SEPARATOR
Die Erfindung betrifft einen Separator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Aus der WO 2014/000829 A1 ist ein gattungsgemäßer Separator zur T rennung eines fließfähigen Produktes in verschiedene Phasen bekannt, der eine drehbare Trommel mit einem Trommelunterteil und einem Trommeloberteil aufweist und ein in der Trommel angeordnetes Mittel zum Klären, wobei eines, mehrere oder sämtliche fol gender Elemente aus Kunststoff oder einem Kunststoff-Verbundwerkstoff bestehen: das Trommelunterteil, das Trommeloberteil, das Mittel zum Klären. Derart ist es mög lich, einen Teil der Trommel oder vorzugsweise sogar die gesamte Trommel - vor zugsweise nebst den Zulauf- und Ablaufsystemen bzw. -bereichen - für eine Einmal verwendung auszulegen, was insbesondere in Hinsicht für die Verarbeitung pharma zeutischer Produkte wie Fermentationsbrühen oder dgl. von Interesse und Vorteil ist, da nach dem Betrieb zur Verarbeitung einer entsprechenden Produktcharge im wäh rend der Verarbeitung der Produktcharge vorzugsweise kontinuierlichen Betrieb kei ne Reinigung der produktberührenden Teile der Trommel durchgeführt werden muss sondern diese insgesamt ausgetauscht werden kann. Gerade aus hygienischer Sicht ist dieser Separator damit sehr vorteilhaft. Um eine physische T rennung zwischen dieser Einweg-Trommel und dem Antrieb zu erreichen, ist eine berührungsfreie Kupplung zwischen Antrieb und T rommel vorteilhaft. Aus der WO2015/1 100501 A1 ist eine Vorrichtung zur Trennung von Blut in zwei Phasen unterschiedlicher Dichte bekannt, enthaltend eine magnetische Antriebsvorrichtung und ein Behältnis, das durch die Antriebsvorrichtung in eine Drehbewegung um seine eigene Achse versetzt wird, wobei das Behältnis mindestens ein offenes Ende und in diesem mindestens einen Einlass aufweist, und wobei das Behältnis magnetisch schwebend gelagert ist.
Problematisch ist die nicht zufriedenstellend gelöste Lagerung des offenen, becher artigen Rotors, der deshalb zu verhältnismäßig starken Präzessionsbewegungen neigt und deshalb hinsichtlich der Drehzahl und damit auch hinsichtlich der Trenn leistung limitiert ist, mit dem die Vorrichtung betreibbar ist.
Die Erfindung hat die Aufgabe, dieses Problem zu lösen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 . Sie schafft einen Separator zur Trennung einer fließfähigen Suspension in einem Zentri-
fugalfeld in wenigstens zwei fließfähige Phasen verschiedener Dichte, der folgendes aufweist: ein im Betrieb stillstehendes Gehäuse, das nach Art eines Behälters ausge legt ist, der zumindest zwei oder mehr Öffnungen aufweist, wobei diese Öffnungen eine Zulauföffnung für eine zulaufende Suspension und zumindest einen Ablauf oder mehr Abläufe für eine oder mehrere fließfähige Phasen ggf. verschiedener Dichte umfassen, denen vorzugsweise jeweils Ringräume des Gehäuses zugeordnet sind, sowie eine innerhalb des Gehäuses angeordnete drehbare Trommel mit einer verti kalen Drehachse, welche eine zum Gehäuse entsprechende Anzahl von Öffnungen aufweist, die zu den Öffnungen des Gehäuses korrespondieren, eine mehrteilige La ger- und Antriebsvorrichtung, aufweisend wenigstens eine Steuerungsvorrichtung sowie einen Elektromotor, bestehend aus einem Stator, einer Statormagnetanord nung sowie einer Rotormagnetanordnung, mit welcher die Trommel innerhalb des Gehäuses in der Schwebe gehalten, radial und axial gelagert und in Drehung ver setzt wird, wobei die Statormagnetanordnung außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und die Rotormagnetanordnung innerhalb des Gehäuses an der Trommel ausge bildet ist, so dass zwischen Gehäuse und Trommel im Betrieb ein Luftspalt LS aus gebildet ist, wobei eine axiale Zentrierung und Lagerung der Trommel ausschließlich durch Regeln der Position der Rotormagnetanordnung durch die Steuerungsvorrich tung durch Ansteuern des Elektromotors realisiert ist, und wobei zwischen der Trommel und dem Gehäuse einer oder mehrere Dichtringe angeordnet ist/sind, wel che die Trommel in dem Bereich in welchem sie angeordnet sind, während des Be triebes ergänzend radial lagern.
