WO2000048722A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von festen teilchen aus einem flüssigen medium - Google Patents

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WO2000048722A1
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liquid jet
sub
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Klaus-Dieter Vorlop
Ulf PRÜSSE
Jürgen BREFORD
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Vorlop Klaus Dieter
Pruesse Ulf
Breford Juergen
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/02—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
    • B01J2/06—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a liquid medium

Definitions

  • the invention relates to a method for producing solid particles from a liquid medium, in which the liquid medium is formed into a liquid jet and divided into defined sections so that the sections move in the direction of the liquid jet and into a hardening environment ge - long and so form the solid particles.
  • the invention further relates to a device for producing solid particles from a liquid medium, with a nozzle from which the liquid medium emerges as a coherent liquid jet, with a nozzle in one
  • Cutting plane continuously moving in one direction partial device for the production of defined sections of the liquid jet and with a collecting container arranged in the direction of the liquid jet, which is assigned to a hardening device for the sections of the liquid jet.
  • Ionic crosslinking gels are, for example, sodium alginate, which cures immediately in a bath containing calcium ions, the carrageenan which cures with potassium or calcium ions, etc.
  • a thermal crosslinking gel is, for example, agar agar, which cures when the temperature drops sharply, so that the hardening environment in a liquid or only has to be at a lower temperature in gas form. In other systems, crosslinking takes place at higher temperatures, so that only drops, for example in a drop tower, have to be brought to a higher temperature for curing. It is also known to use monomer liquids which polymerize together with a monomer in a curing liquid or which are stimulated to homopolymerize by the curing medium. Curing by UV rays is also known.
  • Partial device the sections form due to the surface tension of the liquid medium essentially spherical droplets, so that spherical beads are formed after curing. Since natural drop formation is no longer used, but drop formation is forced on by the sub-device, a high material throughput and, in addition, the adjustment of any drop size are possible.
  • a further optimization of the productivity of such a device could be to let the liquid run out of several nozzles in several liquid jets and to divide them by the sub-device common to all nozzles and to harden and collect them in a common hardening device.
  • Partial device having cutting plane is relatively high. Because the liquid is in the liquid jet during the cutting process, that is to say moving through the liquid jet cross section, moves noticeably, the intermediate section knocked out of the liquid jet does not correspond to a right-angled cylindrical jet section but to a cylindrical jet section with oblique end faces, as a result of which the volume of the knocked-out intermediate section is significantly increased. It has therefore been proposed to incline the cutting plane of the sub-device in accordance with the flow velocity of the liquid jet in order to achieve a resultant right-angled cut through the liquid jet.
  • the invention is based on the problem of improving a device of the type mentioned at the outset in terms of the achievable liquid throughput and the solid particles which can be produced therewith, and in terms of reducing the cutting or spraying losses.
  • a method of the type mentioned at the outset is characterized in that a plurality of liquid jets are formed which are divided in the same direction of movement and that each of the liquid jets forms an acute angle with the direction of movement.
  • a device of the type mentioned at the outset is characterized according to the invention in that a plurality of nozzles are provided, below which a common sub-device is arranged and in that the nozzles are arranged so as to be inclined with respect to the direction of movement. that each of the liquid jets emerging from the nozzles forms an acute angle with the direction of movement of the sub-device.
  • the nozzles according to the invention are arranged inclined to the perpendicular. This makes it possible for the resulting cutting path of the partial device to run through the liquid jets perpendicular to the longitudinal direction of the liquid jet in the cutting plane, it being possible for all the nozzles to be at the same distance from the cutting plane.
  • the optimal angle between the liquid jet and the direction of movement depends in any case on the flow velocity of the liquid jet, it is expedient if the inclination of the nozzles can be adjusted.
  • the nozzles can be oriented perpendicular to the cutting plane in the direction perpendicular to the direction of movement of the partial device.
  • the sub-device can be rotated and the nozzles are arranged on the same radius with respect to the axis of rotation.
  • the direction of movement in which the sub-device moves continuously is thus a circular path and is defined for each cut by a liquid jet through the relevant tangent to the circular path.
  • cutting elements of the sub-device can also be moved essentially translationally, for example as clamped wires of a rotating conveyor, only the upper strand or lower strand of which is used for the cutting process.
  • the device according to the invention can expediently be accommodated in a sealed housing, so that the overall arrangement can also be made sterilizable and sterile sealed, in order to meet any requirements for a particularly clean and possibly. sterile manufacturing. It is therefore easily possible to meet the cGMP-FDA requirements.
