden Weise eine Winkelbewegung der Welle 28 gegenüber dem Gehäusekörper 10 verhindern. Das obere Ende der Hülse 32 weist ein Außengewinde auf, auf das eine Mutter 36 mit einem Innengewinde geschraubt ist. Die angezogene Mutter 36 zieht die Stummelwelle 28 nach oben, so daß das Schneidelement 30 am Ansatz 27 fest anliegt und der Halterungsring 34 fest gegen die Oberseite des Gehäuseoberteils 24 gedrückt wird.

An den oberen mittleren Teil des Flansches 20 schließt sich ein dort fest angebrachtes Wellengehäuse an. Das Wellengehäuse .38 ist mit der Stummelwelle 28 axial ausgerichtet und nimmt eine Welle 40-auf, die sich durch das Wellengehäuse 38 und durch die hohle Stummelwelle 28 erstreckt. Wie es aus der Fig. 1 hervorgeht, weist der Flansch 20 in der Nähe der Verbindungsstelle mit dem Wellengehäuse 38 eine Queröffnung 42 auf, die an einen Lagerhalter 44 am unteren Ende der Gehäusewelle angrenzt. In dem Gehäuse 38 sind rund um die Welle 40 Lagerteile 46 und 48 vorgesehen. Die Welle 40 ragt aus dem oberen Ende des Wellengehäuses' 38 heraus und ist dort, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, von einem Halterungsteil 50 umgeben, das am Gehäuseende angebracht ist. Über dem Wellengehäuse 38 ist am oberen Ende der Welle 40 mit einer Schraube 54 eine Riemenscheibe 52 befestigt.

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Die Welle 40 dient als Antriebsrolle für ein Schneidelement 56, das unter dem Schneidelement 30 angeordnet ist lind mit diesem zusammenarbeitet. Die Welle wird über die Riemenscheibe 52 durch einen geeigneten, nicht dargestellten Antriebsriemen angetrieben. Die gesamte Anordnung ist dabei derart getroffen, daß das Schneidelement 56, das mit dem unteren Teil der Welle 40 einstückig ausgebildet sein kann, in axialer Richtung zwischen den beiden in den Figuren 1 und 3 dargestellten Stellungen wandern kann. Dabei ist in der Darstellung nach der Fig. 3 der Axialhub des Schneidelements 56 gegenüber dem Schneidelement 30 2mm Zwecke der Erläuterung übertrieben groß dargestellt. Bei einer praktischen Ausführungsform kann die Axialbewegung des Schneidelements 56 und der Welle 40 beispielsweise etwa 0,05 mn (.002 inch) betragen. Dabei wird unterstellt, daß der Riemenscheibenantrieb der Welle 40 einen solchen Bewegungsgrad zuläßt. Die Abwärtsbex^egung der Welle 40 wird dadurch begrenzt, daß die Scheibe 52 an dem Wellengehäuse 38 anschlägt. Falls es erforderlich ist, kann man zwischen der Scheibe 52 und dem oberen Ende des Wellengehäuses 38 ein Axiallager anordnen.

Im folgenden sollen die Schneidelemente 30 und 56 im einzelnen beschrieben werden. Wie es aus der Fig. 1 hervorgeht, hat das Schneidelement 30 eine ebene obere und eine ebene untere Oberfläche. Wie man der Fig. 2 entnehmen kann, begrenzen diese Oberflächen mehrere nach der Seite ragende Flügel 58. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Flügel vorhanden. Wie man ferner der Fig. 1 entnehmen kann, haben die Flügel von ihrem Außenende bis zum Flügelansatz eine beträchtliche Tiefe. Die Flügel 58 ragen vom Nabenabschnitt des Schneidelements radial nach außen und haben abgerundete Flügelenden 60. Die Verbindungsstellen der senkrechten Oberflächen der Flügel 58 mit der ebenen Unterseite des Schneidelements

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bilden Messerschneiden 39. Die Flügelwände haben aufgrund ihrer Höhe die Punktion von Leit- und Prallwänden. Obwohl das Schneidelement 30 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel feststehend ist, kann man dieses Element auch antreiben.

