DE69716627T2

DE69716627T2 - Vorrichtung zur Granulierung und/oder Beschichtung von Feststoffen

Info

Publication number: DE69716627T2
Application number: DE69716627T
Authority: DE
Inventors: Ruggero Barani; Andrea Nora
Original assignee: IMA Industria Macchine Automatiche SpA
Current assignee: IMA Industria Macchine Automatiche SpA
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: US6119968A; ES2184055T3; DE69716627D1; EP0931589B1; EP0931589A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Granulierung und/oder Beschichtung von Feststoffen.
Speziell, jedoch nicht ausschliesslich, kann die Erfindung zum Durchführen verschiedener Arten von Verfahren verwendet werden, die beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie weit verbreitet sind, wie Granulierung, Kugelformung und Beschichtung von Feststoffen mit einem Film, und noch andere Anwendungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung enthaltend einen Behälter, in welchem sich eine Scheibe um eine vertikale Achse drehen kann: ein Verfahrensgas kann in den Behälter durch einen ringförmigen Durchlass eingegeben werden, enthalten zwischen dem Umfang der Scheibe und einer Wand des Behälters, wobei die Öffnungsweite durch vertikale Verschiebungen der Scheibe regulierbar ist; in das Innere des Behälters und oberhalb der Scheibe kann eine Verfahrensflüssigkeit oder ein Pulver eingegeben werden, bestehend zum Beispiel aus einem Produkt, welches dazu bestimmt ist, Feststoffe zu beschichten, oder aus einer Mischung, von welchen Feststoffe abgeschieden werden können (Granulat, Pellets oder ähnliches); während des Verfahrens formen die Feststoffe, welche durch die rotierende Scheibe bewegt werden, ein von der Scheibe selbst und dem aufsteigenden Strom des Verfahrensgases gestütztes Fliessbett.
Eine Vorrichtung dieses Typs ist nach dem bekannten Stand der Technik bekannt, zum Beispiel aus dem US-Patent 5,284,678, welches sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Beschichtung von Feststoffen bezieht. Diese Vorrichtung ist mit einem Motor zum Steuern der Umdrehung der Scheibe versehen, nämlich einem Elektromotor mit horizontaler Achse, welcher den Antrieb auf die Scheibe über eine Lager- und Vorgelegegruppe überträgt, enthaltend eine Antriebswelle mit horizontaler Achse und angeschlossen an den Motor, sowie eine Abtriebswelle mit vertikaler Achse, die an die Scheibe angeschlossen ist. Der Elektromotor ist ausserhalb des Behälters angeordnet, während die Lager- und Vorgelegegruppe sich unterhalb der Scheibe und im Inneren einer rohrförmigen Wand befindet, die von dem Verfahrensgas durchströmt wird. Eine Vorrichtung zur Regulierung der Drehgeschwindigkeit ist zwischen dem Motor und der Lager- und Vorgelegegruppe vorgesehen, welche Vorrichtung von einem Bediener von Hand betätigt werden kann, zum Beispiel unter Verwendung eines Kurbelrades.
US-A-4323312, wie es der Oberbegriff aus Anspruch 1 zeigt, bezieht sich auf eine Vorrichtung mit Fliessbett, enthaltend einen Fliessbettbehälter, in welchem eine horizontale rotierende Scheibe oberhalb eines perforierten Bodens angeordnet ist, um sich um eine vertikale Achse zu drehen; die rotierende Scheibe ist zwecks Einstellung in der Höhe mit Hilfe einer einrückbaren Welle getragen, die durch Zwischensetzen eines Axiallagers an einem Kolben von einer Drucklufteinheit Kolben-Zylinder gehalten ist, um das Anheben und Senken vorzunehmen.
