DE7116566U - Vorrichtung zum Aufschließen von Gewebezellen - Google Patents

Description

PATENTANWALT!:

DR.-ING. VON KREISLER DR.-I NG. SCHÖNWALD /L DR-ING. TH.MEYER DR. FUES DI PL-CH EM. ALEK VON KREISLER ' DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLGPSCH

DIPL.-ING.GELTING KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

21. 7. 1971 Sg/Mz

Gerhard Friedrich,

5o5 Porz-Westhoven, Gartenstr. 49 .

Vorrichtung zum Aufschiie·?- ron Gewebezellen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufschließen von Gewebezellen mittels eines Durchflußhomogenisators, in welchem die in Suspension zugeführten Gewebezellen zwischen einem rotierenden Kolben und der feststehenden Innenwand eines Hohlzylinders aufgeschlossen werden und der rotierende Kolben derart von einer abdichtend gelagerten Antriebswelle angetrieben ist, daß er sich in dem Zellhomogenat unter selbsttätiger Achsausrichtung frei dreht.

Ein derart ig e^ pujghf luff homQggn4. sat or besitzt einen zylindrischen TWfTTTf r-i^-r. der innerhalb des Hohlzylinders drehbar ist und sich unter selbsttätiger Achsausrichtung so einstellt, daß sich eine über den Umfang gleichmäßige Spaltbreite zwischen Kolben und Hohl-

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Zylinder ergibt. Dies hat den Vorteil einer selbsttätigen Justierung des Kolbens, die außerordentlich wichtig ist, weil eine Zwangsjustierung wegen der geringen Spaltbreite von z. B. 60 Mikron nicht mit hinreichender Genauigkeit durchführbar ict. Durch die " schwingende " Lagerung des Kolbens wird erreicht, daß sämtliche Zellen unabhängig von ihrer jeweiligen Lage am Kolbenumfang einer bestimmten Scherbeanspruchung ausgesetzt werden, so daß das entstehende Zellhomogenat die Zellbestandteile in gleichmäßiger Verteilung enthält.

Für unterschiedliche Anwendungszwecke ist es nötig, die Spaltbreite der Zellengröße des zu untersuchenden Gewebes anzupassen, so daß normalerweise für jeden Hohlzylinder ein garser aus mehreren Kolben verschiedener Durchmesser bestehender Satz vorhanden ist, aus dem der jeweilige Kolben ausgesucht wird. Es kann also bei häufig wechselnder Zellsuspension erforderlich sein, oftmals einen neuen Kolben einzusetzen, wozu jedesmal zusätzliche Zeit benötigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Durchflußhomogenisator zu schaffen, mit dem es möglich ü, Zellen unterschiedlicher Größe ohne zwischenzeitliche Stillsetzung aufzuschließen und die Spaltbreite exakt auf das gewünschte Maß einzustellen. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, da3 der Kolben mit stetig verändertem Durchmesser ausgebildet ist, dem der ebenfalls stetig veränderte Durchmesser des Hohlzylinders angepaßt ist, und daß eine den Kolben gegenüber dem Hohlzylinder axial versteilende und damit den Abstand zwischen Kolben und H^hlzylinder verändernde Stellvorrichtung vorgesehen ist.

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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die Spaltbreite während des Betriebes zu verändern und somit der aufzuschließenden Zellgröße anzupassen.

Vorteilhaft ist der senkrechtstehende Kolben von einer !

nach oben wirkenden Feder unterstützt und liegt an einem j an der Stellvorrichtung vorgesehenen Anschlag an. Die Stellvorrichtung dient dann nur dazu, den Kolben um ein vorbestimmtes Maß nach unten zu drücken, um ihn in axialer Richtung festzulegen, damit die gewünschte Spaltbreite eingehalten wird. Während des Betriebes^ bei dem das Vorhomogenat von unten her in den Raum zwischen Kolben und Hohlzylinder eingeführt wird, übt das Homogenat zusätzlich einen gewissen nach oben wirkenden Druck auf den Kolben aus, so daß jedenfalls, in Zusammenhang mit der Feder stets gewährlejätet ist, daß der Kolben an seinem oberen Anschlag anliegt, so daß die Spaltbreite nicht größer ist als die an der Stellvorrichtung bewirkte Einstellung es vorsieht. In der Regel wird man die Konstruktion so wählen, daß der Kolben sich von unten nach oben verjüngt, so daß der Innendurchmesser des Hohlzylinders sich von unten nach oben ebenfalls entsprechend verringert. Durch die Stellvorrichtung in Form einer Mikrometerschraube hindurch kann die an ihrem Ende mit einem Mehrkantkopf versehene Antriebswelle verlaufen. Damit ergibt sich eine gute bauliche Anordnung von Antriebswelle und Mikrometerschraube, die beide an der oberen Stirnseite des Gehäuses angebracht sein können.

