DE2734488C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DD-PS 94 554 ist eine Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten bekanntgeworden, bei der ein um eine Rotor­ achse angetriebener Rotor ein Probenrohr im Abstand zur Rotorachse lagert. Das Probenrohr ist um eine von der Rotor­ achse unabhängige Querachse drehbar gelagert. Die exzentrische Lagerung des Probenrohres erhöht die Zentrifugalwirkung durch den Rotor. Rotor und Rohr werden in Phase gedreht, d. h. die innerhalb des Rohrs zu mischende Substanz wird unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft an der Rohrwandung haftend an dieser walkend entlangbewegt.

Die in der genannten Druckschrift beschriebene Lösung stellt eine Abkehr dar vom sogenannten Schüttelprinzip, bei dem zu mischende Substanzen in länglichen Kapseln aufgenommen und in einer Vorzugsrichtung hin- und hergeschleudert werden, wobei das Mischen in der Kapsel an den Umlenkpunkten erfolgt.

Häufig besteht die Aufgabe, sehr geringe Flüssigkeitsmengen zu homogenisieren. Wohnt den Flüssigkeiten eine hohe Adhäsions- oder Kohäsionskraft inne, müssen erhebliche Kräfte auf die Substanzen aufgebracht werden, um die gewünschte Homogenisierung zu erreichen. Bekannte Zentrifugen, wie sie etwa durch die US-PS 31 99 775 oder 38 82 716 bekanntgeworden sind, lösen diese Aufgabe nur bedingt. Auch die oben beschriebene bekannte Vorrichtung reicht für manche Anwendungsfälle nicht aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten zu schaffen, mit der auch kleine Mengen mit hoher Viskosität wirksam gemischt bzw. homogenisiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruches 1.

Die Erfindung stellt eine Kombination dar aus einem herkömmlichen Schüttler und einer herkömmlichen Zentrifuge.

Wie bereits erwähnt, gelangt die Flüssigkeit beim Schüttler im Mischrohr abwechselnd von einem zum anderen Ende. Dieser Misch- oder Homogenisierungsvorgang wird durch die Anwendung auf einer Zentrifuge mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lehre erheblich verstärkt. In dem Augenblick, in dem die Längsachse des Rohres radial steht, wird eine sehr hohe Beschleunigung auf die Flüssigkeitsmenge ausgeübt, so daß die zwangsläufig auftretenden hohen Adhäsions- und Kohäsions­ kräfte überwunden werden, so daß die Flüssigkeitsmenge gegen das radial außen liegende Ende des Rohres geschleudert wird und mit hoher Kraft auf dieses Ende auftrifft. Dieser Vorgang kann beliebig häufig wiederholt werden, bis die gewünschte Homogenisierung erreicht ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1a und 1b zeigen schematisch Seitenansicht und Draufsicht auf einen Rotor der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch den Antrieb des Rotors nach Fig. 1a und 1b.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine gesamte Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach der Fig. 3 entlang der Linie IV-IV.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 4 entlang der Linie V-V.

Die Fig. 1a und 1b zeigen zwei konzentrische Antriebs­ wellen A und B, die normalerweise synchron bei einer Geschwindigkeit bis zu 6000 Umdrehungen pro Minute umlaufen. Verzahnte, als Probenrohrhalter ausgebildete Planetenräder können mit einem Sonnenrad auf der Antriebswelle A kämmen. Die Planetenräder sind entweder mittels Kugellager und durch einen äußeren Zahnkranz oder lediglich über einen äußeren Zahnkranz mit der äußeren Antriebswelle B verbunden. Wenn die Antriebswellen A und B synchron um die mittlere Achse, die nachfolgend als Rotorachse bezeichnet wird, umlaufen, dann behalten die Sonnen- und Planetenräder feste Lagen relativ zueinander bei. Die Probenrohre drehen sich daher nicht um ihre Achsen, die quer zur Rotorlängsachse verlaufen, sondern führen lediglich um die Rotorachse (der Wellen A und B) eine Schleuderbewegung aus. Jedoch führt jede Relativdrehung der Wellen A und B zu einer Drehbewegung der Planetenräder um eine Achse quer zur Längsachse der Rohre.

Wenn die Querachse nicht durch die Kugellageranordnungen bestimmt ist, dann ist ein Umlauf um die Querachse begleitet von einer Verschiebung des Rohrs auf einem Kreis konzentrisch zur Rotorachse, so daß das Rohr eine Präzisionsbewegung ausführt.