Einer der Nachteile der oben beschriebenen Vorrichtung nach der bekannten Technik besteht in dem hohen Energieverlust der verschiedenen Mechanismen zur Übertragung vom Motor bis zur Scheibe, besonders in der Lager- und Vorgelegegruppe und der Geschwindigkeitsregulierung.
Ein weiterer Nachteil ist gegeben durch die Tatsache, dass die Einstellung der vertikalen Position der Scheibe, welche den Zufluss des Verfahrensgases in die Kammer reguliert, normalerweise von Hand mit Hilfe einer Verbindung aus Wurmschraube und Mutter erfolgt, was nur annähernd und unpraktisch ist.
Ein noch weiterer Nachteil ist, dass die Regulierung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe von Hand erfolgt, was umständlich und verhältnismässig unpraktisch ist.
Noch ein weiterer Nachteil der Vorrichtungen des bekannten Typs ist, dass der Antriebsmotor der Scheibe und die entsprechenden Mechanismen zur Antriebsübertragung massiv und unhandlich sind, was in der bekannten Technik zu der Notwendigkeit führt, die Antriebsgruppe für die Scheibe ausserhalb des Behälters anzuordnen, in welchem die Scheibe selbst arbeitet.
Diesem kann hinzugefügt werden, dass bei der bekannten Technik die aussenliegende Anordnung der Antriebsgruppe auch dazu dient, die durch den Motor erzeugte Wärmeenergie auf solche Weise zu entsorgen, dass diese sicher und durch das Verfahrensgas nicht verunreinigt ist.
Die vorliegende Erfindung vermeidet auf einfache und wirtschaftliche Weise die oben erwähnten Nachteile der bekannten Technik.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist der, einen einfachen und praktischen Weg zu bieten, um eine sorgfältige und vollständige Regulierung der Weite des ringförmigen Durchlasses für das Verfahrensgas im Zusammenhang mit der Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe zu erreichen.
Ein Vorteil ist der, dass das Volumen der Antriebsgruppe für die Umdrehung der Scheibe erheblich reduziert wird und in einer verhältnismässig kompakten Struktur Mittel zum Auslösen der Scheibenumdrehung sowie zum Anheben und Senken der Scheibe vorgesehen sind.
Ein noch weiterer Vorteil ist der, dass sie es auf schnelle und einfache Weise möglich macht, den gesamten Bausatz der Vorrichtung, einschliesslich des Rahmens und der äusseren Abdeckung sowie den Motor, abzunehmen und, falls notwendig, auszutauschen zu können.
Noch ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der beachtlichen Energieeinsparung, die im Vergleich mit der bekannten Technik erhalten wird.
Diese Zwecke und Vorteile und noch andere sind alle erreicht durch die Vorrichtung, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen gekennzeichnet ist.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung einer vorgezogenen, doch nicht ausschliesslichen Ausführungsform der Erfindung hervor, die rein als Beispiel und nicht begrenzend in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, von denen
- Abb. 1 eine schematische vertikale Erhebung einer Vorrichtung nach der Erfindung ist, mit einigen Teilen entfernt, um andere besser zu verdeutlichen;
- Abb. 2 zeigt in vergrösserter Form und in einem Querschnitt in vertikaler Ebene ein Detail der Vorrichtung aus Abb. 1 in zwei Betriebsdarstellungen;
- Abb. 3 ist eine vergrösserte Ansicht eines Details der Vorrichtung aus Abb. 1 in einem Schnitt nach der Linie III-III aus Abb. 1;
- Abb. 4 ist eine schematische Ansicht von oben der Abb. 3;
- Abb. 5 ist ein Diagramm des hydraulischen Übertragungskreises der Motoren, welche die Bewegung der Scheibe steuern.
