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Vorrichtung zur Herstellung von Flüssigkeitsperlen Unter Flüssigkeitsperlen
werden kleine, vorzugsweise sphärische runde, perlenförmige Körper verstanden, welche
eine dünne, feste, für Flüssigkeit undurchdringliche Schale enthalten, die eine
in der Perle enthaltene Flüssigkeit umgibt. Die Flüssigkeit besteht vorzugsweise
aus Wasser oder aus einer wäßrigen Lösung von Salzen. Sie kann aber auch aus einem
Gel bestehen, das eine wesentliche Menge Flüssigkeit aufgesaugt hat. Solche Flüssigkeitsperlen
werden als Zusatzmittel zu Kunststoffen verschiedener Art, Beton, Gips, Ton u. dgl.
benutzt, um diese Stoffe porös zu machen. Die Flüssigkeitsperlen werden dabei gleichmäßig
in das porös zu machende Material eingemischt, wo sie nach kurzer Zeit trocknen
und Poren zurücklassen, während nur der ausgetrocknete, zerfallene Rest der Schale
zurückbleibt, der nur geringes Gewicht und eine unwesentliche Masse hat.
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Es ist bekannt, zur Herstellung pharmazeutischer Präparate als Vollkugeln
Arzneistoffe als gelatinierende Emulsion in Härtemitteln zur Erstarrung zu bringen.
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Schließlich ist es auch bekannt, bituminöse Stoffe, z. B. Asphalt,
aus einer mit Öffnungen versehenen Walze zu versprühen, um leichter zu handhabende
Formen zu erhalten, die etwa Körner zu größeren Einheiten zum Versand vorbereiten.
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Demgegenüber handelt es sich bei der Vorrichtung nach der Erfindung
darum, Flüssigkeit enthaltende Perlen herzustellen, die als Zusatz bei verschiedenem
Material vorgesehen sind, um dieses porös zu machen.
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Es ist auch bekannt, Flüssigkeitsperlen als Zusatz zu Kunststoffen,
Beton, Gips, Ton od. dgl. dadurch herzustellen, daß eine Lösung des die Flüssigkeitsperlen
bildenden Stoffes, vorzugsweise einen gelbildenden Stoff, in im wesentlichen sphärischen
Körpern vorverformt wird, welche anschließend in ein Härtebad eingeführt werden,
welches mit dem die Flüssigkeitsperlen bildenden Stoff reagiert und die Schale bildet.
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Als Ausgangsmaterial für Flüssigkeitsperlen wird vorzugsweise verdünnte
Alginsäure oder ein Salz, beispielsweise Natriumalginat in Lösung, benutzt.
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Das Härtungsbad besteht vorzugsweise aus der Lösung eines Kalziumsalzes,
beispielsweise Kalziumchlorid. Wenn die Tropfen der Alginsäurelösung oder der Alginatlösung
mit der Kalziumsalzlösung in Berührung kommen, wird ein Kalziumalginat in Form einer
Haut oder einer Schale ausgefällt, unter Bildung von Perlen. Gegebenenfalls wird
aber auch der ganze Tropfen durchdrungen, wobei die Ionen, die
lösliche Salze bilden,
gegen solche ausgetauscht werden, die unlösliche Salze bilden. Hierdurch werden
die Perlen stark und widerstandsfähig. Andere gelbildende Stoffe z. B. bestehen
aus wasserlöslichen oder alkalilöslichen Zellulosederivaten, wie Karboxymethylzellulose,
Methylzellulose, Hydroxyläthylenzellulose, Agar-Agar, Stärke, Kaseinate, Knochenleim,
Gummiarten, Polyvinylalkohol usw. Das Härtungsbad ist abhängig von dem Stoff des
Ausgangsmaterials für die Bildung der Elüssigkeitsperlen.
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Zur Herstellung von solchen Flüssigkeitsperlen ist es bekannt, einen
Strahl aus dem die Flüssigkeitsperlen bildenden, flüssigen Stoff zu erzeugen und
durch Schneiden oder Abscheren in Stückchen aufzuteilen, die je eine Flüssigkeitsperle
bilden. Diese Stückchen werden in das Härtungsbad eingeführt. Es hat sich indessen
gezeigt, daß man dabei Flüssigkeitsperlen erhält, die wenig vollendet sind. Sie
werden nicht sphärisch, sondern nehmen die Form von unregelmäßigen Klümpchen an.
Man kann auch nicht Flüssigkeitsperlen von einigermaßen einheitlicher Größenordnung
erhalten. Hinzu kommt, daß mit diesem Verfahren auch keine Flüssigkeitsperlen sehr
kleinen Durchmessers erhalten werden können, was aber für bestimmte Zwecke erforderlich
ist.