Die axiale und die wesentliche radiale Zentrierung der Trommel geschieht mit Hilfe der Steuerungsvorrichtung, die im Betrieb derart die Drehbewegung regelt, dass im Betrieb eine weitgehend definierte axiale bzw. vertikale Anordnung der Rotormag netanordnung und damit des Rotors und der damit verbundenen Trommel sicherge stellt wird, der innerhalb der Statormagnetanordnung rotiert. Dabei ist vorgesehen, dass der oder die Dichtringe die Trommel radial in dem Bereich in welchem sie an geordnet sind, während des Betriebes ergänzend lagernd führen.
Dadurch kann die Trommel mit der Lager- und Antriebsvorrichtung nicht nur in Bezug auf eine radiale Richtung gelagert werden, sondern auch in einer axialen Richtung in Schwebe gehalten und zentriert werden. Auf Grund des vorgesehenen Einwegkon zepts der Trommel sowie des Gehäuses genügen die axialen Lagereigenschaften
des Rotormagnets, um für den vorliegenden Anwendungsfall bis zum Abschluss der Verarbeitung der vorgesehenen Menge an Suspension eine ausreichende axiale La gerung der Trommel sicherzustellen. Für das Erreichen einer höheren Drehzahl und damit einer höheren Trennleistung des Separators ist es zudem vorteilhaft, dass die eine oder mehrere Gleitringdichtungen die Trommel radial an ihrem oberen Ende während des Betriebes führen. Dadurch wird konstruktiv einfach eine weitere radiale Führung der T rommel erreicht.
Der Begriff des„Gehäuses“ ist nicht zu eng auszulegen. Er umfasst vollständig in sich eigensteife Behälter aber auch ganz oder abschnittsweise nicht eigensteife Be hälter.
Es ist zweckmäßig, wenn der oder die Dichtringe angrenzend an die Ringräume zwi schen der Trommel und dem Gehäuse verteilt sind, um diese leckagefrei abzudich ten. Vorteilhaft ist ferner, wenn die Abläufe und/oder die Ringräume zwischen der Trommel und dem Gehäuse mit einer oder mehrere Dichtungen abgedichtet, insbe sondere gegeneinander abgedichtet sind. Dadurch sind die Ströme von Suspension, leichter Phase und ggf. schwererer Phase in bzw. aus dem Separator sicher vonei nander getrennt.
Es kann vorgesehen sein, dass der oder die Dichtringe als Gleitringdichtung ausge führt ist/sind. Dadurch erfolgt die Abdichtung mit handelsüblichen Maschinenelemen ten kostengünstig und konstruktiv einfach.
Es kann vorgesehen sein, dass der Zulauf als Zulaufrohr ausgebildet ist, das sich von oben vertikal in Richtung des Zentrums des Gehäuses erstreckt und dass die zwei Abläufe radial ausgerichtet sind.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass in der T rommel ein Verteiler und ein T rennmit tel, insbesondere ein Tellerpaket, angeordnet sind, um eine genügende Trennwir kung sicherzustellen.
Es ist weiter bevorzugt, dass an der Trommel ein erster Flüssigkeitsablauf im oberen axialen Abschnitt der Trommel ausgebildet ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass an der Trommel ein zweiter Flüssigkeitsablauf im oberen axialen Bereich angrenzend an den ersten Flüssigkeitsablauf ausgebildet ist.
Optional kann vorgesehen sein, dass wenigstens einem der Flüssigkeitsabläufe eine Einrichtung zum Verstellen der T rennzone innerhalb der T rommel zugeordnet ist.
Sodann kann - für einen Einwegbetrieb und/oder eine leckagefrei Verarbeitung vor teilhaft - vorgesehen sein, dass das Gehäuse ausschließlich die zwei oder drei Öff nungen aufweist und ansonsten hermetisch geschlossen ausgebildet ist.