Unter Bezugnahme auf die Abbildungen ist mit 1 in ihrer Gesamtheit eine Vorrichtung zur Granulierung und/oder Beschichtung von Feststoffen bezeichnet. Insbesondere kann die Vorrichtung als Granulator wie auch als Beschichter von Feststoffen verwendet werden.
Die Vorrichtung enthält einen Behälter 2, dessen Wände eine Verfahrenskammer bilden, in welcher das gewünschte Verfahren durchgeführt wird, zum Beispiel die Granulierung. In dem betreffenden Falle erstreckt sich der Behälter in der Höhe und weist eine Seitenwand auf, welche vertikal axialsymmetrisch ist.
Die Verfahrenskammer ist unten durch eine rotierende Scheibe 3 abgegrenzt, die horizontal angeordnet ist und durch einen Rotor 4 in Umdrehung versetzt wird, der eine vertikale Achse hat, die koaxial im Verhältnis zu dem Behälter 2 verläuft.
Durch einen Antrieb kann die Scheibe 3 vertikal in beiden Richtungen verschoben werden, so wie sie auch wahlweise in einer Ruhestellung positioniert werden kann (s. rechte Seite der Abb. 2), in welcher die Verfahrenskammer unten verschlossen ist, oder auch wenigstens eine Arbeitsposition einnehmen kann (s. linke Seite der Abb. 2), in welcher ein ringförmiger Durchlass S zwischen dem Umfang der Scheibe und einem stumpfkegelförmigen Abschnitt 6 der Wand beschrieben wird. Der umlaufende Rand der Scheibe 3 weist eine geneigte Oberfläche auf, mit welcher die genannte Scheibe 3 in der unteren, geschlossenen Position des ringförmigen Durchlasses 5 perfekt an dem genannten stumpfkegelförmigen Abschnitt 6 der Wand anliegen kann, so dass die Kammer somit abdichtend verschlossen ist. Die Weite des ringförmigen Durchlasses 5 ist regulierbar mit Hilfe von gesteuerten vertikalen Verschiebungen der Scheibe 3.
Es sind Mittel zum Eingeben einer Verfahrensflüssigkeit und/oder von Pulvern in die Kammer oberhalb der Scheibe 3 vorgesehen. Diese Mittel enthalten vorzugsweise wenigstens eine Düse 7, in der Lage, die Flüssigkeit in einer Richtung einzusprühen, die nicht mit der vertikalen Drehachse x-x des Rotors zusammenfällt. Mit anderen Worten ist die einzelne Düse 7 so ausgebildet und angeordnet, dass sie die Flüssigkeit (oder Pulver) in einer Richtung einsprüht, die im wesentlichen tangential zu den Wänden des Behälters 2 und/oder im Verhältnis zu der rotierenden Scheibe 3 verläuft. Die Vorrichtung 1 enthält weiter Mittel zum Eingeben eines Verfahrensgases von unten her durch den ringförmigen Durchlass S. Der Zustrom des Verfahrensgases in die Kammer ist reguliert durch die kontrollierte Veränderung der Weite des ringförmigen Durchlasses 5. Die Regulierung des Gaszustromes macht es möglich, die Bedingungen, unter denen das Verfahren durchgeführt wird, zu verändern.
Unterhalb der Scheibe 3 befindet sich ein rohrförmiges Segment 8 mit vertikaler Achse, durch welches das Verfahrensgas strömt, bevor es in die Kammer eintritt. In dem gezeigten Beispiel ist das rohrförmige Segment 8 zylindrisch und koaxial zu der rotierenden Scheibe 3. An seinem oberen Ende weist das rohrförmige Segment 8 den stumpfkegelförmigen Abschnitt 6 auf, der den Sitz bildet, an welchem der umlaufende Rand der Scheibe 3 in der geschlossenen Position anliegt.
Die Umdrehung des Rotors 4 wird durch einen strömungsdynamischen Motor 9 angetrieben, vorzugsweise enthaltend einen hydraulischen Rotationsmotor 9, dessen vertikale Achsantriebswelle praktisch den die Scheibe 3 tragenden Rotor 4 darstellt. Der strömungsdynamische Rotationsmotor 9 ist mit bekannten Mitteln zur einfachen und präzisen Regulierung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle von aussen her versehen.
