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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugenvorrichtung mit verbesserter
Prozessanalysetechnologie (PAT), ein Verfahren zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts
einer Suspension in einer Zentrifugentrommel und ein Verfahren zur
Probenentnahme aus einer Zentrifugenvorrichtung. Unter dem Begriff "Zentrifugenvorrichtungen" sind im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung jegliche Ausführungsformen von Zentrifugenvorrichtungen
zu verstehen. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird insbesondere
auf Zentrifugenvorrichtungen mit integrierter Trocknerfunktion,
sogenannte Zentrifugen-Trockner, Bezug genommen werden. Die vorliegende
Erfindung und die in ihr offenbarten technischen Merkmale sind jedoch
auch auf Zentrifugenvorrichtungen ohne integrierten Trockner und
alle anderen Arten von Zentrifugen anwendbar. Der Begriff Zentrifugenvorrichtung
ist also ohne Einschränkung auf
einen bestimmten Zentrifugentyp zu verstehen.
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Zentrifugenvorrichtungen
sind in einer Vielzahl von Anwendungen auf dem Gebiet der gewerblichen
Nutzung bekannt. Insbesondere in der Pharmaindustrie spielen sie
eine große
Rolle bei der Herstellung von Medikamenten. Die bekannten Zentrifugenvorrichtungen
haben gemein, dass in ihnen in einer Suspension, d.h. ein Fluid
mit Feststoffanteil, die feste Phase von der flüssigen Phase getrennt werden soll.
Bei Zentrifugenvorrichtungen mit Trockner wird nach der Trennung
die feste Phase zudem getrocknet, so dass ein Pulver entsteht.
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Die
Trennung von fester Phase und flüssiger Phase
erfolgt, indem die Suspension über
ein Füllelement
zum Einfüllen
in. eine Trommel eingefüllt
wird, die dann mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Es ist auch bekannt,
die Trommel zuerst in Rotation zu versetzen und dann das Fluid während der
Rotation einzufüllen,
um eine durch die eingeführte
Suspension hervorgerufene Unwucht beim Starten des Rotationsvorgangs
zu vermeiden. Während
der Rotation wirken hohe Fliehkräfte
auf die Suspension, die bewirken, dass die Suspension gleichmäßig über den Umfang
verteilt von innen an die Mantelfläche der Trommel gedrückt wird.
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An
der Mantelfläche
der Trommel befindet sich ein Filter. Dabei kann es sich um ein
Filtertuch handeln, wie z.B. bei einer Stülpzentrifuge, oder es kann
sich um ein metallisches Filterelement handeln. Die Verwendung eines
Filterelements hat zur Folge, dass die flüssige Phase der Suspension
während
des Zentrifugierens durch den Filter tritt, während die feste Phase im Innenraum
der Trommel verbleibt.
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Die
Trommel besteht herkömmlicherweise aus
einer Mantelfläche
und einem mit der Mantelfläche
einstückig
ausgebildeten Trommelboden, der eine Stirnseite der Trommel bildet.
Der Trommelboden ist auf einer Antriebswelle gelagert, die von einem
Motor angetrieben wird. Eine zweite Stirnseite der Trommel wird
von einer Stauscheibe ausgebildet, die die Trommel dichtend verschließt. Die
Trommel, d.h. Trommelmantel und Trommelboden, und die Stauscheibe
sind zueinander axial verschieblich, damit das Endprodukt aus dem
Trommelinnenraum entnommen werden kann. Die Stauscheibe ist auf
einer Stauscheibenwelle gelagert. Im allgemeinen wird eine der Wellen
(d.h. Stauscheibenwelle oder Antriebswelle) hohl ausgebildet, um
so einen Kanal zu erhalten, durch den die Suspension in den Innenraum
der Trommel eingefüllt
werden kann, selbst wenn die Trommel bereits rotiert.
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Häufig wird
der Filter konisch ausgebildet, wobei dann während des Zentrifugierens auch
eine axiale Kraft auf die Suspension wirkt, die bewirkt, dass sich
das zentrifugierte Produkt an einer Stirnseite der Trommel sammelt.
Diese Stirnseite ist zumeist jene, die von der Stauscheibe gebildet
wird, da diese Stirnseite zur Entnahme des Produkts geöffnet wird. Zudem
kann während
des Trocknens und der Entnahme das Produkt einfacher zur Stauscheibenstirnseite
bewegt werden, da seine Bewegung von der Konusform unterstützt wird.
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Nach
dem Zentrifugieren haftet die nasse feste Phase der Suspension in
einer bestimmten Schichtdicke an der Innenseite des Trommelmantels. Diese
anhaftende Suspension wird Kuchen genannt. Zum Austragen dieses
Kuchens aus der Trommel sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt.
Sie lassen sie allgemein in pneumatische Austragungsarten und mechanischer
Austragungsarten aufteilen.
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Bei
den mechanischen Austragungsarten gibt es zum einen die bei Stülpzentrifugen
angewandte Methode eines Filtertuchs, das aus einem elastischen
Filtermaterial besteht. Dieses Filtertuch weist die Form eines Zylindermantels
auf, und ist mit einem Rand mit dem Trommelmantel verbunden und mit
dem anderen Rand mit einem zweiten Trommelboden, der bei geschlossener
Trommel unmittelbar auf der Innenseite des ersten Trommelbodens
angeordnet ist. Der zweite Trommelboden ist zudem mit der Stauscheibe
verbunden, so dass er zusammen mit dieser bewegt wird. Nun wird
die Stauscheibe und der zweite Trommelboden axial relativ zu der
Trommel bewegt, wobei das Filtertuch quasi "auf links gekrempelt" wird. Die Stauscheibe und der zweite Trommelboden
müssen. über die
doppelte Trommellänge
bewegt werden, bis das gesamte Filtertuch umgestülpt ist. Durch das Umstülpen löst sich
der Kuchen von dem Filtertuch und das zentrifugierte Produkt kann
entnommen werden. Ein Nachteil dieser Bauform ist, dass die Stauscheibe
um die doppelte Trommellänge
bewegt werden muss, und die gesamte Zentrifugenvorrichtung deswegen
erhebliche Ausmaße
annimmt.