  • the device according to the invention it can be expedient to design part of the nozzles, that is to say at least one nozzle, as a cleaning nozzle which is fed with a cleaning liquid.
  • the cleaning liquid prevents incrustations on the cutting tools and can be such that the hardening process is not disrupted even when a hardening liquid is used.
  • Figure 1 - a schematic side view of part of the device according to the invention with nozzles and sub-device;
  • Figure 2 - a schematic plan view of the arrangement according to Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic representation of an overall device according to the invention, which is housed in a housing to enable sterile manufacture;
  • Figure 4 - a schematic representation according to Figure 3 with a modified collecting and curing device.
  • FIGS. 1 and 2 show schematically a storage container 1 for a liquid medium, which can be filled with the liquid medium via a feed connection 2.
  • the storage container 1 is designed as a cylinder with a circular cross section.
  • Four nozzles 3 are attached to its cylindrical lateral surfaces, which have an angled nozzle body and initially extend in the radial direction of the cylinder of the storage container 1 and are then angled obliquely downwards.
  • the nozzles 3 are special full jet nozzles which ensure the formation of a full liquid jet over a certain minimum length.
  • the storage container 1 has a central passage opening for a drive shaft 4, which drives a sub-device 5 in a rotating manner, specifically from the drive wave 4 seen clockwise.
  • the sub-device 5 consists of a rotating center body 6, in which thin wires 7 are clamped, which, when the center body 6 rotates rapidly, straighten radially outwards in a horizontal cutting plane 8 due to the centrifugal force and thus form cutting elements in the horizontal cutting plane 8 or because of the inherent stability or an additional clamping in the radial direction.
  • the nozzles 3 are oriented perpendicular to the direction of movement (tangent direction), that is to say perpendicularly in the diameter direction of the movement circle of the wires 7, as is illustrated in FIG. 1 by the right angle ⁇ drawn in.
  • the nozzles With the direction of movement, ie the tangent of the circular movement, the nozzles each form an acute angle ⁇ , which in the exemplary embodiment shown is approximately 45 °.
  • the size of the angle ⁇ which is required in order to realize a minimal cutting path of the wires 7 through the liquid jet 9 emerging from the nozzles 3 - and thus a minimum inter-section volume through the cutting process - depends on the flow velocity in the liquid jet 9, so that it It is expedient to make the angle ⁇ of the nozzles 3 adjustable in order to be able to adapt the device to different liquid media.
  • FIG. 2 also shows that the nozzles 3 are directed tangentially to the movement circle of the wires 7 in the plan view, which is expedient to minimize the cutting volume in the liquid jet 9.
  • FIG. 3 shows that the storage container 1 with the nozzles and the sub-device 5 are accommodated in a common housing 10 which at the same time serves as a collecting device for the liquid jets 9 'divided by the sub-device 5 and is filled with a reaction liquid 11 for this purpose hardening of the impression formed into a teardrop shape due to the surface tension cuts the liquid jets 9 'leads.
  • a stirring device 12 is located on the bottom of the container 10.
  • a drive motor 13 for the sub-device 5 and a drive motor 14 are arranged outside the housing 10. The drive motor 14 is connected via a drive shaft 15 to the
  • Stirring device 12 connected.
  • the drive shafts 4 and 15 are sealed through the corresponding wall of the housing 10.
  • a housing extension 17 into which the intermediate sections knocked out of the liquid jets 9 by the sub-device 5 are thrown.
  • the material of the intermediate sections 5 collects in a lower discharge line 18 and is returned to the reservoir 1 by a pump 19.
  • the container 10 ' is provided with an obliquely directed bottom 20, which is provided with a liquid layer of the reaction liquid 11 via a circulating pump 21, so that the particles are already cured on the oblique bottom 20.
  • the inclined bottom 20 At the end of the inclined bottom 20 there is a drop into the reaction liquid 11, so that the hardened particles formed can harden in the reaction solution 11.
  • a sieve filter 22 in a suction line of the circulating pump 21 prevents cured particles from being sucked into the circulating pump 21.
  • the inclined bottom 20 causes the sections 9 ′ to harden after the formation of a drop in the reaction liquid 11 on the inclined bottom 20 and immediately transport them away via the drop distance - be animals. This prevents subsequent sections 9 'from hitting already partially hardened particles floating in the reaction solution 11 and thus one Form a plurality of particles sticking together.