Die vertikalen Verschiebungen der Scheibe 3 werden ebenfalls durch strömungsdynamische Antriebsmittel gesteuert, enthaltend wenigstens einen linearen, vorzugsweise hydraulischen Trieb. In dem gezeigten Beispiel sind zwei Triebe 12 und 13 mit vertikaler Achse vorgesehen, welche auf den Support 10 auf solche Weise wirken, dass in gegenseitiger Verbindung miteinander sei es die Scheibe 3 wie auch der Hydraulikmotor 9 angehoben und gesenkt werden können. Die beiden hydraulischen Triebe 12 und 13 sind im Inneren einer kastenförmigen Trägerbasis 14 montiert, die mit Hilfe von radialen Rippen 15 fest an der Innenwand des rohrförmigen Segmentes 8 gehalten ist.
Die Vorrichtung ist mit Mitteln zum Erfassen der Position der Scheibe 3 in einer vertikalen Richtung versehen. Die Abtastmittel sind vorzugsweise wenigstens einem der oben beschriebenen linearen Triebe 12 und 13 zum Anheben und Senken der Scheibe 3 zugeordnet und können zum Beispiel ein lineares Potentiometer (von bekanntem Typ und daher nicht gezeigt) oder eine andere mechanische oder elektromagnetische Vorrichtung zum Erfassen der Position der beweglichen Elemente der Triebe 12 und 13 enthalten. Diese Lösung erlaubt es, die Scheibe 3 in der Höhe zu positionieren und somit den Zustrom des Verfahrensgases in die Kammer zu steuern, und zwar automatisch und mit beachtlicher Präzision.
Bei es der Motor 9 wie auch die beiden linearen Triebe 12 und 13 sind im Inneren der Trägerbasis 14 gruppiert, welche unmittelbar unterhalb der Scheibe 3 und im Inneren des rohrförmigen Segmentes 8 angeordnet ist. Die Trägerbasis 14, zusammen mit den darin enthaltenen Antrieben, ist im mittleren Teil des rohrförmigen Segmentes 8 und koaxial im Verhältnis zu dem Segment selbst angeordnet. Diese Anordnung bedeutet, dass ein weiter, ringförmiger Raum zwischen der Wand des rohrförmigen Segmentes und dem Motor für den Durchlass des Verfahrensgases freigelassen werden kann. Der Motor 9 und die linearen Triebe 12 und 13 werden durch einen hydraulischen Übertragungskreis 16 gespeist, von welchem ein Diagramm in Abb. 5 gezeigt ist. Der Kreis 16 enthält eine von einem Motor angetriebene Speisungspumpe 17, wobei die Pumpe 17 wie auch der Motor sich ausserhalb der Vorrichtung 1 und somit auch ausserhalb des Segmentes 8 befinden.
Zwei proportionale Vierwegeverteiler 18 und 19 mit drei Positionen regeln die Verteilung der unter Druck stehenden Flüssigkeit an den Motor und jeweils an die linearen Triebe 12 und 13. Durch Einwirken auf die proportionalen Verteiler 18 und 19 kann eine kontinuierliche Veränderung der Funktionsparameter des Motors 9 und der linearen Triebe 12 und 13 erhalten werden, und zwar mit ausgesprochener Genauigkeit und auf einfache und praktische Weise.
Der Hydraulikkreis 16, welcher den Rotationsmotor und die linearen Triebe mit unter Druck stehender Flüssigkeit speist, kann flexible Leitungen (hier nicht gezeigt) enthalten, die mit einem Ende an die Speisungspumpe 17 der Flüssigkeit angeschlossen sind, und die mit dem anderen Ende durch lösbare Befestigungen mit an der äusseren Oberfläche des rohrförmigen Segmentes 8 vorgesehenen Anschlüssen verbunden sind.
Die obengenannten Anschlüsse befinden sich an den Enden von Leitungen, die mit dem Hydraulikmotor 9 und den linearen Trieben 12 und 13 verbunden sind.