Es kann ferner vorteilhaft sein, wenn die Dichtung(en) als Gleitringdichtung oder El- ringdichtung ausgeführt ist/sind. Dadurch erfolgt die Abdichtung mit handelsüblichen Maschinenelementen kostengünstig und konstruktiv einfach.
Es kann sich für ein Erreichen besonders hoher Drehzahlen sowie für einen beson ders stabilen Betrieb weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass an der Trommel der erste Flüssigkeitsablauf im oberen axialen Bereich - vorzugsweise am oberen axia len Ende - und der zweite Flüssigkeitsablauf im ebenfalls am oberen axialen Bereich der Trommel ausgebildet ist.
Es kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse ausschließlich die zwei oder drei Öffnungen aufweist und ansonsten hermetisch geschlossen ausgebil det ist. Dies erleichtert es, einen Separator zu schaffen, der die Einwegkomponenten „Trommel“ und„Gehäuse“ aufweist, wohingegen zumindest Teile der Lager- und An triebsvorrichtung wiederverwendbar sind.
Nach einer Weiterbildung, die aber ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruchs 1 auch als eine selbstständige Erfindung zu verstehen ist, ist vorgesehen, dass das Gehäuse als ein ganz oder abschnittsweise nicht eigensteifer Behälter sondern ver formbar, vorzugsweise flexibel ausgebildet ist. In diesen nicht eigensteifen Abschnit ten kann das Gehäuse zwar noch so stabil sein, dass es insgesamt in sich steht, es ist aber nicht so eigensteif wie ein fester Kunststoffbehälter, beispielsweise ein form stabiler Kunststofftank, sondern kann leicht von Hand oder durch Berührung ohne
größeren Kraftaufwand verformt werden. Es ist dabei insbesondere nicht derart ei gensteif ausgebildet, dass es möglich ist, einen genügenden Luftspalt sicherzustel len, ohne die Form durch ein Hilfsmittel zu stabilisieren.
Derart kann das Gehäuse besonders einfach aus relativ wenig Kunststoff material und zudem aus einem relativ kostengünstigen Kunststoff material gefertigt werden, und besonders unkompliziert entsorgt werden. Es ist somit in anderen Worten vorge sehen, dass der Behälter insgesamt oder zumindest abschnittsweise wie ein flexibler Beutel ausgebildet ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Behälter abschnittsweise einen oder mehrere eigensteife Abschnitte aufweist und abschnittsweise einen oder mehrere flexible Ab schnitte. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Behälter abschnittsweise einen oder mehrere eigensteife Abschnitte aufweist und abschnittsweise einen oder mehrere flexible Abschnitte, welche ggf. die eigensteifen Abschnitte verbinden.
Dabei kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Behälter an seinen beiden axialen Enden jeweils einen der eigensteifen Abschnitte aufweist. Einer dieser Ab schnitte kann im Bereich der Zu- und Abläufe vorgesehen und einer im Bereich der Rotormagnetanordnung, wo eine eigensteife Ausgestaltung zum Gewährleisten ei nes besonders definierten Abstandes des Gehäuses zur Trommel besonders vorteil haft ist.
Nach einer Weiterbildung kann vorteilhaft vorgesehen sein, das der oder die nicht eigensteifen Abschnitte oder der insgesamt nicht eigensteife Behälter im Betrieb mit tels eines Hilfsmittels in einen Zustand versetzt werden, in dem sichergestellt ist, das der insgesamt nicht eigensteife Behälter oder der oder die nicht eigensteifen Ab schnitte die Trommel im Betrieb nicht direkt berührt/berühren.
Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Hilfsmittel als ein Gerüst aus gestaltet ist, mit dem oder an dem der Behälter aufgespannt gehalten ist.