  • the device according to the invention enables the use of a large number of nozzles 3, the large number being able to be significantly larger than the four nozzles 3 shown. In this way, the production of cured particles can be carried out in a highly efficient manner, with only a single sub-device 5 and a single collecting device (container 10, 10 ') and curing device (reaction solution 11) being required.
  • a single sub-device 5 and a single collecting device (container 10, 10 ') and curing device (reaction solution 11) being required.
  • a solution of 12 g polyvinyl alcohol (PVAL 10-98), 10 g glycerin and 90 g water was used as the test solution.
  • the apparatus used provided a diameter of the opening of the nozzles 3 of 0.3 mm and a diameter of the wires 7 of the sub-device 5 of 400 ⁇ m.
  • the number of wires was 48.
  • the center body 6 rotated at a speed of 6000 rpm and the distance of the liquid jet 9 from the drive shaft 4 was 32 mm.
  • the speed ratio of the rotation speed of the wires and the flow speed of the liquid was 1.
  • the particle diameters that can preferably be produced with the device according to the invention are between 0.5 and 1.5 mm. For these particle diameters, one can be particularly achieve economic throughput of the liquid jets 9.
  • the partial device 5 is formed from a rotating central body 6 and thin wires 7 extending from this central body 6.
  • the thin wires 7 can be connected to one another at their ends freely shown in the drawing with an outer ring which stabilizes the arrangement of the wires 7.
  • the arrangement of the nozzles 3, which are oriented vertically in the illustrated exemplary embodiments, can also be carried out with a horizontal orientation, so that the liquid jets 9 leave the nozzles 3 horizontally, for example.
  • the sub-device 5 can also be formed by vertically standing wires which are clamped between an upper and a lower ring, the cutting plane of the wires being formed by a cylindrical outer surface and the liquid jets 9 to the tangent of the outer surface at the intersection form the acute angle ß.
  • the device according to the invention is also suitable for processing melts as a liquid medium, which harden by cooling.

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Abstract

Eine rationelle Herstellung von festen Teilchen aus einem flüssigen Medium, bei der das flüssige Medium als zusammenhängender Flüssigkeitsstrahl geformt wird und mit einer in einer Schneidebene (8) kontinuierlich in einer Richtung bewegten Teileinrichtung in definierte Abschnitte (9') zerteilt wird, gelingt erfindungsgemäss unter Minimierung von Schneid- oder Spritzverlusten durch die Zerteilung des Flüssigkeitsstrahls (9) dadurch, dass mehrere Flüssigkeitsstrahlen (9) vorgesehen werden, unterhalb denen eine gemeinsame Teileinrichtung (5) angeordnet ist, wobei die Flüssigkeitsstrahlen (9) in bezug auf die Bewegungsrichtung der Teileinrichtung (5) so geneigt angeordnet werden, dass jeder der Flüssigkeitsstrahle (9) mit der Bewegungsrichtung der Teileinrichtung (5) einen spitzen Winkel beta bildet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von festen Teilchen aus einem flüssigen Medium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von festen Teilchen aus einem flüssigen Medium, bei dem das flüssige Medium zu einem Flüssigkeitsstrahl geformt und in definierte Abschnitte so zerteilt wird, dass sich die Abschnitte in die Richtung des Flüssigkeitsstrahls weiterbewegen und in eine die Aushärtung bewirkenden Umgebung ge- langen und so die festen Teilchen bilden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von festen Teilchen aus einem flüssigen Medium, mit einer Düse, aus der das flüssige Medium als zusammenhängen- der Flüssigkeitsstrahl austritt, mit einer in einer
Schneidebene kontinuierlich in einer Richtung bewegten Teileinrichtung zur Herstellung definierter Abschnitte des Flüssigkeitsstrahls und mit einem in Richtung des Flüssigkeitsstrahls angeordneten Auffangbehälter, der einer Här- tungseinrichtung für die Abschnitte des Flüssigkeitsstrahls zugeordnet ist .