Das rohrförmige Segment 8, die Scheibe 3 und der Motor für den Antrieb der Bewegung der Scheibe sind auf solche Weise gruppiert, dass sie einen einzigen Block bilden (im wesentlichen besteht dieser Block aus der Gesamtheit der in Abb. 2 gezeigten Elemente), welcher Block vollkommen im Inneren des rohrförmigen Segmentes 8 enthalten ist. Dieser einzige Block kann auf solche Weise ausgelegt sein, dass er zum Beispiel durch seitliches Herausziehen im Verhältnis zu dem Rest der Vorrichtung herausgenommen werden kann, insbesondere im Verhältnis zu den Wänden des Behälters 2, welche den oberhalb des Segmentes 8 angeordneten Abschnitt der Kammer beschreiben. Bevor der Block herausgenommen wird, müssen die flexiblen Leitungen (nicht gezeigt), die den Motor im Inneren des Segmentes selbst speisen, von dem rohrförmigen Segment 8 gelöst werden. Das Entfernen des Blockes erlaubt es dem Abschnitt der Kammer, der normalerweise über ihm liegt, für andere Verfahren benutzt zu werden.
Das Vorhandensein der Vorrichtungen des bekannten Typs zur strömungsdynamischen (in dem vorliegenden Beispiel hydraulischen) Steuerung des Motors 9 und der linearen Triebe 12 und 13, welche die vertikale Verschiebung der Scheibe 3 auslösen, macht das leichte Erfassen der typischen Funktionsparameter möglich und daher eine leichte Regulierung, Wiederholung und Steuerung der ein einzelnes Verfahren verwaltenden Parameter.
Die Vorrichtung 1 ist ebenfalls mit Mitteln zum Regulieren des Abstandes der Düse 7 von der Drehachse x-x der Scheibe 3 versehen. Die Mittel zum Regulieren enthalten einen runden Support 20, drehbar in einem an der Wand des Behälters 2 aufgewiesenen Sitz gelagert, und an welchem die Düse 7 exzentrisch montiert ist.
Der Support 20 ist um eine Achse y-y drehbar, die parallel zu der Emissionsrichtung der Düse 7 verläuft.
Die umlaufende Oberfläche des Supportes 20 ist drehbar mit einer zylindrischen Oberfläche gekoppelt, angeordnet in der Nähe einer Öffnung 21 in den Wänden des Behälters 2.
Die Umdrehungen des Supportes 20 ermöglichen es der Düse 7, parallel zu sich selbst auf solche Weise verschoben zu werden, dass der Abstand derselben von der Mitte des Behälters 2 und von der Drehachse der Scheibe 3 verändert wird. Auf diese Weise ist die Emissionsrichtung der Flüssigkeit aus der Düse immer tangential.
Die radiale Verschiebung der Düse 7 ist sehr wichtig, da sie die Möglichkeit bietet, die Eigenschaften des in der Verfahrenskammer erhältlichen Produktes zu verändern. Mit anderen Worten, der Abstand der Düse 7 von der Mitte der Kammer beeinflusst den Ablauf des Verfahrens während dem Betrieb der Vorrichtung.
Der Betrieb der Vorrichtung, wenn sie zum Beispiel als Granulator arbeitet, sieht das Eingeben einer Flüssigkeit und/oder einer Pulvermischung durch tangential gerichtetes Sprühen aus einer oder mehreren Düsen 7 vor, die oberhalb der Scheibe 3 angeordnet sind, welche mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Umdrehung versetzt wird. Das Verfahrensgas tritt von unten her durch den ringförmigen Durchlass 5, der sich am Boden der Kammer befindet, in die Kammer ein.
Die Möglichkeit des Einwirkens auf die Verfahrensparameter, welche unter anderem unentbehrlich ist, gewährleistet eine perfekte Wiederholbarkeit der verschiedenen Verfahren (notwendigerweise von unterbrochener Art) und ist tatsächlich sehr leicht durchzuführen dank der Struktur der Erfindung, bei welcher die Steuereigenschaften von der Verfahrensverwaltung her gesehen leicht integriert werden können.
Die Vorrichtung kann, wie bereits erwähnt wurde, nicht nur als Granulator arbeiten, sondern zum Beispiel auch als Beschichter von Feststoffen.