Das Prinzip eines Antriebs für die Wellen A und B wird in Fig. 2 schematisch gezeigt. Stirnräder D und D′ sind mittels Kugellager an einem normalerweise stationären Körper X befestigt, während Zahnräder E und E′ in ähnlicher Weise an einem parallelen, normalerweise stationären Körper Y befestigt sind. Das Ende der Welle B ist mit Getriebezähnen versehen, die mit den Stirnrädern D und D′ kämmen. In ähnlicher Weise kämmen Zähne auf der Welle A mit den Zahnrädern E und E′.

Wenn die Welle B unmittelbar durch einen Elektromotor angetrieben wird, dann wird die Welle A synchron mit der Welle B und in gleicher Richtung mit ihr über einen Zahnkranz F angetrieben, der mit den Zahnrädern D, D′, E, E′ kämmt. Durch Drehen des Körpers X um einen bestimmten Winkel relativ zum Körper X drehen sich auch die Wellen A und B relativ zueinander um einen festen Winkel. Hierdurch werden die Rohre um ihre Querachse um einen beliebig gewählten Grad gedreht, unabhängig von der Drehbewegung um die Rotorachse. Die Drehbewegung um die Querachse ist vorzugsweise eine intermittierende Drehbe­ wegung von 180°.

Wie bereits erwähnt, sind die Planetenräder als Rohrhalter C ausgebildet. Sie können mehrere Kapillarrohre aufnehmen, so daß ihr Inhalt gleichzeitig homogenisiert werden kann.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungs­ form einer Homogenisiereinrichtung. In dieser Figur sind Bestandteile entsprechend denjenigen der Fig. 1 und 2 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Die Welle B wird durch einen Motor J über Riemenscheiben G und H und einen Riemen I angetrieben. Die Welle B ist in Lagern K und K′ innerhalb eines stationären Gehäuses L gelagert. Auf der Welle B sind Schleifringe M zur Zufuhr von elektrischer Energie zu Rohrheizeinrichtungen N unterhalb der Rohrhalter C gelagert, sowie zur Rückkopplung von Daten, die sich auf die Temperatur der Rohre beziehen. Die der Prüfung unterworfenen Rohre können abwechselnd durch Zufuhr von Kühlmittel in die Nachbarschaft der Rohrhalter über einen Einlaß O, die Hohlwelle B und Kanäle P gekühlt werden. Der schon erwähnte Rotor wird von Sonnen- und den Planetenrädern gebildet; er ist in einem stationären zylindrischen Gehäuse S aufgenommen, das vorzugsweise aus transparentem Material, wie beispielsweise Polykarbonat, gebildet ist und durch einen transparenten Deckel Q geschlossen wird, so daß der Rotor vollständig eingeschlossen ist. Unterhalb der Rohrhalter ist ein thermisches Isoliermaterial R vorgesehen, um den Wärmever­ lust an dem übrigen Teil des Rotors herabzusetzen. Die Präzision der Rohrhalter C wird ausgenutzt, um diese zwischen verschiedenen Bereichen der Heizeinrichtung N, deren Temperatur individuell überwacht wird, fortschreitend zu bewegen. Auf diese Weise wird der Rohrinhalt gesteuerten Wärmeimpulsen unterworfen.

Von dem Reservoir T wird Öl unter Druck mittels einer Pumpe U an einen Einlaß V eines schneckenförmigen Kanals in dem Gehäuse L um das Lager K herum herangeführt. In ähnlicher Weise wird Öl unter Druck an ein Gehäuse W herangeführt, welches die Zahnräder D, D′, E, E′ und F enthält.

Im Betrieb der Homogenisiereinrichtung werden mehrere parallele Rohre Z (Fig. 4 und 5), welche die zu vermischenden Flüssigkeiten enthalten, in die Rohrhalter C eingesetzt, die Rohrhalter C im Rotor eingeschlossen und der Deckel Q aufgesetzt. Die Welle B wird durch den Motor J angetrieben, so daß der Rotor mit z. B. 6000 upm dreht. Wenn der Körper Y, auf dem die Zahnräder E und E′ drehbar gelagert sind, stationär gehalten ist (wobei der Körper X ebenso stationär ist, da es sich um eine feste Plattform handelt), dann führen die Rohrhalter C um die Achse der Wellen A und B eine Schleuderbewegung aus, drehen sich jedoch nicht relativ zu dem übrigen Teil des Rotors. Wenn jedoch eine mit dem Drehkörper Y gekuppelte Welle ZA gedreht wird, beispielsweise von Hand oder durch eine hydraulische oder andere mechanische Drehantriebsvorrichtung, dann verursacht die relative Bewegung zwischen den Körpern X und Y, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 1 und 2 erläutert, eine Drehbewegung der Planetenräder und daher der Rohrhalter C um ihre eigenen Achsen, die senkrecht zur Rohrlängsachse verläuft. Die Geschwindigkeit und Dauer dieses Umlaufs sind natürlich abhängig von der Geschwindigkeit und Dauer des Umlaufs der Welle ZA. In der praktischen Anwendung wird eine Rückwärts- und Vorwärtsdrehbewegung der Wellen von 180° innerhalb von mehreren Sekunden als geeignet angesehen.