Die Herstellung von festen Teilchen aus einem flüssigen Medium wird in zahlreichen Anwendungsfällen angestrebt. Ein bedeutsames Anwendungsgebiet besteht in der Verkapselung von chemisch oder biologisch aktiven Materialien in meist kugelförmigen Teilchen, in denen die chemische oder biologische Aktivität des Materials erhalten bleibt, das Material jedoch aufgrund der Einkapselung kontrolliert einsetzbar und rückholbar, beispielsweise aus einer Flüssigkeit, gehandhabt werden kann. Als flüssiges Medium, das mit einem Härtungsmedium zur Ausbildung von kugelförmigen Teilchen geeignet ist, kommen ionisch vernetzende Gele, thermisch vernetzende Gele, Polymere enthaltende Flüssigkeiten und ähnliche Systeme in Frage. Ionisch vernetzende Gele sind beispielsweise Natriumalginat , das in einem Kalziumionen aufweisenden Bad sofort aushärtet, das mit Kalium oder Kalziumionen aushärtende Carrageenan usw. Ein thermisch ver- netzendes Gel ist beispielsweise Agar Agar, das bei stärkerer Temperaturabsenkung aushärtet, sodass die die Aushärtung bewirkende Umgebung in flüssiger oder in Gasform lediglich eine geringere Temperatur aufweisen muß. Bei anderen Systemen findet eine Vernetzung bei höheren Temperatu- ren statt, sodass lediglich Tropfen beispielsweise in einem Fallturm zur Aushärtung auf eine höhere Temperatur gebracht werden müssen. Bekannt ist ferner die Verwendung von Mono- merflüssigkeiten, die zusammen mit einem Monomer in einer Härtungsflüssigkeit polymerisieren oder durch das Härtungs- medium zu einer Homopolymerisation angeregt werden. Bekannt ist ferner eine Aushärtung durch UV-Strahlen.
Die Herstellung der Portionen des flüssigen Mediums in einfacher Weise durch kontrolliertes Austropfen aus einer Düse erlaubt wegen der geringen Durchsatzmengen keine kommerzielle Anwendung in der Produktion. Darüber hinaus kann eine relativ große minimale Tropfengröße nicht unterschritten werden.
Aus der DE 38 36 894 AI ist es bekannt, eine größere Anzahl von Düsen an einem gemeinsamen Düsenträger anzubringen, der durch einen Vibrator in Schwingungen versetzt wird, sodass eine frühere Tropfenablösung von der Düse bewirkt wird. Auf diese Weise ist die Herstellung kleinerer Tropfen möglich. Bei den Vibrationsverfahren ist die minimal erzielbare Tropfengröße - und damit Perlengröße - abhängig von der Viskosität und der Oberflächenspannung des flüssigen Mediums. Eine etwaige wünschenswerte Verkleinerung der im wesentlichen kugelförmigen Teilchen ist damit jedenfalls für höher- viskose Medien nicht erreichbar. Ferner ist der Durchsatz des flüssigen Mediums durch die Düsen begrenzt, wenn nicht ein erheblicher Aufwand mit einer Vielzahl von Düsenöffnun- gen in Kauf genommen wird.
Eine dramatische Verbesserung für die Herstellung von festen Teilchen aus einem flüssigen Medium ergibt sich durch die eingangs erwähnte Vorrichtung, die aus der DE 44 24 981 C2 bekannt ist. Bei dieser Vorrichtung wird ein voller Flüssigkeitsstrahl ausgebildet, der anschließend durch eine schnell bewegte, vorzugsweise rotierende Teilvorrichtung in regelmäßige Abschnitte unterteilt wird. Befindet sich die Härtungseinrichtung mit einem gewissen Abstand von der
Teileinrichtung, bilden die Abschnitte aufgrund der Oberflächenspannung des flüssigen Mediums im wesentlichen kugelförmige Tröpfchen aus, so daß nach der Aushärtung kugelförmige Perlen entstehen. Da nicht mehr auf eine natürliche Tropfenbildung zurückgegriffen wird, sondern die Tropfenbildung durch die Teileinrichtung aufgezwungen wird, ist ein hoher Materialdurchsatz und darüber hinaus die Einstellung jeder beliebigen Tropfengröße möglich.
Eine weitere Optimierung der Produktivität einer derartigen Vorrichtung könnte darin bestehen, die Flüssigkeit aus mehreren Düsen in mehreren Flüssigkeitsstrahlen auslaufen zu lassen und durch die allen Düsen gemeinsame Teileinrichtung zu teilen und in einer gemeinsamen Härtungseinrichtung aus- zuhärten und gemeinsam aufzufangen.