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In
einem weiteren bekannten mechanischen Verfahren zum Austragen des
Kuchens wird ebenfalls ein zweiter mit der Stauscheibe verbundener Trommelboden
verwendet. Anstatt eines Filtertuches wird jedoch ein Metallfilter
verwendet, der an der Innenseite des Trommelmantels angeordnet ist.
Der zweite Trommelboden weist einen Durchmesser auf, der nur etwas
kleiner als der Durchmesser des Metallfilters ist. Zum Austragen
wird dann die Stauscheibe und der zweite Trommelboden axial relativ
zu der Trommel mit dem Metallfilter bewegt, so dass der zweite Trommelboden
den Kuchen aus der Trommel schiebt. Ein Vorteil dieser Anordnung
ist, dass die axiale Baulänge
der Gesamtzentrifugenvorrichtung verkürzt ist, da die Stauscheibe
und der zweite Trommelboden nur über
die Strecke einer Trommellänge bewegt
werden müssen.
Ein Nachteil ist, dass der Spalt zwischen dem zweiten Trommelboden
und der Metallfilter durch Fertigungsungenauigkeiten oder durch
Abnutzung eventuell groß wird,
so dass Restprodukt in der Trommel an dem Filter haftet und dort verbleibt.
Auch durch wiederholtes Bewegen des zweiten Trommelbodens besteht
keine Möglichkeit diese
Produktreste auszutragen und der Filter bleibt durch diese Produktreste
verstopft.
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Bei
pneumatischen Austragungsverfahren wird in einem Zwischenraum zwischen
dem Metallfilter und Trommelmantel, genannt Ringraum, ein Fluid,
hauptsächlich
gasförmiges
Fluid, mit hohem Druck eingespritzt und der Kuchen vom Filter abgesprengt,
so dass er im unteren Bereich der Trommel zu liegen kommt. Dadurch
dass der Filter bei diesem Verfahren. einen Konus aufweist, der
sich zur Stauscheibe hin aufweitet, kann durch wiederholte Gasfluidstöße das am
Boden der Trommel befindliche Produkt sukzessive in Richtung Stauscheibe
bewegt und aus der Trommel heraus transportiert werden.
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Des
weiteren kann jede der voranstehend genannten Zentrifugenvorrichtungen
auch mit einer Trocknerfunktion ausgestattet sein, die erlaubt,
die nasse feste Phase der Suspension nach dem Zentrifugieren zu
trocknen. Dies geschieht beispielsweise bei Zentrifugenvorrichtungen
mit einem pneumatischen Austrag dadurch, dass ein Fluidgas in den Trommelinnenraum
gesprüht
wird, das das in der Trommel befindliche Produkt nach und nach trocknet. Dadurch
kann nach einem Öffnen
der Trommel durch Verschieben der Stauscheibe bereits ein getrocknetes
Produkt in Pulverform entnommen werden, das sofort weiterverarbeitet
werden kann.
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Herkömmlicherweise
wird die endgültige Qualität des durch
Zentrifugieren und Trocknen gewonnenen Produkts erst nach dem gesamten
Prozess, d.h. nach dem Zentrifugieren und nach dem Trocknen, überprüft. Teilweise
findet zwar auch eine Qualitätsuntersuchung
vor und während
des Verarbeitungsprozesses statt, da diese jedoch einige Zeit benötigt, ist
in dem Fall, in dem die Qualitätsüberprüfung negativ
ausfällt,
die gesamte im Fertigungsprozess gewonnene Produktion nicht mehr
zur Weiterverwendung geeignet. Beispielsweise kann es vorkommen,
dass das entnommene Produkt noch nicht ganz getrocknet ist. Ein
feuchtes Produkt kann jedoch unter Umständen nicht weiterverarbeitet
werden und muss entsorgt werden. So entsteht ein Verlust und nicht
unbedeutender wirtschaftlicher Schaden.
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Vorrichtungen
zur Überprüfung der
Produktqualität
und des Suspensionszustands während
des Zentrifugierens bzw. während
des Trocknens sind bei herkömmlichen
Zentrifugenvorrichtungen eher unzureichend, meistens gar nicht,
implementiert. Mit der Möglichkeit,
produktspezifische Parameter online, d.h. während der Prozesse des Einfüllens, Zentrifugierens,
Trocknens, Reinigens, usw., zu messen, hätte man die Möglichkeit,
eine gewünschte
Produktqualität
sicherzustellen und die einzelnen Prozesschritte optimal einzustellen.
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Beispielsweise
wird häufig
nach dem Zentrifugieren der Suspensionschlamm mit einem Spülfluid gewaschen.
Der beste Zeitpunkt für
dieses Waschen ist, wenn sich noch etwas flüssige Phase in der Suspension
befindet. Bei bisherigen Zentrifugenvorrichtungen war dieser Zeitpunkt
praktisch nicht feststellbar, da einfach abgewartet wurde, bis keine
flüssige Phase
mehr aus dem Innenraum herausfloss. Wenn die flüssige Phase jedoch schon komplett
ausgetreten ist, tritt das Problem auf, dass sich Luftblasen in dem
Kuchen gebildet haben, die verhindern, dass das Spülfluid den
gesamten Kuchen wäscht.
Mit einer Vorrichtung zur Überwachung
des Zustands der Suspension während
des Zentrifugierens könnte
jedoch der Spülvorgang
zum optimalen Zeitpunkt, wenn sich noch etwas flüssige Phase im Kuchen befindet,
eingeleitet werden.