Es kann zudem weiter vorgesehen sein, dass das Gerüst als ein außerhalb des Ge häuses angeordnetes Gerüst ausgestaltet ist, an dem innen der Behälter in einem
aufgespannten Zustand gehalten ist. Derart kann der Behälter besonders einfach innen am Gerüst gespannt werden und es kann das Gerüst für einen Mehrfachver wendung genutzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundwerkstoff besteht. Es kann auch vorgesehen sein, dass
die Trommel überwiegend, vorzugsweise bis auf eine oder mehrere Komponenten des Antriebs (- z.B. die Rotormagnetanordnung - aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundwerkstoff besteht. Dies ist besonders vorteilhaft für eine Verwen dung eines Separators nach einem oder mehreren der darauf bezogenen Ansprüche für einen Einmalbetrieb zur Verarbeitung einer begrenzten Menge von Suspension und ggf. zur Entsorgung nach dieser Verarbeitung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entneh men.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, wobei auch weitere vorteilhafte Varianten und Ausgestaltungen diskutiert werden. Es sei betont, dass das nachfolgend diskutierte Ausführungsbeispiel die Erfindung nicht abschließend beschreiben soll, sondern dass auch nicht dargestellte Varianten und Äquivalente realisierbar sind und unter die Ansprüche fallen. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Separators; und
Fig. 2: den Separator mit einem sie umgebenden Aufnahmebehälter in a) in einem noch nicht aufgespannten und in b) in einem aufgespannten Zustand.
Der Separator 1 der Fig. 1 weist ein im Betrieb stillstehendes Gehäuse 10 auf. Die ses Gehäuse besteht vorzugsweise ganz oder zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoff- oder aus einem Kunststoff-Verbundwerkstoff.
Nach Fig.1 ist das Gehäuse als ein im wesentlichen eigensteifer stabiler Behälter ausgebildet, der ohne weiteres Hilfsmittel so stabil ist, dass er im Betrieb zu einem sich in ihm drehenden Rotor definiert beabstandet bleibt.
Nach Fig. 2 ist das Gehäuse 10 dagegen als ein lediglich abschnittsweise eigensteif und formstabil ausgestalteter Behälter und ansonsten als nicht eigensteifer und flexi bel verformbarer Behälter ausgebildet. Dieser Behälter verhält sich daher insgesamt oder zumindest abschnittsweise wie ein verformbarer Beutel. Dies wird weiter unten unter Bezug auf Fig. 2 näher beschrieben. Der Begriff des„Gehäuses“ umfasst somit einerseits in sich so stabile bzw. eigensteife Behälter, dass sie im Betrieb zur Trom mel beabstandet bleiben als auch andererseits ganz oder abschnittsweise nicht ei gensteife Behälter, die dann optional ggf. durch ein Hilfsmittel wie eine Stützkon struktion 150 - z.B. als Gerüst ausgestaltet - in einem eigensteifen Zustand gehalten werden können. Nach Fig. 2a und b ist das Gerüst ein Außengerüst außerhalb des Behälters, der in diesem mit Spannmitteln 151 wie Spanngurten, Gummiringen oder dgl. aufspannbar (Fig. 2a) ist und (in Fig. 2b) im Betrieb auch aufgespannt gehalten ist.
Das Gehäuse 10 weist hier einen unteren Abschnitt 101 und einen oberen Abschnitt 102 auf. Der untere Abschnitt 101 kann als ein zylindrischer Abschnitt ausgestaltet sein. Dieser kann wiederum in einen oder mehrere zylindrische Bereiche 101 a, 101 b verschiedenen Durchmessers unterteilt sein.
So kann der untere Abschnitt 101 einen ersten unteren - hier becherartigen - Bereich 101 a mit einem ersten Durchmesser aufweisen, der am unteren Ende einen ge schlossenen Boden aufweist. Dieser erste Abschnitt 101 a dient im Wesentlichen zur Aufnahme von Antriebskomponenten eines Antriebs eines Rotors an einer Trommel. An den ersten Abschnitt 101 a kann sich vertikal nach oben hin ein zweiter Abschnitt 101 b vorzugsweise größeren Durchmessers anschließen.
Axial nach oben hin schließt sich somit an den unteren Abschnitt 101 der obere Ab schnitt 102 an. Dieser kann zumindest in einem unteren Bereich 102a konisch ver jüngend ausgestaltet sein. Nach oben hin kann sich an diesen konischen Abschnitt
102a ein Gehäusekopf 102b anschließen. Diese kann wiederum zylindrisch und in sich gestuft ausgestaltet sein.
Diese Form ist bevorzugt, aber nicht zwingend. Insbesondere kann der untere Ab schnitt 102 auch konisch oder abschnittsweise konisch und zylindrisch ausgestaltet sein.