Während der Rotor seine Schleuderbewegung ausführt, können die Rohre Z unter Verwendung eines mit der Drehgeschwindigkeit des Rotors synchronisierten Stroboskops inspiziert werden. Es kann an jedes Rohr Z ein Laserstrahl über eine Öffnung ZB herangeführt werden, um Streumessungen oder andere Messungen an den Proben in den Rohren Z vorzunehmen.

Es liegt auf der Hand, daß bei der Vorrichtung Abwandlungen vorgenommen werden können. Es ist beispielsweise für die Rohrhalter nicht von Bedeutung, daß sie unmittelbar an den Planetenrädern befestigt sind. Sie können auch getrennte Einheiten darstellen, die über Getriebe oder Treibriemen von den Planetenrädern angetrieben werden könnten. Es könnte anstelle der vier in der beschriebenen Ausführungsform verwendeten Rohrhalter eine beliebige Anzahl vorgesehen sein.

Die Rotordrehung könnte von einem Motor erfolgen, der einen Schleuderarm antreibt, während die Rohrdrehbewegung von einem getrennten Elektromotor auf dem Arm erzeugt wird.

Die beschriebene Vorrichtung ist geeignet zum Mischen vieler verschiedener Flüssigkeiten oder von Flüssigkeiten und Feststoffen, wobei aber eine Substanz in flüssigem Zustand sein muß.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten, mit einem um eine Rotorachse angetriebenen Rotor, mit einem im Abstand von der Rotorachse auf dem Rotor angeordneten Rohr zur Aufnahme der Flüssigkeit, das eine Rohrlängsachse aufweist, mit einer von der Rotorachse unabhängigen Querachse, um die das Rohr drehbar angetrieben ist, und mit einer Antriebsvorrichtung für Rotor und Rohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung einen Rotorantrieb und einen von diesem unabhängigen Rohr­ antrieb aufweist, wobei der Rohrantrieb das Rohr intermittierend um etwa 180° dreht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrantrieb dem Rohr abwechselnd eine Vorwärts- und eine Rückwärtsdrehung erteilt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorachse und die Querachse des Rohrs im wesentlichen parallel zueinander liegen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ein um die Rotorachse drehbares Sonnenrad aufweist und wenigstens ein mit dem Sonnenrad kämmendes, als Rohrhalter (C) ausgebildetes Planetenrad, ein Antriebsmotor (J) mit dem Sonnenrad verbunden ist und Einrichtungen (X, Y, E, E′, F, D, D′) vorgesehen sind zur Erzeugung einer relativen Drehbewegung zwischen dem Planetenrad und dem Sonnenrad.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Zahnradanordnung (D, D′, E, E′, F), die mit dem Sonnen- und dem Planetenrad gekuppelt ist und zwei Körper (X, Y) enthält, deren relative Drehbewegung eine relative Drehbewegung zwischen dem Planetenrad und dem Sonnenrad herbeiführt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradanordnung erste und zweite Sonnen- und Planeten­ radanordnungen enthält, wobei die Planetenräder (D, D′, E, E′) der beiden Anordnungen mit einem gemeinsamen äußeren Zahnkranz (F) kämmen, und daß ferner eine erste Welle (B) vorgesehen ist, die um die Rotorachse umläuft und mit dem den Rohrhalter (C) bildenden Planetenrad gekoppelt ist, der Antriebsmotor (J) die erste Welle (B) antreibt, eine zweite Welle (A) konzentrisch zur Welle (B) um die Rotorachse drehbar ist und mit dem Sonnenrad des Rotors verbunden ist sowie mit dem Sonnenrad der zweiten Sonnen- und Planetenradanordnung, und die beiden Körper (X, Y) Lager für die Planetenräder der ersten und zweiten Sonnen- und Planetenradanordnung bilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper (X) stationär gehalten ist und der zweite Körper (Y) gedreht wird.