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Dementsprechend
besteht ein Bedarf an einer Prozessanalysetechnologie, die ermöglicht,
die Produktqualität
und den Suspensionszustand während
des Zentrifugierens und Trocknens zu überwachen und das Herstellungsverfahren
ggf. anzupassen. Durch die so geschaffene Möglichkeit, produktspezifische
Parameter online zu steuern bzw. zu regeln, kann man sicherstellen,
dass in jedem Fall ein verwertbares Produkt entsteht und kein Produkt
entsorgt werden muss.
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Die
nachfolgend aufgeführten
technischen Merkmale zur Verbesserung der Prozessanalysetechnologie
bei Zentrifugenvorrichtungen sind zwar insbesondere für solche
Zentrifugenvorrichtungen vorgesehen, die mit einem Metallfilter
und einem pneumatischen Austrag arbeiten, sind jedoch auch in Kombination
mit allen anderen denkbaren Ausführungsformen
von Zentrifugenvorrichtungen anwendbar.
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Dazu
wird eine Zentrifugenvorrichtung mit einer Antriebswelle, einer
an der Antriebswelle angeschlossenen Trommel, einem innerhalb der
Trommel angeordneten Filter, der einen Arbeitsraum umschließt, einer
eine Stirnseite des Arbeitsraums bildenden Stauscheibe, die auf
einer Stauscheibenwelle gelagert ist, wobei die Stauscheibe und
die Trommel zueinander axial verschiebbar sind, mit einem Füllelement
zum Einfüllen
einer Suspension in den Arbeitsraum und mit einem die Trommel und
den Filter umgebenden Zentrifugengehäuse vorgeschlagen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Antriebswelle hohl ausgebildet und weist einen
in sich verlaufenden Antriebswellenkanal auf, in dem ein Antriebswellenfüllrohr geführt ist,
das als Füllelement
zum Einfüllen
einer Suspension verwendet wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist an einem arbeitsraumseitigen Ende des Antriebswellenfüllrohrs
ein trichterförmiges
Element angebracht. In einer Ausführungsform der Erfindung ist
dieses trichterförmige
Element einstückig
mit dem Antriebswellenfüllrohr
ausgebildet.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Stauscheibenwelle hohl ausgebildet und weist
einen in sich verlau fenden Stauscheibenwellenkanal auf, in dem ein
Stauscheibenfüllrohr
geführt
ist, das als Füllelement
zum Einfüllen
einer Suspension verwendet wird.
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In
einer Ausführung
der Erfindung ist an einem arbeitsraumseitigen Ende des Antriebswellenfüllrohrs
ein trichterförmiges
Element angeordnet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann dieses trichterförmige Element einstückig mit
dem Stauscheibenwellenfüllrohr
ausgebildet sein. Es wird also entweder die Stauscheibenwelle oder
die Antriebswelle hohl ausgebildet und ein darin geführtes Rohr
als Füllelement
zum Einfüllen
einer Suspension verwendet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die zu zentrifugierende und zu trocknende Suspension
mittels einer Pumpenvorrichtung gefördert, wobei der von der Pumpenvorrichtung
auf die Suspension beaufschlagte Druck variierbar ist. Durch das
trichterförmige
Element entsteht der Vorteil, dass die Suspension nicht an dem Rand
der hohlen Welle nach unten tropft bzw. an der Innenseite des Trommelbodens
in Richtung Trommelboden abperlt. Durch Variation des Pumpendrucks
und Einsatz eines trichterförmigen
Elements fließt
die Suspension vom Trommelboden variabel beabstandet auf den Filter.
Durch die Variation des Drucks kann der Auftreffpunkt der Suspension
auf den Filter während
des Einfüllens
variiert werden und die Suspension so schon beim Einfüllen gleichmäßig in der
Trommel verteilt werden. So werden Ablagerungen am Trommelboden,
die ohne ein trichterförmiges
Element über
die Dauer einer fortwährenden
Benutzung entstehen, verhindert und so die Qualität eines
erzeugten Produkts gesteigert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Antriebswelle von einer elektrischen Asynchronmaschine
angetrieben. Vorzugsweise ist die elektrische Asynchronmaschine
von einer Bewegungssteuerungseinheit geregelt, der eine Gebereinheit
die gegenwärtige
Lage der elektrischen Asynchronmaschine übermittelt, wobei eine durch die
elektrische Asynchronmaschine hervorgerufene Drehung der Antriebswelle
in beiden Drehrichtungen möglich
ist. Vorzugsweise ist die Gebereinheit ein Sinus/Kosinus-Geber.
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Vorzugsweise
weist die elektrische Asynchronmaschine eine durch sie verlaufende
Nebenwelle auf, die über
jeweils ein kraftübertragendes Endloselement
sowohl mit der Antriebswelle als auch mit der Gebereinheit verbunden
ist. Durch die voranstehend beschriebene Asynchronmaschinenanordnung
ist es möglich,
die Asynchronmaschine abseits der Antriebswelle aufzustellen, wodurch
die Zugänglichkeit
der Asynchronmaschine und dadurch Wartung und Reparatur der Asynchronmaschine
vereinfacht werden. Die nachfolgend erläuterten weiteren Prozessanalysetechnolgien
stellen eine hohe Genauigkeitsanforderung an die Positionierung
der Trommel. Durch die voranstehend beschriebene Merkmalskombination
wird diese hohe Positioniergenauigkeit der Trommel gewährleistet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Zentrifugenvorrichtung einen exzentrisch
an der Stauscheibe angeordneten Hubkolben zum axialen Bewegen der
Stauscheibe. Selbstverständlich
kann auch jeder andere geeignete Mechanismus oder jede andere geeignete
Vorrichtung zum axialen Bewegen der Stauscheibe verwendet werden,
beispielsweise eine Pneumatikvorrichtung.