Die Steigung des Rotorkegels, auf die die Feineinstellung der Stellvorrichtung abgestimmt sein muß, beträgt bei einem der P-axis ausgeführten Durchflußhomogenisator etwa l:5o. Damit ergibt sich eine ausreichend genaue Ver-

- 4 Stellmöglichkeit des kegelig ausgebildeten Kolbens.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen Durchflußhomogenisator nach der Erfindung.

Der mit 1 bezeichnete Kolben ist in Form eines nach oben sich verjüngenden Kegels, ausgebildet, dessen Steigung l:5o beträgt. Er besteht aus und besitzt an seiner oberen Stirnseite einen Stahleinsatz 8, in den das als Vierkant ausgebildete Ende der Antriebswelle 6 h neinragt. Der Einsatz 8 ist entsprechend der Form des Vierkantes ebenfalls mit einer vierkantigen öffnung versehen. Die Passung ist so gewählt, daß der Kolben 1 entlang des Vierkantes in axialer Richtung verschoben werden kann.

Die Axialverschiebung wird nach oben hin durch die Anschlagfläche 3o einer vertikal ausgerichteten Stellschraube 51, durch die die Antriebswelle 6 hindurchläuft, begrenzt. Die als Mikrometerschraube ausgebildete Stellschraube 31 ist innerhalb eines Feingewindes 32 in der oberen stirnseitigen Begrenzungsplatte 33 verstellbar. Sie ist mit einer umlaufenden Skaleneinteilung 34 versehen, die der Feineinstellung dient, während die vertikale, relativ zur Mikrometerschraube 31 feststehende Skala 35 für die Grobablesung bestimmt ist.

Der Kolben 1 ist von einem Glaszylinder 2 mit geschliffener oder polierter Innenfläche umgeben, dessen Innendurchmesser sich entsprechend der Kegelsteigung nach oben hin verjüngt. Der Glaszylinder 2 ist von einem ebenfalls zylin-

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drischen Kühlmantel 3 aus Plexiglas umgeben, der zwei Stutzen 15 für die Kühlmittelzufuhr bzw. den Kühlmittelabfluß besitzt.

Der üiaszyj "> nder 2 ia'o hiIt seinen stirnseitigsn Rändern in umlaufeiide Nuten an der oberen Begrenzungsplatte 33 und der unteren Begrenzungsplatte J>G eingesetzt. Zur Abdichtung befinden sich in den Ringnuten Dichtungsringe 5. Die Abdichtung des Kühlmantels 3 gegenüber den stirnseitigen Begrenzungsplatten 33, 36 erfolgt ebenfalls über in entsprechende Ringnuten eingesetzte O-Ringe 5.

Der Kolben 1 wird u;,er leichtem Federdruck nach oben gegen die Anschlagfläche Jo gedrückt. Der Federdruck wird von einer von unten zentrisch auf die Stirnfläche des Kolbens einwirkenden Feder 37 aufgebracht, so daß dafür gesorgt ist, daß der Kolben stets die von der Mikrometerschraube 31 vorgegebene Position einnimmt, und damit die Spaltbreite den gewünschten Wert erreicht.

Die stirnseitigen Begrenzungsplatten 33*36 sind durch parallel zur Kolbenachse verlaufende Verschraubungsstangen 11, von denen in der Zeichnung nur eine iargestellt ist, miteinander verspannt. Hierdurch wird gleichzeitig der Glaszylinder 2 abdichtend zwischen den Begrenzung splat ten eingespannt. Um eine leichte Auswechselbarkeit zu erreichen, sind die Verschraubungsstangen 11 mit Griffköpfen 38 ausgestattet.

Der Zufluß für d~s Vorhomogenat befindet sich an der der Kolbenunterseite gegenüberliegenden Begrenzungsüatte 3^ in Form eines abgewinkelten Stutzens 39* der in einer Bohrung ^o der Standkonsols ^l angeordnet ist. Durch die

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Querbohrung ^!\2 hindurch kann ein Schlauch auf den Stutzen 39 aufgesetzt v/erden.

Der Auslaufstutzen 12 befindet sich an der oberen Begrenzungsplatte 33, in die er eingeschraubt ist. Er besitzt einen aufrechtstehenden Teil in Form eines senkrechten Bolzens, an dem die Skala 35 für die Grobablesung angebracht ist.

Während des Betriebes wird der Kolben 1 über die Antriebswelle 6 flexibel, beispielsweise über eine elastische

Zwischenwelle, angetrieben, so daß er im aufsteigenden

Homogenat frei rotieren kann. Der Abstand zwischen Kolben und Glaszylinder ist so gewählt, daß die größten Zellbestandteile - die Kerne ( Durcljnesser ca. Io bis 2o Mikron)· ungehindert und unzerstört nach dem Abstreifen der ZeIl hülse den Homogenisierbereich von unten nach oben passieren können.