Claims

1. Vorrichtung zur Granulierung und/oder Beschichtung von Feststoffen, enthaltend:

- einen Behälter (2) mit Wänden, welcher unten eine Verfahrenskammer bildet;

-eine rotierende Scheibe (3), welche unten die genannte Verfahrenskammer beschreibt und in ihrer Rotation von einem Rotor (4) mit vertikaler Achse angetrieben ist, wobei die genannte Scheibe (3) in der Lage ist, auf eine Betätigung hin sich vertikal in beiden Richtungen zu verschieben und wahlweise eine Ruheposition einzunehmen, in welcher die genannte Scheibe (3) unten die Verfahrenskammer verschliesst, sowie ebenfalls wenigstens eine Betriebsposition, in welcher die genannte Scheibe (3) einen ringförmigen Durchlass (5) zwischen einem Umfang der Scheibe (3) und einem stumpfkegelförmigen Abschnitt (6) einer Wand der genannten Kammer aufweist, wobei die Weite des ringförmigen Durchlasses (5) durch die vertikale Verschiebung der genannten Scheibe (3) regulierbar ist;

- einen Motor für den Antrieb der genannten Umdrehungen des genannten Rotors (4) sowie für den Antrieb der vertikalen Verschiebungen der Scheibe (3);

- Mittel zum Einlassen von Flüssigkeiten und/oder Pulvern für das Verfahren in die Kammer oberhalb der genannten Scheibe (3);

- Mittel zum Einlassen von Verfahrensgas von unten her durch den genannten ringförmigen Durchlass (5);

- ein rohrförmiges Segment (8) mit einer vertikalen Achse, angeordnet unterhalb der Scheibe (3), durch welches das Verfahrengas vor dem Eintritt in die Kammer strömt;

dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Motor unterhalb der Scheibe (3) und im Inneren des rohrförmigen Segmentes (8) angeordnet ist, und dass er durch strömungstechnische Mittel angetrieben wird; der Motor fest im Inneren des rohrförmigen Segmentes (8) montiert ist; das rohrförmige Segment (8), die Scheibe (3) und der Motor zum Antrieb der Verschiebung der Scheibe (3) einen einzigen Block bilden, welcher vollkommen im Inneren des Segmentes (8) enthalten und welcher herausnehmbar ist.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Segment (8) einen Sitz aufweist, auf welchem der Umfang der Scheibe (3) in der geschlossenen Position aufliegt.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Motor einen Rotationsmotor (9) enthält, vorzugsweise hydraulisch und mit einer Antriebswelle mit vertikaler Achse für den Antrieb des Rotors (4), und wenigstens einen linearen Trieb (12, 13), vorzugsweise hydraulisch und mit einer vertikalen Achse, um die genannten vertikalen Verschiebungen der Scheibe (3) auszuführen.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Support (10) enthält, auf welchem der genannte Rotationsmotor (9) und die genannte Scheibe (3) montiert sind, welcher Support (10) mit Hilfe des wenigstens einen linearen Triebes (12, 13) angehoben und gesenkt werden kann.

5. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Motor in einem mittleren Teil des rohrförmigen Segmentes (8) angeordnet ist, und zwar auf solche Weise, dass er einen ringförmigen Freiraum lässt, enthalten zwischen der Wand des rohrförmigen Segmentes (8) und dem Motor.

6. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine Düse (7) zum Einlassen der Flüssigkeit und/oder der Gase für das Verfahren in die Kammer enthält, und zwar oberhalb der Scheibe (3) und nach einer nicht auf die vertikale Rotationsachse (x-x) des genannten Rotors (4) treffenden Richtung, sowie Mittel zum Regulieren eines Abstandes der Düse (7) von der Rotationsachse (x-x) des Rotors.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel zum Regulieren einen Support (20) enthalten, drehbar mit einer Wand des Behälters (2) verbunden, und an welchem die Düse (7) exzentrisch montiert ist.