DE2734488C2 - - Google Patents
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- DE2734488C2 DE2734488C2 DE2734488A DE2734488A DE2734488C2 DE 2734488 C2 DE2734488 C2 DE 2734488C2 DE 2734488 A DE2734488 A DE 2734488A DE 2734488 A DE2734488 A DE 2734488A DE 2734488 C2 DE2734488 C2 DE 2734488C2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F29/00—Mixers with rotating receptacles
- B01F29/10—Mixers with rotating receptacles with receptacles rotated about two different axes, e.g. receptacles having planetary motion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F29/00—Mixers with rotating receptacles
- B01F29/40—Parts or components, e.g. receptacles, feeding or discharging means
- B01F29/403—Disposition of the rotor axis
- B01F29/4036—Disposition of the rotor axis with a plurality of rotating receptacles
- B01F29/40365—Disposition of the rotor axis with a plurality of rotating receptacles arranged for planetary motion
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Centrifugal Separators (AREA)
- Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)
- Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum
Homogenisieren von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Aus der DD-PS 94 554 ist eine Vorrichtung zum Homogenisieren
von Flüssigkeiten bekanntgeworden, bei der ein um eine Rotor
achse angetriebener Rotor ein Probenrohr im Abstand zur
Rotorachse lagert. Das Probenrohr ist um eine von der Rotor
achse unabhängige Querachse drehbar gelagert. Die exzentrische
Lagerung des Probenrohres erhöht die Zentrifugalwirkung durch
den Rotor. Rotor und Rohr werden in Phase gedreht, d. h. die
innerhalb des Rohrs zu mischende Substanz wird unter dem Einfluß
der Zentrifugalkraft an der Rohrwandung
haftend an dieser walkend entlangbewegt.
Die in der genannten Druckschrift beschriebene Lösung stellt
eine Abkehr dar vom sogenannten Schüttelprinzip, bei dem
zu mischende Substanzen in länglichen Kapseln aufgenommen
und in einer Vorzugsrichtung hin- und hergeschleudert werden,
wobei das Mischen in der Kapsel an den Umlenkpunkten erfolgt.
Häufig besteht die Aufgabe, sehr geringe Flüssigkeitsmengen
zu homogenisieren. Wohnt den Flüssigkeiten eine hohe
Adhäsions- oder Kohäsionskraft inne, müssen erhebliche
Kräfte auf die Substanzen aufgebracht werden, um die
gewünschte Homogenisierung zu erreichen. Bekannte Zentrifugen,
wie sie etwa durch die US-PS 31 99 775 oder 38 82 716
bekanntgeworden sind, lösen diese Aufgabe nur bedingt.
Auch die oben beschriebene bekannte Vorrichtung reicht für
manche Anwendungsfälle nicht aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten zu schaffen,
mit der auch kleine Mengen mit hoher Viskosität wirksam
gemischt bzw. homogenisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale
des Kennzeichnungsteils des Patentanspruches 1.
Die Erfindung stellt eine Kombination dar aus einem
herkömmlichen Schüttler und einer herkömmlichen Zentrifuge.
Wie bereits erwähnt, gelangt die Flüssigkeit beim Schüttler
im Mischrohr abwechselnd von einem zum anderen Ende.
Dieser Misch- oder Homogenisierungsvorgang wird durch die
Anwendung auf einer Zentrifuge mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Lehre erheblich verstärkt. In dem Augenblick, in dem die
Längsachse des Rohres radial steht, wird eine sehr hohe
Beschleunigung auf die Flüssigkeitsmenge ausgeübt, so daß
die zwangsläufig auftretenden hohen Adhäsions- und Kohäsions
kräfte überwunden werden, so daß die Flüssigkeitsmenge
gegen das radial außen liegende Ende des Rohres geschleudert wird
und mit hoher Kraft auf dieses Ende auftrifft. Dieser Vorgang
kann beliebig häufig wiederholt werden, bis die gewünschte
Homogenisierung erreicht ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen
näher erläutert.
Fig. 1a und 1b zeigen schematisch Seitenansicht und
Draufsicht auf einen Rotor der erfindungs
gemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch den Antrieb
des Rotors nach Fig. 1a und 1b.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine gesamte Vorrichtung
nach der Erfindung.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach der
Fig. 3 entlang der Linie IV-IV.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach
Fig. 4 entlang der Linie V-V.
Die Fig. 1a und 1b zeigen zwei konzentrische Antriebs
wellen A und B, die normalerweise synchron bei einer
Geschwindigkeit bis zu 6000 Umdrehungen pro Minute
umlaufen. Verzahnte, als Probenrohrhalter ausgebildete
Planetenräder können mit einem Sonnenrad auf der
Antriebswelle A kämmen. Die Planetenräder sind entweder
mittels Kugellager und durch einen äußeren Zahnkranz oder
lediglich über einen äußeren Zahnkranz mit der äußeren
Antriebswelle B verbunden. Wenn die Antriebswellen A und
B synchron um die mittlere Achse, die nachfolgend als
Rotorachse bezeichnet wird, umlaufen, dann behalten die
Sonnen- und Planetenräder feste Lagen relativ zueinander bei.