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Es ist auch bekannt, Tropfen von dem die Flüssigkeitsperlen bildenden
Stoff in das Härtungsbad herabfallen zu lassen. Auch diese Art der Herstellung führt
nicht
zu Flüssigkeitsperlen, die genügend klein für besondere Zwecke sind, beispielsweise
zur Porosierung azetonhaltiger, steinähnlicher Massen in Gasbehältern zur Aufnahme
von Azetylen oder anderen in Azeton od. dgl. lösbaren Gasen. Solche Massen werden
aus einem zementähnlichen Stoff oder sogar aus reinem Zement gebildet, gegebenenfalls
mit anderen Stoffen gemischt, mit großem Wasserüberschuß. Auf Grund des großen Wasserüberschusses
erhält man beim Erhitzen und Härten der Masse eine sehr stark entwickelte Porosität,
die aber so fein ist, daß sie eine Grenze setzt, um plötzlich große Mengen von Gas
aus dem Gasbehälter zu entnehmen. Um plötzlich große Gasmengen aus einem Gasbehälter
entnehmen zu können, ist es deshalb erforderlich, mit diesem feinporigen System
ein zweites, ziemlich wenig entwickeltes, aber grobporiges System zu verbinden,
in dem genügend viel Gas angesammelt werden kann, um einem plötzlich auftretenden
größeren Bedürfnis entsprechen zu können.
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Dieses grobporige System sollte unter anderem dadurch gebildet werden,
daß Flüssigkeitsperlen der oben angegebenen Art in die Masse eingeführt werden,
bevor sie steif geworden ist. Es ist dann aber erforderlich, daß die Flüssigkeitsperlen
klein sind, etwa in einer Größenordnung zwischen 0,1 und 1 mm Durchmesser. Falls
die Flüssigkeitsperlen größer sind, werden auch die Poren größer, und es entsteht
die Gefahr einer Explosion durch Spaltung des Azetylen.
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Erfindungsgegenstand ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Flüssigkeitsperlen
in Form einer Zentrifuge, die an ihrem Umfang mit Öffnungen versehen ist, aus denen
das Arbeitsgut in Form von Tropfen in ein Härtungsbad austritt.
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Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge (10)
von einem das Härtungsbad enthaltenden Behälter(23) umgeben ist und daß der obere
Flüssigkeitsspiegel (24) in diesem Behälter unterhalb der Umdrehungsachse der Zentrifuge
liegt, in deren Außenwand schräg verlaufende Löcher (21) angeordnet sind, die dem
Drehsinn (41) der Zentrifuge entgegengesetzt sind. Bevorzugt ist in dem das Härtungsbad
(24) enthaltenden Behälter (23) ein Rührer (25) gelagert.
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Eine Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
als beispielsweise Ausfüh rungsform dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Anlage zur
Herstellung von Flüssigkeitsperlen nach der Erfindung, F i g. 2 in vergrößertem
Maßstab einen Querschnitt durch die Zentrifuge.
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Gemäß Fig. 1 ist die Zentrifuge 10 mit einer Hohlwelle 11 verbunden,
welche mit einem Flansch 12 auf einem Stützlager 13 ruht. Die Hohlwellell wird von
einer Riemenscheibe 14 mit einem Riemen 15 und einem nicht dargestellten Motor in
Drehung gehalten. Oberhalb der Welle 11 ist ein Trichter 16 mit einem Zuleitungsrohr
17 für das die Flüssigkeitsperlen bildende Arbeitsgut vorgesehen, das von einem
nicht dargestellten Behälter über ein Regelventill8 zugeführt wird. Die Hohlwelle
11 ist mit Durchlässen 19 versehen, durch welche die Flüssigkeit in die Zentrifuge
10, etwa bis zur Höhe 20, eingeleitet wird.
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In der Zentrifuge 10 sind Löcher 21 angeordnet, deren Größe derjenigen
der herzustellenden Perlen angepaßt ist. Durch die Löcher 21 werden infolge
der Fliehkraft
Flüssigkeitstropfen in Bahnen 22 ausgeworfen, welche, wenn sie sich durch den erhitzten
Raum bewegt haben, auf die Oberfläche 20 des Härtungsbades treffen.
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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Zentrifuge 10. Die Löcher
21 sind erfindungsgemäß schräg zur Radialrichtung der Zentrifuge angeordnet, damit
die herausgedrückten Tröpfchen des die Flüssigkeitsperlen bildenden Arbeitsgutes
eine Ausströmungsrichtung erhalten, die eine Komponente in entgegengesetzter Richtung
zu der Flächenumdrehrichtung 41 des Behälters 10 hat.
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Die Bewegungsgeschwindigkeit der Tropfen, gemessen im Verhältnis
zu jedem besonderen Punkt an der äußeren Fläche des Behälters 10, beispielsweise
der Mündung des Loches, durch welche der Tropfen erzeugt wird, wird groß, wenn der
Tropfen die Zentrifugei0 verläßt. Das bedeutet, daß der Tropfen selbst klein wird.