Durch die Verwendung einer schnell bewegten Teileinrichtung wird aus dem Flüssigkeitsstrahl ein im wesentlichen der Dicke der Teileinrichtung, beispielsweise eines rotierenden Drahtes, entsprechender Zwischenabschnitt herausgeschlagen. Das herausgeschlagene Material bildet somit einen Schneidoder Spritzverlust, der für eine verbesserte Produktivität der Vorrichtung minimiert werden sollte. Untersuchungen haben ergeben, daß der Schneid- oder Spritzverlust bei ei- ner lotrecht stehenden Düse und einer eine waagerechte
Schneidebene aufweisenden Teileinrichtung relativ hoch ist. Da sich die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsstrahl während des Schneidvorgangs, also dem Durchwandern des Flüssigkeitsstrahlquerschnitts, merklich fortbewegt, entspricht der aus dem Flüssigkeitsstrahl herausgeschlagene Zwischenabschnitt nicht einem rechtwinklig zylindrischen Strahlab- schnitt, sondern einem zylindrischen Strahlabschnitt mit schrägen Stirnflächen, wodurch das Volumen des herausgeschlagenen Zwischenabschnitts deutlich vergrößert wird. Es ist daher vorgeschlagen worden, die Schneidebene der Teileinrichtung entsprechend der Fließgeschwindigkeit des Flüs- sigkeitsstrahls schräg zu stellen, um so zu einem resultierenden rechtwinkligen Schnitt durch den Flüssigkeitsstrahl zu gelangen. Eine derartige Anordnung ist aber nicht ohne weiteres bei einer Vielzahl von vertikal stehenden Düsen realisierbar, die beispielsweise auf einem gemeinsamen Ra- dius angeordnet sind, da der jeweils benötigte Winkel nur auf einer Stelle des in einer schrägen Ebene umlaufenden Schneidelements der Teileinrichtung eingestellt werden kann.
Der Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art hinsichtlich des erzielbaren Flüssigkeitsdurchsatzes und der damit produzierbaren festen Teilchen sowie bezüglich der Reduzierung der Schneid- oder Spritzverluste zu verbessern.
Ausgehend von dieser Problemstellung ist für ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flüssigkeitsstrahlen gebildet werden, die in gleicher Bewegungsrichtung zerteilt werden und dass jeder der Flüssigkeitsstrahlen mit der Bewegungsrichtung einen spitzen Winkel bildet .
Entsprechend ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehr- zahl von Düsen vorgesehen ist unterhalb derer eine gemeinsame Teileinrichtung angeordnet ist und daß die Düsen in bezug auf die Bewegungsrichtung so geneigt angeordnet sind, dass jeder der aus den Düsen austretenden Flüssigkeitsstrahlen mit der Bewegungsrichtung der Teileinrichtung einen spitzen Winkel bildet.
In Abkehr von den bekannten gattungsgemäßen Systemen, bei denen die Düsen immer in der Lotrechten ausgerichtet waren, sodass sich ein gerade fallender Flüssigkeitsstrahl ausgebildet hat, sind die erfindungsgemäßen Düsen zur Lotrechten geneigt angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass der resul- tierende Schneideweg der Teileinrichtug durch die Flüssigkeitsstrahlen senkrecht zur Längsrichtung des Flüssigkeitsstrahls in der Schneidebene verläuft, wobei alle Düsen einen gleichen Abstand von der Schneidebene aufweisen können.
Da der optimale Winkel zwischen Flüssigkeitsstrahl und Bewegungsrichtung jedenfalls von der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls abhängt, ist es zweckmäßig, wenn die Neigung der Düsen einstellbar ist.
Um einen minimalen Zwischenabschnitt zur Trennung der definierten Abschnitte des Flüssigkeitsstrahls zu entfernen, können die Düsen in der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Teileinrichtung verlaufenden Richtung senkrecht zur Schneidebene ausgerichtet sein.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Teileinrichtung rotierend bewegbar ist und die Düsen auf einem gleichen Radius bezüglich der Rotationsachse angeordnet sind. Die Bewegungsrichtung, in der sich die Teileinrichtung kontinuier- lieh bewegt, ist somit eine Kreisbahn und für jeden Schnitt durch einen Flüssigkeitsstrahl durch die betreffende Tangente an der Kreisbahn definiert. Alternativ hierzu können auch Schneidelemente der Teileinrichtung im wesentlichen translatorisch bewegt werden, beispielsweise als einge- spannte Drähte eines umlaufenden Förderers, wobei nur dessen Obertrum oder Untertrum für den Schneidvorgang ausgenutzt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zweckmäßigerweise in einem dichten Gehäuse untergebracht sein, sodass die Gesamtanordnung auch sterilisierbar und steril abgedichtet ausgebildet sein kann, um etwaigen Anforderungen an eine besonders reine und ggfs . sterile Fertigung gerecht zu werden. Es ist daher ohne weiteres möglich, die cGMP-FDA-An- forderungen zu erfüllen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es zweckmäßig sein, einen Teil der Düsen, also wenigstens eine Düse, als Reinigungsdüse auszubilden, die mit einer Reinigungsflüssigkeit gespeist wird. Die Reinigungsflüssigkeit verhindert Verkrustungen an den Schneidwerkzeugen und kann so beschaffen sein, daß der Aushärtungsvorgang auch bei Anwendung einer aushärtenden Flüssigkeit nicht gestört wird.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 - eine schematische Seitenansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Düsen und Teileinrichtung;
Figur 2 - eine schematische Draufsicht auf die Anord- nung gemäß Figur 1;
Figur 3 - eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gesamtvorrichtung, die in einem Gehäuse zur Ermöglichug einer sterilen Fer- tigung untergebracht ist;
Figur 4 - eine schematische Darstellung gemäß Figur 3 mit einer modifizierten Auffang- und Härtungseinrichtung .