Die Probenrohre drehen sich daher nicht um ihre Achsen, die
quer zur Rotorlängsachse verlaufen, sondern führen lediglich
um die Rotorachse (der Wellen A und B) eine Schleuderbewegung
aus. Jedoch führt jede Relativdrehung der Wellen A und B
zu einer Drehbewegung der Planetenräder um eine Achse quer
zur Längsachse der Rohre.
Wenn die Querachse nicht durch die Kugellageranordnungen
bestimmt ist, dann ist ein Umlauf um die Querachse begleitet
von einer Verschiebung des Rohrs auf einem Kreis konzentrisch
zur Rotorachse, so daß das Rohr eine Präzisionsbewegung
ausführt.
Das Prinzip eines Antriebs für die Wellen A und B wird in
Fig. 2 schematisch gezeigt. Stirnräder D und D′ sind mittels
Kugellager an einem normalerweise stationären Körper X
befestigt, während Zahnräder E und E′ in ähnlicher Weise
an einem parallelen, normalerweise stationären Körper Y
befestigt sind. Das Ende der Welle B ist mit Getriebezähnen
versehen, die mit den Stirnrädern D und D′ kämmen. In
ähnlicher Weise kämmen Zähne auf der Welle A mit den
Zahnrädern E und E′.
Wenn die Welle B unmittelbar durch einen Elektromotor
angetrieben wird, dann wird die Welle A synchron mit der
Welle B und in gleicher Richtung mit ihr über einen
Zahnkranz F angetrieben, der mit den Zahnrädern D, D′,
E, E′ kämmt. Durch Drehen des Körpers X um einen bestimmten
Winkel relativ zum Körper X drehen sich auch die
Wellen A und B relativ zueinander um einen festen Winkel.
Hierdurch werden die Rohre um ihre Querachse um einen
beliebig gewählten Grad gedreht, unabhängig von der
Drehbewegung um die Rotorachse. Die Drehbewegung um die
Querachse ist vorzugsweise eine intermittierende Drehbe
wegung von 180°.
Wie bereits erwähnt, sind die Planetenräder als Rohrhalter C
ausgebildet. Sie können mehrere Kapillarrohre aufnehmen,
so daß ihr Inhalt gleichzeitig homogenisiert werden kann.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungs
form einer Homogenisiereinrichtung. In dieser Figur sind
Bestandteile entsprechend denjenigen der Fig. 1 und 2 mit
entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Die Welle B wird durch einen Motor J über Riemenscheiben G
und H und einen Riemen I angetrieben. Die Welle B ist in
Lagern K und K′ innerhalb eines stationären Gehäuses L
gelagert. Auf der Welle B sind Schleifringe M zur Zufuhr
von elektrischer Energie zu Rohrheizeinrichtungen N
unterhalb der Rohrhalter C gelagert, sowie zur Rückkopplung
von Daten, die sich auf die Temperatur der Rohre beziehen.
Die der Prüfung unterworfenen Rohre können abwechselnd
durch Zufuhr von Kühlmittel in die Nachbarschaft der
Rohrhalter über einen Einlaß O, die Hohlwelle B und
Kanäle P gekühlt werden. Der schon erwähnte Rotor wird
von Sonnen- und den Planetenrädern gebildet; er ist in
einem stationären zylindrischen Gehäuse S aufgenommen, das
vorzugsweise aus transparentem Material, wie beispielsweise
Polykarbonat, gebildet ist und durch einen transparenten
Deckel Q geschlossen wird, so daß der Rotor vollständig
eingeschlossen ist. Unterhalb der Rohrhalter ist ein
thermisches Isoliermaterial R vorgesehen, um den Wärmever
lust an dem übrigen Teil des Rotors herabzusetzen.
Die Präzision der Rohrhalter C wird ausgenutzt, um diese
zwischen verschiedenen Bereichen der Heizeinrichtung N,
deren Temperatur individuell überwacht wird, fortschreitend
zu bewegen. Auf diese Weise wird der Rohrinhalt gesteuerten
Wärmeimpulsen unterworfen.
Von dem Reservoir T wird Öl unter Druck mittels einer Pumpe U
an einen Einlaß V eines schneckenförmigen Kanals in dem
Gehäuse L um das Lager K herum herangeführt. In ähnlicher
Weise wird Öl unter Druck an ein Gehäuse W herangeführt,
welches die Zahnräder D, D′, E, E′ und F enthält.