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Andererseits wird die Geschwindigkeit des Tropfens im Verhältnis
zu jedem einzelnen Teilchen der Fläche 29 des Härtungsbades bedeutend kleiner, da
der Tropfen in einer Richtung mit einer Tangentialkomponente ausgeworfen wird, die
entgegengesetzt der Drehrichtung 41 des Behälters 10 ist.
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Es kann nicht vermieden werden, daß der Tropfen trotzdem eine Bewegungskomponente
in der Richtung 41 erhält. Diese wird aber bedeutend kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit
der Zentrifuge 10. Falls die Flüssigkeit im Härtungsbad 23 in Umdrehung gehalten
wird, so werden auch die einzelnen Teilchen der Flüssigkeit, die durch die Fläche
29 veranschaulicht ist, sich in Umdrehung befinden, vorzugsweise auch in derselben
Richtung wie die ZentrifugelO, d. h. in der Richtung des Pfeiles 41, aber mit einer
bedeutend geringeren Geschwindigkeit. Die Folge ist, daß die aus der Zentrifuge
10 ausgeschleuderten Tropfen, wenn sie die Flüssigkeitsfläche 29 treffen, eine Bewegung
haben, die in zwei verschiedene Komponenten aufgeteilt werden kann, nämlich in eine
erste Komponente, die annähernd senkrecht zu der Flüssigkeitsoberfläche 29, und
in eine zweite Komponente, die tangential zu der Flüssigkeitsoberfläche 29 ist,
die aber mit einer etwa gleich großen Geschwindigkeitskomponente der Teilchen der
Flüssigkeitsoberfläche29 kompensiert wird.
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Man kann auch den die Härtungsflüssigkeit enthaltenden Behälter 23
in Stillstand halten, dann ist ein Flüssigkeitsspiegel 24 vorhanden. Aus den oben
angegebenen Gründen ist es aber erwünscht, die Flüssigkeit in dem Behälter 23 in
Umdrehung zu halten, damit eine paraboloidische Fläche 29 entsteht. Es ist dann
ein Rührer 25, der auf einer Welle 26 sitzt, vorgesehen, welche mittels einer Riemenscheibe
27 mit Riemen28 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird. Die Oberfläche
24 wird dann eine hauptsächlich paraboloidische Fläche 29 einnehmen, bei der die
Tropfen auf ihren Bahnen 22 etwa senkrecht auftreffen.
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Es ist von Bedeutung, daß das Flüssigkeitsbad in dem Härtungsbehälter
23 mit der Entfernung der gebildeten Perlen mengenmäßig möglichst konstant gehalten
wird. Dafür sorgt ein übliches Ablaufrohr 30, durch das die Flüssigkeitsperlen zusammen
mit der Härtungsflüssigkeit abfließen. Das Rohr 30 mündet über einem Siebband31,
welches sich in Richtung des Pfeiles 32 bewegt. Auf dem Sieb werden die Perlen zurückgehalten,
während die Härtungsflüssigkeit
in ein Sammelgefäß 33 fließt, um
über eine Pumpe 34 und eine Rücklaufleitung 35 wieder in den Behälter 23 zurückzugelangen.
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Auf dem bewegten Siebband 31 werden die Perlen unter eine Brause
36 gefördert, mit Wasserzufluß aus der Leitung 37. Die Perlen werden gewaschen und
weitgehend von zurückgebliebener, nicht in Reaktion getretener Flüssigkeit befreit.
Die Perlen fallen als Strom 38 in einen Behälter 39. Die noch vorhandene Waschflüssigkeit
fließt aus dem Rohr 40 ab.
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Die Arbeitsweise ist wie folgt: Das Arbeitsgut zur Bildung von Flüssigkeitsperlen,
beispielsweise Natriumalginatlösung, wird durch das Ventil 18 in geregelter Menge
zugeführt und kommt durch das Rohr 17 sowie durch den Trichter 16 und die Hohlwelle
11 in die Zentrifuge 10. Auf Grund der Fliehkraft wird die Flüssigkeit in Form von
Tropfen durch Löcher 21 ausgeworfen. Diese Tropfen folgen den Bahnen 22. Während
ihres Weges von der Mündung der Löcher 21 bis zur Flüssigkeitsoberfläche 29 nehmen
die Tropfen eine sehr gute sphärische Form an, so daß sie, wenn sie in die Härtungsflüssigkeit
eindringen, schnell zu Flüssigkeitsperlen umgewandelt werden.
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Wenn der Behälter 23 geschlossen angeordnet ist, ist es vorteilhaft,
Heißluft oder ein anderes heißes Gas über die Oberfläche des Härtungsbades 24 strömen
zu lassen, um eine schnelle Oberflächentrocknung der Tropfen in den Bahnen 22 zu
bewir-
ken und zur Förderung der Bildung einer hautähnlichen Umhüllung der Tropfen,
unabhängig davon, ob diese sich durch eine physikalische oder chemische Umwandlung
erklären läßt oder ausschließlich durch die Oberflächenspannungsverhältnisse.