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Vorzugsweise
ist die Stauscheibenwelle hohl ausgebildet und weist in sich einen
PAT(Prozessanalysetechnologie)-Kanal auf, dessen eines Ende in den
Arbeitsraum mündet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Antriebswelle hohl ausgebildet und weist in
sich einen PAT-Kanal
auf, dessen eines Ende in den Arbeitsraum mündet. In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, in der die Antriebswelle als Füllelement zum Einfüllen einer
Suspension verwendet wird, ist entsprechend die Stauscheibenwelle hohl
ausgebildet und weist in sich einen PAT-Kanal auf.
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Denkbar
wäre, wie
voranstehend beschrieben, natürlich
auch, den Kanal in der Stauscheibenwelle zum Einfüllen einer
Suspension zu verwenden, und einen in einer hohlen Antriebswelle
ausgebildeten Kanal als PAT-Kanal zu verwenden. Eine exzentrische
Anordnung der Hubkolben an der Stauscheibe ist immer dann notwendig,
wenn die Stauscheibe bewegt werden soll. In einer denkbaren Ausführungsform,
in der die Stauscheibe feststeht und die Trommel mit dem Filter
axial bewegt wird, wäre
eine Vorrichtung zum axialen Bewegen der Trommel und des Filters
entsprechend exzentrisch anzuordnen.
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Durch
die exzentrische Anordnung der Hubkolben an der Stauscheibe in der
bevorzugten Ausführungsform
wird es möglich,
die Stauscheibenwelle hohl auszubilden und der entstehende Kanal
wird für eine
weitergehende Verwendung zugänglich.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist diese weitergehende Verwendung
in erster Linie die Prozessanalysetechnologie.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist durch den PAT-Kanal mindestens ein Rohr geführt, das
in den Arbeitsraum hineinragt. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das mindestens eine Rohr von einem Mantelrohr
umgeben. Sollten mehrere Rohre vorgesehen sein, so sind diese zusammen
in dem Mantelrohr angeordnet, und das Mantelrohr durch den PAT-Kanal
geführt.
Die Verwendung eines Mantelrohres erleichtert das Anordnen der Rohre
in dem PAT-Kanal, da das mindestens eine Rohr und die evtl. mehreren
vorgesehenen Rohre in dem Mantelrohr vormontiert werden können. Des
weiteren erleichtert die Verwendung eines Mantelrohres das Abdichten
des PAT-Kanals, da sich eine einfach zu handhabende Oberfläche ergibt.
Das Abdichten des mindestens einen Rohrs an dem Mantelrohr wird
ebenfalls erleichtert, da diese Montage nicht in der Zentrifugenvorrichtung
erfolgen muss.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das mindestens eine Rohr so gelagert, dass es
von einer Drehung der Stauscheibe und der Stauscheibenwelle entkoppelt
ist. Dies ist der Fall, falls das mindestens eine Rohr nicht von
einem Mantelrohr umgeben ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist
das Mantelrohr so gelagert, dass es von einer Bewegung der Stauscheibe
und der Stauscheibenwelle entkoppelt ist. Damit ist auch das in
dem Mantelrohr angeordnete mindestens eine Rohr von der Drehung der
Stauscheibe der Stauscheibenwelle entkoppelt. Die voranstehend beschriebene
Lagerung hat zur Folge, dass sich die durch den PAT-Kanal geführten Rohre
nicht mit der Scheibe drehen. Dies ist eine wichtige Voraussetzung,
um einige der nachstehend beschriebenen Prozessanalysetechnologien
in den Arbeitsraum einzubringen und sinnvoll nutzen zu können. Dies
ist vor allem bei optischen Geräten
der Fall. Grundsätzlich
ist hier auch denkbar, dass die Rohre mit der Trommel mitrotieren,
etwa wenn ein optisches Gerät
verwendet wird, das eine Aufnahme von immer demselben Punkt in der
Trommel machen soll.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist in dem mindestens einen Rohr eine Vorrichtung
zum Durchführen
von Infra rot(NIR)-Spektroskopie vorgesehen. Eine derartige Vorrichtung
dient zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts der Suspension.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist in dem einen Rohr eine Vorrichtung zum Messen
der Temperatur an dem arbeitsraumseitigen Ende des mindestens einen
Rohrs vorgesehen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist an dem arbeitsraumseitigen Ende des mindestens
einen Rohrs eine optische Überwachungseinheit
zum Überwachen
des Arbeitsraums vorgesehen. Diese optische Überwachungseinheit kann z.B.
eine Kamera sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist an dem arbeitsraumseitigen Ende des mindestens
einen Rohrs eine Lichtquelle zum Beleuchten des Arbeitsraums vorgesehen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist durch das mindestens eine Rohr ein Endoskop in
den Arbeitsraum geführt.
Das Endoskop weist vorzugsweise eine Kombination aus Lichtquelle
und Kamera auf.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das mindestens eine Rohr als Entnahmerohr zum
Entnehmen einer Suspensionsprobe ausgebildet. In diesem Fall ist
vorzugsweise an dem arbeitsraumseitigen Ende des mindestens einen
Rohrs ein Element zum Aufnehmen einer Suspensionsprobe angebracht.
Das Element zum Aufnehmen einer Suspensionsprobe ist vorzugsweise
ein Trichter. Des weiteren ist vorzugsweise eine Pumpenvorrichtung vorgesehen,
die mittels eines von ihr erzeugten Vakuums dazu in der Lage ist,
die Suspensionsprobe durch das mindestens eine Rohr zu saugen. Weiterhin
ist vorzugsweise eine Auslassöffnung
in der Zentrifu genvorrichtung vorgesehen, durch die die durch das
mindestens eine Rohr aus dem Probenraum gesaugte Suspensionsprobe
nach außen
tritt. Durch die voranstehend beschriebene Anordnung kann eine Suspensionsprobe,
die in den Trichter gelangt ist, durch das Rohr gesaugt werden und
durch eine Auslassöffnung
entnommen werden. Dadurch ist man zu jeder Zeit in der Lage, die
Suspension zu untersuchen, ohne den Betrieb der Zentrifuge zu unterbrechen
oder den Arbeitsraum zu öffnen.