Im Betrieb der Homogenisiereinrichtung werden mehrere
parallele Rohre Z (Fig. 4 und 5), welche die zu vermischenden
Flüssigkeiten enthalten, in die Rohrhalter C eingesetzt,
die Rohrhalter C im Rotor eingeschlossen und der Deckel Q
aufgesetzt. Die Welle B wird durch den Motor J angetrieben,
so daß der Rotor mit z. B. 6000 upm dreht. Wenn der Körper Y,
auf dem die Zahnräder E und E′ drehbar gelagert sind,
stationär gehalten ist (wobei der Körper X ebenso stationär
ist, da es sich um eine feste Plattform handelt), dann
führen die Rohrhalter C um die Achse der Wellen A und B
eine Schleuderbewegung aus, drehen sich jedoch nicht relativ
zu dem übrigen Teil des Rotors. Wenn jedoch eine mit dem
Drehkörper Y gekuppelte Welle ZA gedreht wird, beispielsweise
von Hand oder durch eine hydraulische oder andere mechanische
Drehantriebsvorrichtung, dann verursacht die relative
Bewegung zwischen den Körpern X und Y, wie zuvor mit Bezug
auf Fig. 1 und 2 erläutert, eine Drehbewegung der
Planetenräder und daher der Rohrhalter C um ihre eigenen
Achsen, die senkrecht zur Rohrlängsachse verläuft. Die
Geschwindigkeit und Dauer dieses Umlaufs sind natürlich
abhängig von der Geschwindigkeit und Dauer des Umlaufs der
Welle ZA. In der praktischen Anwendung wird eine Rückwärts-
und Vorwärtsdrehbewegung der Wellen von 180° innerhalb
von mehreren Sekunden als geeignet angesehen.
Während der Rotor seine Schleuderbewegung ausführt, können
die Rohre Z unter Verwendung eines mit der Drehgeschwindigkeit
des Rotors synchronisierten Stroboskops inspiziert werden.
Es kann an jedes Rohr Z ein Laserstrahl über eine Öffnung ZB
herangeführt werden, um Streumessungen oder andere
Messungen an den Proben in den Rohren Z vorzunehmen.
Es liegt auf der Hand, daß bei der Vorrichtung Abwandlungen
vorgenommen werden können. Es ist beispielsweise für die
Rohrhalter nicht von Bedeutung, daß sie unmittelbar an den
Planetenrädern befestigt sind. Sie können auch getrennte
Einheiten darstellen, die über Getriebe oder Treibriemen von
den Planetenrädern angetrieben werden könnten. Es könnte
anstelle der vier in der beschriebenen Ausführungsform
verwendeten Rohrhalter eine beliebige Anzahl vorgesehen sein.
Die Rotordrehung könnte von einem Motor erfolgen, der
einen Schleuderarm antreibt, während die Rohrdrehbewegung
von einem getrennten Elektromotor auf dem Arm erzeugt wird.
Die beschriebene Vorrichtung ist geeignet zum Mischen
vieler verschiedener Flüssigkeiten oder von Flüssigkeiten
und Feststoffen, wobei aber eine Substanz in flüssigem
Zustand sein muß.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten, mit
einem um eine Rotorachse angetriebenen Rotor, mit einem
im Abstand von der Rotorachse auf dem Rotor angeordneten
Rohr zur Aufnahme der Flüssigkeit, das eine Rohrlängsachse
aufweist, mit einer von der Rotorachse unabhängigen
Querachse, um die das Rohr drehbar angetrieben ist, und mit
einer Antriebsvorrichtung für Rotor und Rohr, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung einen
Rotorantrieb und einen von diesem unabhängigen Rohr
antrieb aufweist, wobei der Rohrantrieb das Rohr
intermittierend um etwa 180° dreht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rohrantrieb dem Rohr abwechselnd eine Vorwärts- und
eine Rückwärtsdrehung erteilt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotorachse und die Querachse des Rohrs im
wesentlichen parallel zueinander liegen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor ein um die Rotorachse
drehbares Sonnenrad aufweist und wenigstens ein
mit dem Sonnenrad kämmendes, als Rohrhalter (C) ausgebildetes
Planetenrad, ein Antriebsmotor (J) mit dem Sonnenrad
verbunden ist und Einrichtungen (X, Y, E, E′, F, D, D′)
vorgesehen sind zur Erzeugung einer relativen Drehbewegung
zwischen dem Planetenrad und dem Sonnenrad.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine
Zahnradanordnung (D, D′, E, E′, F), die mit dem Sonnen-
und dem Planetenrad gekuppelt ist und zwei Körper (X, Y)
enthält, deren relative Drehbewegung eine relative
Drehbewegung zwischen dem Planetenrad und dem Sonnenrad
herbeiführt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zahnradanordnung erste und zweite Sonnen- und Planeten
radanordnungen enthält, wobei die Planetenräder (D, D′, E,
E′) der beiden Anordnungen mit einem gemeinsamen äußeren
Zahnkranz (F) kämmen, und daß ferner eine erste Welle
(B) vorgesehen ist, die um die Rotorachse umläuft und mit
dem den Rohrhalter (C) bildenden Planetenrad gekoppelt
ist, der Antriebsmotor (J) die erste Welle (B) antreibt,
eine zweite Welle (A) konzentrisch zur Welle (B) um die
Rotorachse drehbar ist und mit dem Sonnenrad des Rotors
verbunden ist sowie mit dem Sonnenrad der zweiten
Sonnen- und Planetenradanordnung, und die beiden Körper
(X, Y) Lager für die Planetenräder der ersten und zweiten
Sonnen- und Planetenradanordnung bilden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Körper (X) stationär gehalten ist und der
zweite Körper (Y) gedreht wird.
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