Die Figuren 1 und 2 lassen schematisch einen Vorratsbehälter 1 für ein flüssiges Medium erkennen, der über einen Zuführungsanschluß 2 mit dem flüssigen Medium befüllbar ist. Der Vorratsbehälter 1 ist als im Querschnitt kreisförmiger Zylinder ausgebildet. An seinen zylindrischen Mantelflächen sind vier Düsen 3 angesetzt, die einen abgewinkelten Düsenkörper aufweisen und sich zunächst in radialer Richtung des Zylinders des Vorratsbehälters 1 erstrecken und dann nach schräg unten abgewinkelt sind. Die Düsen 3 sind spezielle Vollstrahldüsen, die die Ausbildung eines vollen Flüssigkeitsstrahls über eine gewisse Mindestlänge gewährleisten .
Der Vorratsbehälter 1 weist eine zentrische Durchführungsöffnung für eine Antriebswelle 4 auf, die einen Teileinrichtung 5 rotierend antreibt, und zwar von der Antriebs- welle 4 aus gesehen im Uhrzeigersinn. Die Teileinrichtung 5 besteht aus einem rotierenden Mittelkörper 6, in dem dünne Drähte 7 eingespannt sind, die sich bei einer schnellen Rotation des Mittelkörpers 6 aufgrund der Zentrifugalkraft in einer horizontalen Schneidebene 8 nach radial außen aufrichten und so Schneidelemente in der horizontalen Schneidebene 8 bilden oder aufgrund der Eigenstabilität oder einer zusätzlichen Einspannung in radialer Richtung stehen.
Die Düsen 3 sind senkrecht zur Bewegungsrichtung (Tangentenrichtung) , also in Durchmesserrichtung des Bewegungskreises der Drähte 7 senkrecht ausgerichtet wie dies in Figur 1 durch den eingezeichneten rechten Winkel α verdeutlicht ist. Mit der Bewegungsrichtung, also der Tangente der Kreisbewegung bilden die Düsen jeweils einen spitzen Winkel ß, der im dargestellten Ausführungsbeispiel bei etwa 45° liegt. Die Größe des Winkels ß, die benötigt wird, um einen minimalen Schneidweg der Drähte 7 durch den aus den Düsen 3 austretenden Flüssigkeitsstrahl 9 - und damit ein minimales Zwischenabschnittsvolumen durch den Schneidvorgang zu realisieren, hängt von der Strömungsgeschwindigkeit in dem Flüssigkeitsstrahl 9 ab, sodass es zweckmäßig ist, den Winkel ß der Düsen 3 einstellbar zu machen, um die Vorrichtung an verschiedene flüssige Medien anpassen zu können.
Figur 2 läßt noch erkennen, dass die Düsen 3 in der Draufsicht tangential zu dem Bewegungskreis der Drähte 7 gerichtet sind, was zur Minimierung des Schneidvolumens in dem Flüssigkeitsstrahl 9 zweckmäßig ist.
Figur 3 zeigt, daß der Vorratsbehälter 1 mit den Düsen und die Teileinrichtung 5 in einem gemeinsamen Gehäuse 10 untergebracht sind, das zugleich als Auffangeinrichtung für die durch die Teileinrichtung 5 geteilten Flüssigkeits- strahlen 9' dient und hierfür mit einer Reaktionsflüssigkeit 11 gefüllt ist, die eine Aushärtung der aufgrund der Oberflächenspannung zu einer Tropfenform umgeformten Ab- schnitte der Flüssigkeitsstrahlen 9' führt. Am Boden des Behälters 10 befindet sich eine Rühreinrichtung 12. Außerhalb des Gehäuses 10 sind ein Antriebsmotor 13 für die Teileinrichtung 5 und ein Antriebsmotor 14 angeordnet. Der Antriebsmotor 14 ist über eine Antriebswelle 15 mit der
Rührein-richtung 12 verbunden. Die Antriebswellen 4 und 15 sind abgedichtet durch die entsprechende Wandung des Gehäuses 10 hindurchgeführt.