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Vorzugsweise
ist die Pumpenvorrichtung weiterhin dazu in der Lage, ein von ihr
unter Druck gesetztes Fluid durch das mindestens eine Rohr zu pumpen.
Auf diese Weise erhält
man die Möglichkeit, das
Rohr mittels des Fluids zu reinigen.
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Vorzugsweise
ist um die Ausgangsöffnung ein
abgedichtetes Gehäuseelement
angeordnet. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine sogenannte "Glove-Box" handeln. Dabei handelt
es sich um einen Kasten aus durchsichtigem Material, in dessen eine
Wand zwei Handschuhelemente eingearbeitet sind, durch die ein Arbeiter
mit Gegenständen,
die sich in der "Glove-Box" befinden, arbeiten kann,
ohne direkten Kontakt mit den Gegenständen zu haben. Auf diese Weise
können
auch toxische Suspensionsproben entnommen werden, ohne dass der
komplette Raum, an dem sich die Zentrifugenvorrichtung befindet,
abgedichtet werden muss und die Arbeiter einen Schutzanzug tragen
müssen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist an dem arbeitsraumseitigen Ende des mindestens
einen Rohrs eine Ultraschallreinigungsvorrichtung angeordnet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der PAT-Kanal mittels eines Dichtungselement gegenüber der
Außenumgebung
abgedichtet. Das ist vor allem dann notwendig, wenn mit toxi schen
Suspensionen bzw. Produkten gearbeitet wird. Grundsätzlich ist
jedoch denkbar, dass der PAT-Kanal sowohl an seinem außenumgebungsseitigen
Ende wie auch an seinem arbeitsraumseitigen Ende abgedichtet ist,
um eine Verschmutzung des Kanals grundsätzlich zu verhindern und die
Sicherheit gegenüber einem
Austreten von toxischem Material aus dem Arbeitsraum in die Außenumgebung
zu erhöhen.
Vorzugsweise ist das Dichtungselement eine antiseptische Doppellippendichtung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Drehvorrichtung zum Drehen des mindestens
einen Rohrs vorgesehen. Dabei ist sowohl denkbar, dass sich das
mindestens eine Rohr in dem Mantelrohr dreht, wie auch dass das
Rohr gegenüber
dem Mantelrohr fixiert ist und durch die Drehvorrichtung des Mantelrohrs
gedreht wird, so dass sich das Rohr mit diesem dreht. Sollte mehr
als ein Rohr vorgesehen sein, ist vorzuziehen, dass die Rohre in
dem Mantelrohr fixiert sind und die Drehvorrichtung das Mantelrohr
mit dem von ihm ummantelten Rohren gemeinsam dreht.
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Vorzugsweise
ist die Drehvorrichtung so ausgebildet, dass das mindestens eine
Rohr in mindestens einer Lageposition fixierbar ist. Dadurch soll verhindert
werden, dass das Rohr, bzw. das Mantelrohr, mit dem das Rohr fest
verbunden ist, ungewollt seine Position ändert.
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Vorzugsweise
ist das mindestens eine Rohr mittels der Drehvorrichtung in einer
ersten Position, in einer zweiten Position, die von der ersten Position um
90° gedreht
angeordnet ist, und in einer dritten Position, die von der zweiten
Position um 90° und
von der ersten Position um 180° gedreht
angeordnet ist, fixierbar.
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Vorzugsweise
ist der Drehbereich der Drehvorrichtung durch zwei Anschläge auf 180° begrenzt.
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Vorzugsweise
ist die Drehvorrichtung manuell zu betätigen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst
die Zentrifugenvorrichtung einen Motor zum Bewirken einer Drehung
der Drehvorrichtung. In einer Ausführungsform ist der Motor von
einer Steuerungseinheit automatisch gesteuert. Auf diese Weise kann
die Drehung des mindestens einen Rohrs automatisch geregelt und
in den gesamten Verfahrensprozess und dessen Steuerung eingebunden
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind drei Rohre vorgesehen. Vorzugsweise ist dabei durch ein erstes
Rohr ein Endoskop mit einer optischen Überwachungseinheit und einer
Lichtquelle geführt.
Ein zweites Rohr ist dabei zur Entnahme einer Suspensionsprobe ausgebildet
und weist ein trichterförmiges
Element an seinem arbeitsraumseitigen Ende auf, und ein drittes
Rohr ist mit einer Vorrichtung zur Messung der Temperatur an seinem
arbeitsraumseitigen Ende versehen.
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Vorzugsweise
sind die drei Rohre im Querschnitt des Mantelrohr so angeordnet,
dass die Mittelpunkte der Rohrquerschnitte ein Dreieck bilden.
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Vorzugsweise
ragt das erste Rohr gerade, d.h. in Richtung der gegenüberliegenden
Antriebswelle, in den Arbeitsraum hinein, das zweite Rohr ist im
Arbeitsraum um einen im wesentlichen rechten Winkel gebogen und
das trichterförmige
Element ist so an dem arbeitsraumseitigen Ende angeordnet, dass,
wenn sich die drei Rohre in einer mittels der Dreheinrichtung bewirkten
Drehbewegung von der ersten Position in die dritte Position befinden,
das trichterförmige
Element eine Halbkreisbewegung in einer unteren Hälfte des
Arbeitsraums ausführt,
und das dritte Rohr in der ersten Po sition im wesentlichen senkrecht
nach unten zeigt. Auf diese Weise kann manuell bzw. automatisch
mit einer einfachen 180°-Drehung
mittels der Drehvorrichtung der Trichter mit einem Halbkreis durch
die am Boden befindliche Suspension bewegt werden, so dass eine
Suspensionsprobe in den Trichter gelangt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist in. der Stauscheibe mindestens ein Fenster aus
einem durchsichtigen Material vorgesehen. Dieses ermöglicht,
von außerhalb
den Arbeitsraum einzusehen, und somit die Überwachung mit optischen Geräten durchzuführen. Vorzugsweise
ist in der Zentrifugenvorrichtung mindestens ein Fensterkanal vorgesehen,
wobei ein Ende des Fensterkanals vor dem mindestens einen Fenster
endet. Durch den Fensterkanal können
von außerhalb
optische Geräte
an das in der Stauscheibe befindliche Fenster herangeführt werden.