Zur Berechnung der Krafteinwirkung auf ein durchströmendes Teilchen werden folgende Voraussetzungen gemacht:

1. Die Transportflüssigkeit hat eine konstante Temperatur und damit gleichbleibende Viskosität,

2. die Oberflächen-Eigenschaften von Kolbenoberfläche und Glasinnenfläche sind in Bezug auf die anhaftende Flüssigkeit in etwa gleichzusetzen,

3. die Trägerflüssigkeit hat eine nicht sehr große Zähigkeit.

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Unter diesen Bedingungen gilt das Newton' sehe Reibungsgesetz (zur Bestimmung der inneren Reibung von Flüssigkeiten und Gasen).

Bezeichnung; r, = Kolbenradius und

κ Γρ = Glasrohrradius in gleicher Höhe,

Γρ-r,= 'Ar = Spaltbreite

w = Winkelgeschwindigkeit des Kolbens.

ν ist die örtliche Geschwindigkeit, P -die Berührungsfläche zweier Schichten unterschiedlicher Geschwindigkeit, in diesem Falle die Partikeloberfläche und "? die Viskosität. Setzt man im Bereich zwischen r_p und r, die Ausbildung eines annähernd linearen Geschwindigkeitsgradienten voraus, so gilt in grober Näherung für die Berechnung der Scherkraft (K), die auf die Oberfläche eines Teilchens endlicher Größe wirkt:

. K= % ' ^F * ^dv (1)

Pur Teilchen, die den Spalt voll ausfüllen, gilt annähernd :

^rl · w (2)

Gelegentlich ist es notwendig, den Spalt so zu verengen, daß die Zellen beide Wandungen berühren, also zwischen Kolben und Glasrohr durch deren Oberflächen aufgerissen werden. Dieser Fall Kann wegen des direkten Oberflächeneinflusses nur sehr ungenau rechnerisch erfaßt v/erden.

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Gleichung (2) gilt daher nur unter der Voraussetzung, daß, die Oberflächenwirkung verglichen mit der Kraft K der inneren Reibung vernachlässigbar ist.

In anderen Fällen kommt es darauf an, die Zellen möglichst ohne Wandberührung im Kraftfeld des Geschwindigkeitsgradienten aufzuschließen. In diesem Fall bedient man sich zur Bestimmung der mittleren Krafteinwirkung auf die Zelle der Formel (1).

Die vorausgegangenen Berechnungen gelten nur, wenn eine Turbulenz in der aufsteigenden Suspension vermieden wi. Dieser Umstand bedingt, daß Viskosität der Flüssigkeit, Kolbenradius, Oberflächeneigenschaften von Kolben und Glasrohr, Spaltbreite Ar und Umlaufgeschwindigkeit verbundene Größen sind und ihre jeweilige Variabilität auf einen begrenzten Bereich festgelegt ist.

Die Vorhomogenisation erfolgt entweder mit einem Fleischwolf, wobei a) Gewebe in flüssigem Stickstoff und b) unterkühltes Frischgewebe zerkleinert wird, oder mit einem geeigneten Messerhomogenisator in Ic bis 2o-fachem Volumen an Puffer.

Für den Einsatz zur kontinuierlichen Homogenisation wird unabhängig von der Art des Vorhomogenisierens stets ein lo- bis 2o-faches Volumen an Puffer gegenüber Frischgewebe eingeaäbzt.

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Claims (4)

- 9 Ansprüche

1. Vorrichtung zum Aufschließen von Gewebezellen mittels eines Durchflußhomogenisators, in welchem die in Suspension zugeführten Gewebezellen zwischen einem rotierenden Kolben und der feststehenden Innenwand eines Hohlzylinders aufgeschlossen werden und der rotierende Kolben derart von einer abdichtend gelagerten Antriebswell- angetrieben ist, daß er sich in dem Zellhomogenat unter selbsttätige: Achsausrichtung frei dreht, dadurch gekennzeichnet, daP der Kolben (l) mit in axialer Richtung stetig verändere Durchmesser ausgebildet ist, demder ebenfalls stetig veränderte Innendurchmesser des Hohlzylinders (2) angepaßt ist, und daß eine den Kolben gegenüber de^n Hohlzylinder axial verstellende, und damit den Abstand zwischen Kolben und Hohlzylinder verändernde Stellvorrichtung (31) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht stehende Kolben (1) von einer nach oben v/irkenden Feder (37) unterstützt ist und an einem an der Stellvorrichtung vorgesehenen Anschl j (3o) anliegt.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet _s daß durch die Stellvorrichtung in Form einer Mikrometerschraube hindurch die an einem Ende mit einem Mehrkantkopf versehene Antriebswelle (6) verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des kegelig ausgebildeten Kolbens (l) etwa 1:50 beträgt.

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