Am Boden des Behälters 10 befindet sich ein Ablaßventil 16 über das die Reaktionsflüssigkeit 11 und die ausgehärteten Teilchen entnommen werden können.
Radial von der Teileinrichtung 5 ist ein Gehäuseansatz 17 vorgesehen, in den die aus den Flüssigkeitsstrahlen 9 durch die Teileinrichtung 5 herausgeschlagenen Zwischenabschnitte geschleudert werden. Das Material der Zwischenabschnitte 5 sammelt sich in einer unteren Ablaßleitung 18 und wird durch eine Pumpe 19 in den Vorratsbehälter 1 zurückgeführt.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Behälter 10' mit einem schräg gerichteten Boden 20 versehen, der über eine Umwälzpumpe 21 mit einer Flüssigkeitsschicht der Reaktionsflüssigkeit 11 versehen wird, sodass die Aushärtung der Teilchen bereits auf dem schrägen Boden 20 erfolgt. Am Ende des schrägen Bodens 20 besteht eine Fallstrecke in die Reaktionsflüssigkeit 11, sodass die gebildeten ausgehärteten Teilchen in der Reaktionslösung 11 nachhärten können. Ein Siebfilter 22 in einer Ansaugleitung der Umwälzpumpe 21 verhindert ein Ansaugen von ausgehärteten Teilchen zur Umwälzpumpe 21. Der schräge Boden 20 bewirkt, dass die Abschnitte 9' nach Ausbildung eines Tropfens in der Reaktionsflüssigkeit 11 auf dem schrägen Boden 20 aushärten und sofort über die Fallstrecke abtranspor- tiert werden. Dadurch wird verhindert, dass nachfolgende Abschnitte 9' auf in der Reaktionslösung 11 schwimmende, bereits teilweise ausgehärtete Teilchen treffen und so eine Mehrzahl von zusammenklebenden Teilchen bilden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht den Einsatz einer Vielzahl von Düsen 3, wobei die Vielzahl deutlich größer als die dargestellten vier Düsen 3 sein kann. Auf diese Weise läßt sich die Herstellung ausgehärteter Teilchen hocheffizient ausführen, wobei nur eine einzige Teileinrichtung 5 und eine einzige Auffangeinrichtung (Behälter 10, 10') und Härtungseinrichtung (Reaktionslösung 11) benö- tigt wird. Durch die schräg gestellten Düsen 3 wird die
Wirkungsgradverminderung durch Schneid- oder Spritzverluste minimierbar. Die Verminderung der Schneid- oder Spritzverluste durch die erfindungsgemäßen schräg gestellten Düsen 3 ist anhand eines Versuchsbeispiels belegt worden.
Eine Lösung aus 12 g Polyvinylalkohol (PVAL 10-98), 10 g Glyzerin und 90 g Wasser ist als Versuchslösung benutzt worden. Die verwendete Apparatur sah einen Durchmesser der Öffnung der Düsen 3 von 0,3 mm und einen Durchmesser der Drähte 7 der Teileinrichtung 5 von 400 μm vor. Die Anzahl der Drähte betrug 48. Der Mittelkörper 6 rotierte mit einer Umdrehungszahl von 6000 UpM und der Abstand des Flüssigkeitsstrahls 9 von der Antriebswelle 4 betrug 32 mm. Das Geschwindigkeitsverhältnis der Rotationsgeschwindigkeit der Drähte und der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit betrug 1.
Bei einer herkömmlich lotrecht gestellten Düse und einer waagerechten Schneidebene 8 betrugen die Schneid- oder Spritzverluste 27 %. Demgegenüber beliefen sich die Verluste bei um 45° geneigten Düsen 3 entsprechend der vorliegenden Erfindung nur noch 12 % . Der Durchmesser der gebildeten Perlen betrug 0,5 mm.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt herstellbaren Teilchendurchmesser liegen zwischen 0,5 und 1,5 mm. Für diese Teilchendurchmesser läßt sich ein besonders wirtschaftlicher Durchsatz der Flüssigkeitsstrahlen 9 erreichen.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Teilein- richtung 5 aus einem rotierenden Mittelkörper 6 und von diesem Mittelkörper 6 ausgehenden dünnen Drähten 7 gebildet . Die dünnen Drähte 7 können dabei an ihren in der Zeichnung frei dargestellten Enden nochmals mit einem Außenring miteinander verbunden sein, der die Anordnung der Drähte 7 stabilisiert.