Das Schneidelement 56 weist eine ebene obere Oberfläche 62 und eine ebene untere Oberfläche 64 auf. Diese beiden Oberflächen sind wie die untere ebene Oberfläche des Schneidelements 30 horizontal ausgerichtet. Wie es in der Fig. 4 dargestellt ist, weist das Schneidelement 56 von der Drehachse seitwärts nach außen ragende Vorsprünge 66 auf, die stumpfwinklig aneinander stoßen. Bei der Darstellung nach der Fig; 4 dreht sich das Schneidelement 56 in Richtung des eingezeichneten Pfeils· Bei der gezeigten Ausführungsform sind drei Vorsprünge 66 vorhanden. Jeder der Vorsprünge 66 wird teilweise durch eine im wesentlichen ebene, senkrecht ausgerichtete Oberfläche 68 und einen im wesentlichen ebenen, senkrecht ausgerichteten Oberflächenabschnitt 70 gebildet, wie es beispielsweise aus der Fig. 4a hervorgeht. Das Außenende 72 jedes Vorsprungs 66 ist durch einen Radius gebildet. Wie es in der Fig. 4 durch unterbrochene Linien und in den übrigen Figuren durch ausgezogene Linien dargestellt ist, weist jeder Vorsprung 66 unter einem Winkel zu seinem Außenende 72 einen Unterschnitt 74 auf, der einen von der ebenen Oberfläche 64 zu dem senkrecht angeordneten Oberflächenabschnitt 70 nach oben ansteigenden Tragflächenabschnitt bildet. Die Verbindungslinie der oberen Oberfläche 62 und der Oberfläche 70 bildet bei jedem Vorsprung 66 eine Messerschneide 76. Das Schneidelement 30 kann zusammen mit der Welle 28 aus Metall oder einem Keramikwerkstoff bestehen. Das Schneidelement 56 kann zusammen mit dem unteren Abschnitt der Welle 40 aus einem Keramikwerkstoff hergestellt sein.

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Die Arbeitsweise der beschriebenen Mischvorrichtung geht aus dem oben erläuterten Aufbau hervor. Die Mischvorrichtung kann eine Baueinheit eines automatisch arbeitenden Analysegeräts sein. Bevor die Kammer 16 mit der ersten Probe und der Trägerflüssigkeit beschickt wird, ist die Auslaßöffnung 24 im Boden der Kammer offen, um die Kammer auszuwaschen. Danach wird sie mit einem Stopfen verschlossen. Bei der Charge für die Kammer 16 kann es sich um mehrere Tabletten und die bereits erwähnte Trägerflüssigkeit handeln. Die Einlaßöffnung kann mit einem nicht dargestellten Spritzschutz versehen sein. Die Schneidelemente 30 und 56 nehmen zu diesem Zeitpunkt den in der Fig. 3 dargestellten Zustand ein, in dem sie voneinander getrennt sind. Die Welle 40 wird dann über die Scheibe 52 angetrieben. Die zuvor in die Kammer 16 gegebene Charge reicht aus, daß das Schneidelement 56 vollkommen und das Schneidelement 30 zumindest teilweise in der Charge untergetaucht sind. Wenn das Schneidelement 56 der Welle 40 eine hinreichend hohe Drehzahl erreicht, beispielsweise 500 UpM, bewirkt die auf die als Gleitflächen ausgebildeten Unterschnitte 74 einwirkende hydrodynamische Kraft der teilweise flüssigen Charge, daß das Schneidelement 56 zusammen mit der Welle 40 angehoben wird, bis die Schneidelemente 30 und 56 aneinanderliegen. In diesem Zustand üben die Schneidelemente 30 und 56 in bezug aufeinander eine optimale Scherwirkung aus, und zwischen den beiden Schneidelementen stellt sich, frei von jeglicher Federbelastung, ein minimaler Spalt ein, so daß zwischen den Elementen 30 und 56 eine effektive Abscherwirkung auftritt, wenn die Welle 40 mit der genannten oder einer höheren Drehzahl angetrieben wird.

Die gesamte Konstruktion ist somit derart getroffen, daß die Notwendigkeit einer Spalteinstellung zwischen den beiden Schneidelementen entfällt, da die bei-