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Vorzugsweise
ist in dem mindestens einem Fensterkanal eine Vorrichtung zum Durchführen von Nahinfrarot(NIR)-Spektroskopie
vorgesehen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist in dem mindestens einen Fensterkanal, eine optische Überwachungsvorrichtung
vorgesehen. Diese kann z.B. eine Kamera sein.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist in dem mindestens einen Fensterkanal eine Lichtquelle vorgesehen.
Diese dient zum Beleuchten des Arbeitsraums bzw. des vor dem Fenster
befindlichen Kuchens, der von der optischen Überwachungsvorrichtung überwacht
wird. Dabei kann sich jedoch der Nachteil ergeben, dass sich die
Lichtquelle in dem in der Stauscheibe vorgesehenen Fenster spiegelt
und so die Qualität
der optischen Überwachung
herabsetzt. Deswegen wird vorgezogen, den Arbeitsraum mittels einer
durch den PAT-Kanal in den Arbeitsraum eingeführten Lichtquelle zu beleuchten,
wobei dieser Nachteil nicht auftritt. In Kombination mit einer in
dem Fensterkanal befindlichen optischen Überwachungsvorrichtung ergibt
sich so eine besonders effektive Überwachung des Kuchens.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind drei Fenster vorgesehen, die über den Umfang der Stauscheibe
um jeweils 120° versetzt angeordnet
sind. Da sich die Stauscheibe mit den Fenstern dreht, betrachtet
eine optische Überwachungsvorrichtung
oder eine Vorrichtung zur NIR-Spektroskopie
oder eine andere im Fensterkanal befindliche Vorrichtung den Arbeitsraum
nicht kontinuierlich. Vielmehr ergibt sich ein Bild, das aus vielen
Einzelbildern besteht, die aufgenommen werden, während ein Fenster in der Stauscheibe
den entsprechenden Fensterkanal passiert. Dabei hängt die
Qualität
des aufgezeichneten Bildes bzw. der aufgezeichneten Messung von
der Frequenz der Bilder, d.h. der Bilder pro Sekunde, ab. Die Anzahl
der Bilder pro Sekunde wiederum ist eine Funktion der Drehgeschwindigkeit
und der Anzahl der über
den Umfang verteilten Fenster. Dementsprechend werden, wenn drei
Fenster vorgesehen sind, während
einer Umdrehung drei Bilder aufgenommen, so dass die Bildfrequenz
dreimal so hoch wird. Dadurch ergibt sich eine wesentlich verbesserte
Bildqualität.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung sind drei Fensterkanäle vorgesehen, die über den
Umfang der Stauscheibe um jeweils 120° versetzt angeordnet sind. Unter
Umständen
kann die Vorrichtung zur NIR-Spektroskopie oder die optische Überwachungsvorrichtung
den gesamten Raum eines Fensterkanals einnehmen, so dass mehrere
Fensterkanäle
nötig sind,
um alle gewünschten
Vorrichtungen unterzubringen. Auf der anderen Seite kann etwa mit drei
um 120° versetzten
Kameras der gesamte Arbeitsraum durch die Stauscheibe überwacht
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts einer Suspension einer Zentrifugentrommel
umfasst die Schritte des Bereitstellens einer Zentrifugenvorrichtung
nach dem Hauptanspruch der vorliegenden Erfindung, die weiterhin
exzentrisch an der Stauscheibe angeordnete Hubkolben zum axialen
Bewegen der Stauscheibe umfasst, bei der die Stauscheibenwelle hohl
ausgebildet ist und in sich einen PAT-Kanal aufweist, dessen eines
Ende in den Arbeitsraum mündet,
bei der weiterhin durch den PAT-Kanal mindestens ein Rohr geführt ist,
das in den Arbeitsraum hineinragt, und an dessen Ende eine Vorrichtung
zum Messen der Temperatur an dem arbeitsraumseitigen Ende des Rohrs vorgesehen
ist, und die weiterhin eine Drehvorrichtung zum Drehen des mindestens
einen Rohrs aufweist, das an dem arbeitsraumseitigen Ende um einen
im wesentlichen rechten Winkel gebogen ist. Weitere geeignete Merkmalskombinationen
einer bereitgestellten Zentrifugenvorrichtung sind denkbar, beispielsweise
kann das Rohr durch die Antriebswelle in den Arbeitsraum eingeführt sein
und die Stauscheibenwelle als Füllelement
genutzt werden, oder das Rohr in einem Mantelrohr geführt sein,
welches wiederum in dem PAT-Kanal angeordnet ist. Weiterhin umfasst
das Verfahren die Schritte des Drehens des mindestens einen Rohrs,
so dass das arbeitsraumseitige Ende in die Suspension ragt, des
Messens einer Temperatur T1, des Drehens des mindestens eines Rohrs,
so dass ein arbeitsraumseitiges Ende nicht in die Suspension ragt,
des Messens einer Temperatur T2 und den Schritt des Bestimmens des
Feuchtigkeitsgehalts der Suspension aus den Temperaturen T1 und
T2.