Nach Fig. 2a und 2b können insbesondere der untere becherartige Bereich 101 a und der Gehäusekopf 102b eigensteif ausgestaltet sein und zum Beispiel als spritzge gossene Kunststoffelemente ausgestaltet sein. Der Bereich zwischen diesen Ele menten 101 a und 102b kann aus einem flexiblen Kunststoffschlauchabschnitt 101 b, 102a bestehen (Fig. 2a). Dieser kann aufgespannt werden (Fig. 2b). So kann er an einem Außengerüst 150 befestigt sein, so mit Spannmitteln 151 wie Zugmittel und Flaken oder auf andere Weise, so dass er durch dieses Aufspannen (Fig. 2b) einen im Betrieb genügend stabiles Gehäuse 10 ausbildet, dass so stabil ist, dass es im Betrieb einen noch zu erläuternden sich drehenden Rotor, den es umgibt, nicht be rührt.
Das Gehäuse 10 ist nach Art eines Behälters ausgelegt, der vorteilhaft bis auf Öff nungen, hier zumindest zwei oder drei (noch zu erörternde) Öffnungen hermetisch geschlossen ausgebildet ist. Diese Öffnungen sind eine Zulauföffnung 103 und ein oder zwei Flüssigkeitsabläufe 104, 105. Wenn nur eine einzige Ablauföffnung vorge sehen ist, kann eine Feststoffphase im Batchbetrieb auch innen in einer Trommel gesammelt werden und mit dem gesamten Separator nach einem vollständigen Verarbeiten einer vorgesehenen Menge an zu verarbeitender Suspension entsorgt werden (hier nicht dargestellt).
Die Zulauföffnung 103 ist von einem Zulaufrohr 106 durchsetzt, dass sich von oben vertikal in Richtung des Zentrums des Gehäuses 10 erstreckt. Die hier zwei Flüssig keitsabläufe 104, 105 können sich im Wesentlichen radial erstrecken.
Der erste Flüssigkeitsablauf 104 und hier der weitere zweite Flüssigkeitsablauf 105 sind im Gehäusekopf 102b des oberen Abschnitts 102 des Gehäuses 10 ausgebil det. Vorzugsweise sind sie direkt am oberen Ende des Gehäuses 10 ausgebildet.
Dem einen oder den zwei oder mehr Abläufen 104, 105 vorgeschaltet sind einer oder mehrere Ringräume 107, 108 des Gehäuses. Der oder die Abläufe 104, 105 ermögli chen einen Ablauf von einer oder mehreren fließfähigen Phasen aus dem oder den Ringräumen 107, 108 im Betrieb der sich dann drehenden T rommel 20. Die Bedeu tung und die vorteilhafte Wirkung des einen Ringraumes oder der zwei oder mehr Ringräume 107, 108 werden weiter unten noch näher erläutert.
Der oder die Flüssigkeitsabläufe 104, 105 des Gehäuses sind hier als radial aus dem Gehäuse 10 führende Stutzen ausgebildet, an die Leitungen, insbesondere Schläu che oder dgl. (hier nicht dargestellt), anschließbar sind. An die Zu- und Ablaufe wer den vorzugweise eine Zu- und mehrere Ablaufleitungen, insbesondere Ablaufrohre oder Schläuche angeschlossen. Diese können wiederum eine gewisse Eigensteifig keit aufweisen, so dass sie die Anordnung, insbesondere das Gehäuse, weiter stabi lisieren und begrenzt räumlich festhalten.
Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein drehbarer Rotor einer Antriebsvorrichtung an und mit einer drehbaren Trommel 20 mit einer gedachten„idealen“ Drehachse D ange ordnet, die eine vertikale Drehachse ist. Die reale Drehachse weicht durch Präzessi onsbewegungen von der Vertikalen ab.
Die Trommel 20 und ihre Bestandteile bestehen ganz oder jedenfalls zum überwie genden Teil (idealerweise bis auf noch zu erläuternde Magnete) vorzugsweise eben falls aus einem Kunststoff- oder aus einem Kunststoff- Verbundwerkstoff. Auch die Trommel 20 kann einen unteren zylindrischen und/oder konischen Abschnitt 201 und einen oberen konischen Abschnitt 202 aufweisen sowie eine Art Trommelkopf, der aus zylindrischen, sich bei der Ausrichtung der Fig.1 und 2 vertikal nach oben erstre ckenden Ansätzen besteht.