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den Schneidelemente bezüglich des Spaltes selbsteinstellend sind, und. zwar mit der Fähigkeit, einen Spalt von Null zu erreichen, wobei gleichzeitig eine Kompensation für den Verschleiß an den Schneidflächen und für thermische Änderungen in den Schneidelementen vorgesehen ist. Wenn die Mischvorrichtung für eine hinreichend lange Zeit gelaufen ist, um die Tabletten zu pulverisieren, so daß sie in einigen Fällen in der Trägerflüssigkeit gelöst werden oder in anderen Fällen mit der Trägerflüssigkeit eine Suspension bilden, wird der Antrieb der Welle 40 unterbrochen. Wenn dann die Drehzahl der Welle 40 abnimmt, sinkt das Schneidelement 56 von dem in der Fig. 1 dargestellten eingerückten Zustand in den in der Fig. 3 dargestellten ausgerückten Zustand ab. An dieser Stelle sei noch nachgetragen, daß vor dem Abschalten der Mischvorrichtung die in der Kammer 16 befindlichen Feststoffe von den Schneidelementen 30 und 56 nicht nur zerschnitten, pulverisiert oder zerkleinert werden, sondern daß das in der Kammer 16 befindliche Gemisch auch vollständig durchrührt wird und während des Rührens gegen die Prallwände der Flügel 58 des Schneidelements 30 gedrückt wird, um die Durchmischung zu fördern. Nach Beendigung des Mischvorganges wird die Öffnung 24 im Boden der Kammer 16 durch Entfernen des Stöpsels freigegeben, und mindestens ein Teil des durch die öffnung 24 austretenden Kammerinhalts wird zur Analyse weitergeleitet, und zwar in einer Weise, wie es beispielsweise aus der US-PS 3 223 485 bekannt ist. Der beschriebene Mischvorgang wird dann für die nächste Probe wiederholt, und zwar so lange, bis alle Proben aufgebraucht sind.

Falls die beschriebene Mischvorrichtung im nicht beschickten Zustand betrieben wird, also bei leerer Kammer 16, wirkt auf das bewegbare Schneidelement 56 keine hydrodynamische Kraft ein, so daß das Schneid-

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element 56 nicht angehoben wird und es in diesem Trockenlaufzustand zu keinem Verschleiß zwischen den Schneidelementen 30 und 56 kommt.

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Claims (10)

- 11 Patentansprüche

1. , Vorrichtung zum Mischen von festem Probenmaterial W einer Trägerflüssigkeit zur Analyse mit zwei aneinanderschmiegbaren Schneidelementen, von denen das erste zum Hervorrufen einer Abscherwirkung zwischen den beiden Elementen in bezug auf das zweite um eine Achse drehbar ist und die an einer Fläche mehrere Messerschneiden in einer um die Achse laufenden Folge aufweisen, und mit einer das erste Schneidelement derart freibeweglich halternden Einrichtung, daß das erste Schneidelement auf das zweite Schneidelement zubewegbar und von diesem wegbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Schneidelement (56) Mittel vorgesehen sind, die das erste Schneidelement in eine spaltschließende Beziehung mit dem zweiten Schneidelement (30) schieben und diese Beziehung während des Mischbetriebes der Vorrichtung aufrechterhalten und die das erste Schneidelement (56) nach Beendigung des Mischbetriebes von dem zweiten Schneidelement (30) wegbewegen·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel an dem ersten Schneidelement (56) mindestens einen als Tragfläche ausgebildeten Qberflächenabschnitt (74) enthalten, auf den, wenn sich das erste Schneidelement (56) mit Laufgeschwindigkeit dreht, die Trägerflüssigkeit eine hydrodynamische Kraft ausübt, die das Verschieben des ersten Schneidelements in die spalt-, schließende Beziehung mit dem zweiten Schneidelement (30) bewirkt.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schneidelement (56) mehrere von der Achse wegragende Vorsprünge (66) aufweist, die stumpfwinklig aneinanderstoßen und jeweils eine der Messerschneiden (76) aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schneidelement (30) mehrere Flügel (58) aufweist, die sich in radialer Richtung in einer Reihenfolge rings um die Achse erstrecken und eine beträchtliche Höhe haben·

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spaltschließenden Flächen der Schneidelemente (30, 56) im wesentlichen eben sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schneidelement (56) in einer Folge rund um die Achse mehrere, nach der Seite ragende Vorsprünge (66) aufweist, die auf der dem zweiten Schneidelement abgewandten Seite jeweils einen als Tragfläche ausgebildeten Oberflächenabschnitt (74) haben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der als Tragfläche ausgebildete Oberflächenabschnitt (74) einen Abstand von der Messerschneide (76) hat.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der VorSprünge eine lange Seitenkante und eine kurze Seitenkante aufweist und daß die Messerschneide (76) an der kurzen Seitenkante ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Außenenden (60) der Flügel (58) abgerundet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel an dem ersten Schneidelement (56) einen als Tragfläche ausgebildeten Oberflächenabschnitt (74) enthalten, auf den, wenn sich das erste Schneidelement (56) mit Laufgeschwindigkeit dreht, die Trägerflüssigkeit eine hydrodynamische Kraft ausübt, die ein Verschieben des ersten Schneidelements (56) in eine an dem zweiten Schneidelement (30) anliegende Stellung bewirkt, und daß der die Tragfläche darstellende Oberflächenabschnitt als geneigte Oberfläche ausgebildet ist, die von der Messerschneide (76) beabstandet ist.