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Das
voranstehend beschriebene Verfahren dient vorzugsweise dazu, zu
bestimmen, ob die Suspension ausreichend getrock net ist. So kann
bestimmt werden, wann der Trocknungsvorgang abgeschlossen ist. Wird
die Temperatur in der Suspension (T1) niedriger als eine Temperatur
außerhalb
der Suspension (T2) gemessen, so kann davon ausgegangen werden,
dass dieser Temperaturunterschied aufgrund der stattfindenden Kondensation
in der Suspension auftritt. Über
geeignete Formeln oder aus zu empirischen Formeln zusammengefassten Erfahrungswerten
kann so ein Maß für die in
der Suspension verbleibende Feuchtigkeit gefunden werden. Nähert sich
die Temperatur T1 an die Temperatur T2 an oder sind die Temperaturen
bereits identisch, so kann davon ausgegangen werden, dass in der
Suspension keinerlei Kondensationsvorgänge mehr stattfinden und ein
trockenes Produkt vorliegt. Auf diese Weise kann die Entnahme eines
feuchten Produkts, dessen Weiterverarbeitung eventuell nicht möglich ist,
ausgeschlossen werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Probenentnahme einer Zentrifugenvorrichtung umfasst den Schritt
des Bereitstellens einer Zentrifugenvorrichtung nach dem Hauptanspruch
der vorliegenden Erfindung, die des weiteren eine hohle Stauscheibenwelle
mit einem darin ausgebildeten PAT-Kanal aufweist, dessen eines Ende
in den Arbeitsraum mündet,
bei der durch den PAT-Kanal mindestens ein Rohr geführt ist,
das in den Arbeitsraum hineinragt, und an seinem arbeitsraumseitigen
Ende in einen in etwa rechten Winkel gebogen ist und als Entnahmerohr
zum Entnehmen einer Suspensionsprobe ausgebildet ist und an das
ein Trichter zum Aufnehmen einer Suspensionsprobe angebracht ist,
wobei die Zentrifugenvorrichtung weiterhin eine Trockenvorrichtung
umfasst, die mittels eines von ihr erzeugten Vakuums dazu in der
Lage ist, die Suspensionsprobe durch das mindestens eine Rohr zu
saugen und bei der weiterhin eine Auslassöffnung vorgesehen ist, durch
die die mittels des mindestens einen Rohrs aus dem Probenraum gesaugte
Suspensionsprobe nach außen tritt.
Weiterhin umfasst das Verfahren die Schritte des Drehens des mindestens
einen Rohrs in die erste Position, des Drehens des mindestens einen
Rohrs in die dritte Position, so dass Suspension in das trichterförmige Element
gelangt, des Fixierens des mindestens einen Rohrs in der dritten
Position, des Betätigens
der Pumpenvorrichtung, so dass die in dem trichterförmigen Element
befindliche Suspension durch das zweite Rohr gesaugt wird, und schließlich den
Schritt der Entnahme der Suspensionsprobe an der Auslassöffnung.
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So
kann während
des Betriebs der Maschine, ohne dass der Arbeitsraum geöffnet werden muss,
eine Suspensionsprobe aus dem Arbeitsraum entnommen, und außerhalb
der Zentrifugenvorrichtung untersucht werden. Auf diese Weise kann
der Zustand der Suspension für
jeden Zeitpunkt des Betriebs überwacht
und die Betriebsparameter optimiert werden.
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Durch
die voranstehend beschriebenen technischen Merkmale der Erfindung
können
vielfältige
Prozessanalysetechnologien zum Einsatz kommen, die erlauben, den
Betrieb der Zentrifugenvorrichtung sowie die Einzelschritte des
Zentrifugierens und des Trocknens zu optimieren. Des weiteren ist
es möglich, über Messeinrichtungen
den Zustand der Suspension während
des Betriebs zu überwachen und
den Betrieb so zu regeln, dass während
der gesamten Betriebszeit optimale Prozessparameter eingehalten
werden. Durch die mittels der Erfindung geschaffenen Möglichkeiten,
produktspezifische Parameter online zu überwachen und ggf. zu korrigieren, ergibt
sich eine wesentliche Verbesserung der Produktqualität und eine
erhebliche Verminderung der nicht weiter verwertbaren Produktmengen.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen
in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen ausführlich
beschrieben.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht des Arbeitsbereichs mit dem ihn umgebenden
Filter, der Trommel, der Stauscheibe in einer geschlossenen, den
Arbeitsraum dichtend verschließenden
Stellung und den sich anschließenden
Bauteilen in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt
die Anordnung der die Antriebswelle antreibenden elektrischen Maschine
in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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3 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der Stauscheibe in einer geöffneten
Stellung und die sich anschließenden
Bauteile in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des arbeitsraumseitigen Endes des PAT-Kanals mit den in dem PAT-Kanal
angeordneten Rohren und eines in der Stauscheibe angeordneten Fensters in
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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5 zeigt
den Arbeitsraum und die sich anschließenden Bauteile in einer Ausführungsform
der Erfindung, wobei sich die Stauscheibe in einer geschlossenen
Stellung befindet.
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1 zeigt
den Arbeitsraum 40 mit dem ihn umgebenden Filter 14.
Der Filter 14 ist ein Metallfilter aus einem starren Material
und weist eine konische Form auf. Um den Filter ist die Trommel 10 angeordnet,
die die Trommelbodenöffnungen 12 umfasst. Zwischen
dem Filter 14 und der Trommel 10 ist ein Ringraum 13 ausgebildet.
Eine Stirnseite des Arbeitsraums 40 wird von dem Boden
der Trommel 10 ausgebildet, die auf einer Antriebswelle 16 gelagert ist.
Die Antriebswelle 16 ist hohl ausgebildet und weist in
sich einen Antriebswellenkanal 18 auf, der als Füllkanal
zum Einfüllen
einer Suspension verwendet wird. An den Antriebswellenkanal 18 schließt sich
ein trichterförmiges
Element 20 an. Der Antriebswelle 16 gegenüber befindet
sich die Stauscheibenwelle 24, auf der die Stauscheibe 22 gelagert
ist. Die Stauscheibenwelle 24 ist hohl ausgebildet und
weist in sich einen PAT-Kanal 26 auf. In dem PAT-Kanal 26 ist
ein Mantelrohr 28 geführt,
in dem drei Rohre 30, 31, 32 angeordnet
sind. Von den drei Rohren 30, 31, 32 sind
in 1 zwei Rohre 30, 31 sichtbar.