Das Zulaufrohr 106 des Gehäuses 10 kann wie dieses im Betrieb Stillstehen. Es er streckt sich vertikal von oben durch die Zulauföffnung des Gehäuses 10 bis in die Trommel 20 bis in ein zum Zulaufrohr konzentrisches Verteilerohr 203 des Verteilers 204 der Trommel 20. Der Verteiler bildet einen Teil des rotierenden Systems (Rotor bzw. Trommel).
Dem oder den Flüssigkeitsabläufen 104, 105 vorgeschaltet sind wiederum der eine oder mehrere Ringräume 107, 108 des Gehäuses. Die Abläufe ermöglichen einen Ablauf von Flüssigkeit aus den Ringräumen 107, 108 im Betrieb der sich dann dre henden Trommel 20.
Um den oder die Flüssigkeitsabläufe 104, 105 und/oder die Ringräume 107, 108 ab zudichten, insbesondere gegeneinander abzudichten, sind zwischen der Trommel 10 und dem Gehäuse 20 eine oder mehrere -hier drei- Dichtung(en) 109 - vorgesehen. Diese Dichtungen sind hier als Dichtringe ausgebildet.
Im Beispiel der Fig. 1 dichten drei radiale wirkende Dichtringe 109a 109b sowie 109c in einem Luftspalt zwischen Trommel 20 und Gehäuse 10 einen axial oberen äuße ren Bereich radial außen an der Trommel 20 gegen einen axial oberen und radial inneren Bereich des Gehäuses 10 ab.
Die Dichtringe 109 ist/sind hier vorzugsweise als Gleitringdichtung(en) ausgeführt. Alternativ können auch andere Dichtringe wie z.B. Eiringdichtungen zum Einsatz kommen.
Auf Grund des vorgesehenen Einwegkonzepts der Trommel 20 sowie des Gehäuses 10 genügen die Gleitlagereigenschaften der Gleitringdichtungen 109 um eine ausrei chende radiale Lagerung der Trommel 20 in dem vorgesehenen einmaligen Betrieb sicherzustellen.
Die Gleitlagereigenschaften der Gleitringdichtungen 109 führen die Trommel 20 radi al an ihrem oberen Ende -auch Trommelkopf genannt- während des Betriebes.
Ausgleichs- und Pendelbewegungen der Trommel 20 auf Grund der Präzession der Trommel 20 kann ein noch zu erläuternder Rotormagnet 332 im Zusammenspiel mit einer geeigneten Regelung in für den Einmalbetrieb genügender Weise ausgleichen.
Zunächst sei der weitere Aufbau des Rotors näher erläutert.
Das Verteilerrohr 203 des Verteilers 204 mündet nach unten in radiale Verteilerkanä le 205, die in einen Trennraum bzw. Schleuderraum 206 führen. In diesem Trenn raum 206 kann ein Klärmittel wie ein Tellerpaket 207 angeordnet sein. Der Verteiler 204 kann einen Verteilersockel 205a aufweisen, der wiederum einen unteren zylind rischen Ansatz 205b aufweist, der nach unten hin axial aus der Trommel 20, insbe sondere aus deren zylindrischem Abschnitt 201 vorsteht.
In dem Trennraum 206 wird eine zu verarbeitende Suspension S, die durch das Zu laufrohr 106 in die Trommel 20 geleitet wird, im angetriebenen Drehbetrieb der Trommel 20 durch die Zentrifugalkraft in zumindest zwei fließfähige Phasen LP und HP verschiedener Dichte getrennt. Die Phase LP geringerer Dichte strömt im Trenn raum 206 radial nach innen und wird dort über einen ersten Ableitungskanal 208 nach oben in die radiale Ableitung 209 und wird durch diese radial aus der sich dre henden Trommel in den ersten Ringraum 107 ausgestoßen. Hierbei verlässt die Phase LP die Trommel 20 auf einem Radius ri. Von dort fließt sie - aufgrund ihres Impulses im Ringraum kreisend - durch den oberen Flüssigkeitsablauf 104 aus dem Gehäuse 10.