Die Anordnung der Düsen 3, die in den dargestellten Ausführungsbeispielen vertikal ausgerichtet sind, kann auch mit einer horizontalen Ausrichtung erfolgen, sodass die Flüs- sigkeitsstrahlen 9 beispielsweise horizontal die Düsen 3 verlassen. In diesem Fall kann die Teileinrichtung 5 auch durch vertikal stehende Drähte gebildet sein, die zwischen einem oberen und einen unteren Ring eingespannt sind, wobei die Schneidebene der Drähte durch eine zylindrische Mantel- fläche gebildet ist und die Flüssigkeitsstrahlen 9 zu der Tangente der Mantelfläche im Schnittpunkt den spitzen Winkel ß ausbilden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch für die Bearbeitung von Schmelzen als flüssiges Medium, die durch Abkühlen aushärten.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von festen Teilchen aus einem flüssigen Medium, bei dem das flüssige Medium zu einem Flüssigkeitsstrahl (9) geformt und in definierte Abschnitte (9') so zerteilt wird, dass sich die Abschnitte (9') in die Richtung des Flüssigkeitsstrahls (9) weiterbewegen und in eine die Aushärtung bewirkenden Umgebung gelangen und so die festen Teilchen bilden, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flüssig- keitsstrahlen (9) gebildet werden, die in gleicher
Bewegungsrichtung zerteilt werden und dass jeder der Flüssigkeitsstrahlen (9) mit der Bewegungsrichtung einen spitzen Winkel (ß) bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (ß) der Flüssigkeitsstrahlen (9) in bezug auf deren eingestellte Durchflußgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass der resultierende Schneidweg durch die Flüssigkeitsstrahl (9) senkrecht zur Längsrichtung des Flüssigkeitsstrahls (9) verläuft.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsstrahlen in der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Teileinrichtung (5) verlaufenden Richtung senkrecht zur Schneidebene (8) ausgerichtet sind, in der die Bewegungsrichtungen verlaufen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtungen für die Teileinrichtung (5) auf einer Kreisbahn liegen.
5. Vorrichtung zur Herstellung von festen Teilchen aus einem flüssigen Medium, mit einer Düse (3) aus der das flüssige Medium als zusammenhängender Flüssigkeitsstrahl (9) austritt, mit einer in einer Schneidebene (8) kontinuierlich in einer Richtung bewegten Teileinrichtung (5) zur Herstellung definierter Abschnitte (9') des Flüssigkeitsstrahls (9) und mit einem in Richtung des Flüssigkeitsstrahls (9) angeordneten Auf- fangbehälter (10, 10'), der einer Härtungseinrichtung (H) für die Abschnitte (9') des Flüssigkeitsstrahls
(9) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Düsen (3) vorgesehen ist, unterhalb derer eine gemeinsame Teileinrichtung (5) angeordnet ist und dass die Düsen (3) in bezug auf die Bewegungsrichtung so geneigt angeordnet sind, dass jeder der aus den Düsen (3) austretenden Flüssigkeitsstrahlen (9) mit der Bewegungsrichtung der Teileinrichtung (5) einen spitzen Winkel (ß) bildet.
6= Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (ß) der Düsen (3) so in bezug auf eine eingestellte Durchflußgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls (9) eingestellt ist, dass der resultierende Schneidweg durch den Flüssigkeitsstrahl (9) senkrecht zur Längsrichtung des Flüssigkeitsstrahls (9) in der Schneidebene (8) verläuft.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Düsen (3) einstellbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) in der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Teileinrichtung (5) verlau- fenden Richtung senkrecht zur Schneidebene (8) ausgerichtet sind.
9= Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teileinrichtung (5) rotierend bewegbar ist und dass die Düsen (3) auf einen gleichen Radius bezüglich der Rotationsachse (4) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) einen gleichen Abstand zur Schneidebene (8) aufweisen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidebene (8) waagerecht angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) als abgewinkelte radiale Ansätze des zentral angeordneten Vorratsbehälters 1 ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Vorratsbehälter (1), Teileinrichtung (5), Härtungseinrichtung (11) und Auffangbehälter (10, 10') in einem dichten Gehäuse (10, 10') untergebracht sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10, 10') sterilisierbar und steril abdichtbar ausgebildet ist.
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