Die Phase HP größerer Dichte strömt im Trennraum 206 radial nach außen und wird nach oben hin über einen zweiten Ableitungskanal 210 in die radiale Ableitung 21 1 und wird durch diese radial aus der sich drehenden Trommel in den zweiten Ring raum 108 ausgestoßen. Hierbei verlässt die Phase HP die T rommel 20 auf einem Radius ra. Von dort fließt sie - aufgrund ihres Impulses im Ringraum 108 kreisend - durch den unteren Flüssigkeitsablauf 105 aus dem Gehäuse 10. Es kann auch vor gesehen sein, dass sich diese Phase oder eine weitere oder andere Phase - z.B. eine zu entsorgende Abfallphase - im Betrieb außen in der Trommel 20 sammelt, wenn sie aus Feststoffen besteht, so dass die Feststoffphase nicht abgeleitet wird. Die Trommel 20 weist dann nur eine einzige Ableitung auf.
Durch das Verhältnis von ra zu ri lässt sich der Radius der Trennzone zwischen den beiden Phasen innerhalb des Tellerpaketes einstellen und derart eine Regulierung der Durchflussmengen der einzelnen Phasen realisieren. Auch durch das Androsseln der Flüssigkeitsabläufe 104 und/oder 105 kann der Radius der Trennzone verändert werden.
In dem vertikalen Bereich unterhalb der Ringräume sind das Gehäuse 10 und die Trommel 20 durch einen Luftspalt LS voneinander beabstandet. Dies ist vorteilhaft, da derart aufgrund relativ problemlos eine hohe Drehzahl der Trommel 20 erreicht werden kann. Der Luftspalt LS füllt sich in diesem Bereich nicht mit einer der abzulei tenden Phasen HP, LP.
Die Trommel 20 wird innerhalb des Gehäuses 10 durch eine einzelne elektromagne tische Lager- und Antriebsvorrichtung 30 in der Schwebe gehalten und in Drehung versetzt. Die einzelne elektromagnetische Lager- und Antriebsvorrichtung 30 weist eine einzelne Lager- und Antriebseinheit auf.
Die elektromagnetische Lager- und Antriebsvorrichtung 30 weist einen Elektromotor 330. Dieser weist eine Art Sockel mit einem Stator 331 mit einer Statormagnetanord nung 333 außerhalb des Gehäuses 10 auf. Das Gehäuse 10 kann im Betrieb auf den Sockel aufgesetzt werden. Auch ein Steuergerät kann außerhalb des Gehäuses 10 vorgesehen sein. Diese Antriebskomponenten sind somit vorteilhaft wiederverwend bar und nicht für den Einweg-Batchbetrieb vorgesehen.
Ein Rotor mit einer Rotormagnetanordnung 332 kann hingegen in dem Inneren des Gehäuses 10 an der T rommel 20 ausgebildet sein und nur für den Einwegbetrieb vorgesehen sein. Diese Rotormagnetanordnung 332 kann nach dem Betrieb entsorgt werden oder aber alternativ auch nach einem geeigneten Entsorgen des Rests aus Gehäuse 10 und T rommel 20 wieder verwendet werden.
Innerhalb des Gehäuses 10 ist dann an der T rommel 20 die Rotormagnetanordnung 332 angeordnet. Diese kann an der Trommel 20 in einem unteren Bereich ausgebil det sein, der sich in den unteren becherartigen Abschnitt des Gehäuses hinein er streckt, den die Trommel 20 im Betrieb aber nicht berührt.
Infolge geeigneter Ansteuerung des Antriebes durch ein Steuergerät der gesamte Rotor in Rotation versetzt, wobei er aufgrund der Magnetwirkung zwischen Stator und Rotor nicht nur gedreht wird sondern in einen Schwebezustand eintritt, der wäh rend des Betriebes aufrechterhalten wird.
Die axiale und radiale Zentrierung der Trommel 20 geschieht durch die Steuerungs vorrichtung, die im Betrieb die Drehbewegung regelt und regelnd dafür sorgt, dass im Betrieb eine weitgehende definierte axiale bzw. vertikale Anordnung der Rotormag netanordnung und damit des Rotors sichergestellt wird, der innerhalb der Statormag netanordnung rotiert.
Die axiale Zentrierung des Rotormagneten 332 und somit der Trommel 20 wird somit ganz oder im Wesentlichen allein durch die Ansteuerung und Regelung des Stator magneten 333 durch das Steuergerät realisiert. Unterstützbar werden diese Reglung durch einen oder mehrere Sensoren an dem nicht rotierenden und/oder an dem ro tierenden System.
Derart kann die Trommel 20 nicht nur in Bezug auf eine radiale Richtung gelagert werden, sondern auch in einer axialen Richtung in Schwebe gehalten und zentriert werden. Auf Grund des vorgesehenen Einwegkonzepts der Trommel 20 sowie des Gehäuses 10 wird für den vorliegenden Anwendungsfall eine ausreichende radiale und auch axiale Lagerung der Trommel 20 sicherzustellen.
Die Antriebsvorrichtung 30 kann elektromagnetisch betrieben werden. Es ist aber auch ein Antrieb über rotierende Permanentmagneten realisierbar.
Geeignete Lager- und Antriebsvorrichtungen 30 werden von der Firma Levitronix z.B. für den Antrieb von Zentrifugalpumpen verwendet (EP2273124B1 ) und angeboten. Die Steuerung ist vom Fachmann leicht ggf. begleitet von Versuchen derart pro grammierbar, dass die radiale und Lagerung eines Separators sichergestellt wird.
Im Betrieb dreht sich somit die Trommel 20. Dabei wird sie axial in der Schwebe ge halten und radial zentriert. Vorzugsweise wird die Trommel 20 mit einer Drehzahl zwischen 1.000 und 20.000 Umdrehungen pro Minute gedreht. Die aufgrund der Ro tation entstehenden Kräfte führen zur bereits weiter oben beschriebenen Trennung einer zu verarbeitenden Suspension in verschiedene Phasen und ggf. zu deren Ab leitung, wie weiter oben bereits im Detail beschreiben.
Mit der beschriebenen Ausführung ist es wiederum möglich, einen Separator nebst Gehäuse zu schaffen, der bis auf das Antriebssystem und Teile der Lagerung für ei ne Einmalverwendung auslegt werden kann, was wiederum insbesondere in Hinsicht für die Verarbeitung pharmazeutischer Produkte wie Fermentationsbrühen oder dgl. von Interesse und Vorteil ist, da nach dem Betrieb zur Verarbeitung einer entspre chenden Produktcharge im während der Verarbeitung der Produktcharge vorzugs weise kontinuierlichen Betrieb keine Reinigung der Trommel 20 durchgeführt werden muss sondern die T rommel 20 nebst Gehäuse 10 insgesamt ausgetauscht werden kann. Ggf. können einzelne Elemente wie Magnete geeignet recycelt werden. Es kann für bestimmte Anwendungen erforderlich sein, dass alle produktberührten Komponenten komplett keimfrei bzw. sterilisiert sein müssen. Hierfür ist die Sterilisie rung dieser Komponenten mit z.B. Beta-Strahlen erforderlich. Die Materialien müs sen gegebenenfalls für eine solche Bestrahlung geeignet sein.
Die Laufflächen der Dichtungen können nach einer Variante aus Stahlhülsen beste- hen. Um auch diese sterilisieren zu können, müssen sie aus autoklaviertem Stahl bestehen.
Bezugszeichen
Separator 1
Gehäuse 10
unterer zylindrischer Abschnitt 101
oberer konischer Abschnitt 102
Zulauföffnung 103
Flüssigkeitsabläufe 104, 105
Zulaufrohr 106
Ringräume 107, 108
Dichtung 109, 109a, 109b, 109c
Gehäusekopf 1 10
Trommel 20
unterer zylindrischer Abschnitt 201
oberer konischer Abschnitt 202
Verteilerohr 203
Verteiler 204
Verteilerkanäle 205
Trennraum 206
Tellerpaket 207
Verteilersockel 205a
zylindrischer Ansatz 205b
Ableitungskanal 208
Ableitung 209
Ableitungskanal 210
Ableitung 21 1
Lager- und Antriebsvorrichtung 30
Elektromotor 330
Stator 331
Rotormagnet 332
Statormagnet 333
Drehachse D
Suspension S fließfähige Phasen LP und HP Luftspalt LS
Radius ri
Radius ra