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Beim
Einfüllen
einer Suspension durch den Antriebswellenkanal 18 fließt die Suspension
durch das trichterförmige
Element 20 und gelangt dann in den Arbeitsraum 40.
Durch das trichterförmige
Element 20 wird verhindert, dass die Suspension aus dem
Antriebswellenkanal 18 heraustropft und entlang des Trommelbodens 11 in
Richtung des Filters 14 rinnt. Durch Variation des Einfülldrucks
kann die Suspension nun in einem geeigneten Bogen in den Arbeitsraum 40 eingefüllt werden.
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Beim
Zentrifugieren tritt die flüssige
Phase der Suspension durch den Filter 14 in den Ringraum 13 ein
und fließt
aus diesem durch einen Abfluss 134 ab. Die feste Phase
der Suspension verbleibt im Arbeitsraum 40 und verteilt
sich gleichmäßig über den Umfang
des Filters, wobei sie eine Schicht ausbildet, die Kuchen genannt
wird. Nach dem Zentrifugieren wird dieser Kuchen von dem Filter 14 abgesprengt. Dies
geschieht, indem ein Fluidimpuls mit hohem Druck von den Düsen 50, 52 durch
die Trommelbodenöffnungen 12 in
den Ringraum 13 eingeblasen wird. Die abgelöste Suspension
wird dann durch wiederholtes Einblasen eines Fluids in den Ringraum 13 sukzessive
getrocknet und in Richtung der Stauscheibe 22 transportiert.
Die Stauscheibe 22 befindet sich in 1 in einem
geschlossenen Zustand, in dem sie in einem an der Trommel angebrachten
Mitnehmerstift 60 eingreift. Aus diesem geschlossenen Zustand
ist die Stauscheibe axial in eine geöffnete Position beweglich,
in der sie in einen zweiten Stift 62 eingreift. Aus dem
geschlossenen Zustand kann die Stauscheibe 22 in den geöffneten
Zustand gefahren werden, so dass die getrocknete Suspension, die auch
Produkt genannt wird, durch fortwährendes Eingeben von Fluidimpulsen
in den Ringraum 13 in einen Ringkanal 70 transportiert
wird, aus dem es durch eine Entnahmeöffnung 136 entnommen
werden kann. Die Stauscheibe und die sich anschließenden Bauteile
in geöffneter
Position sind auch in 3 dargestellt.
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2 zeigt
einen entfernt der Trommel gelegenen Abschnitt der Antriebswelle 16,
an dem die Antriebswelle 16 von einer Asynchronmaschine 80 angetrieben
wird. Die Asynchronmaschine 80 treibt die Nebenwelle 90 an.
Diese ist über
ein kraftübertragendes
Endloselement 86, vorzugsweise einen Zahnriemen, mit der
Antriebswelle 16 verbunden und treibt diese an. Die Verbindung
des Zahnriemens 86 mit den Wellen 90 und 16 erfolgt über Zahnräder 92 und 94.
Des weiteren ist die Nebenwelle 90 über einen weiteren Zahnriemen 88 mit
einem Sinus/Kosinus-Geber 82 verbunden. Der Si nus/Kosinus-Geber 82 übermittelt
die gegenwärtige
Lage der Wellen 90, 16 an eine Bewegungssteuerungseinheit
(nicht dargestellt), die die Drehung der Antriebswelle 16 regelt. Durch
die voranstehend beschriebene Anordnung der spezifischen Elemente
wird eine hohe Positionsgenauigkeit der Antriebswelle 16 gewährleistet.
Des weiteren ist die Anordnung so ausgelegt, dass die Antriebswelle 16 in
beide Drehrichtungen bewegt werden kann.
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Zusätzlich ist
ein Nullpositionsgeber 84 vorgesehen, der mit einem in
dem Zahnrad 94 vorgesehenen Gegenelement (nicht dargestellt)
eine Nullstellung der Antriebswelle 16 feststellen kann,
auf die die Regelung der Antriebswelle 16 ausgelegt wird.
So kann die Regelung bei Einschalten der Zentrifugenvorrichtung
aus jeder Antriebswellenposition vorgenommen werden, wenn die Antriebswelle 16 zunächst automatisch
in eine Nullposition bewegt wird, in der sich der Nullpositionsgeber 84 und
das Gegenelement (nicht dargestellt) gegenüberliegen. Aus dieser Position
beginnt dann die Regelung der Maschine.
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In 3 ist
die Stauscheibe 22 in einer geöffneten Position dargestellt.
In dieser Stellung ist ein Übertritt
des Produkts von dem Arbeitsraum 40 in den Ringraum 70 möglich. Die
axiale Bewegung der Stauscheibe 22 wird durch einen exzentrisch
angeordneten Hubkolben (nicht dargestellt) bewirkt. Selbstverständlich wäre auch
jede andere geeignete Vorrichtung zum Bewegen der Stauscheibe 22 denkbar,
etwa eine Hydraulikvorrichtung oder eine Pneumatikvorrichtung. Die
Stauscheibe 22 ist auf der Stauscheibenwelle 24 gelagert,
die hohl ausgebildet ist. Dadurch bildet die Stauscheibenwelle 24 einen PAT-Kanal 26 in
sich aus. In dem PAT-Kanal 26 ist ein Mantelrohr 28 geführt, das
so gelagert ist, dass es von der Drehung der Stauscheibenwelle 24 entkoppelt
ist. Dies kann beispielsweise über
Kugellager ge schehen. In dem Mantelrohr 28 sind drei Rohre 30, 31, 32 geführt. In 3 ist
das Rohr 32 zu sehen. In der bevorzugten Ausführungsform
ist durch das Rohr 30 ein Endoskop, d.h. eine Kamera und
eine Lichtquelle geführt.
Das Rohr 30 ragt in den Arbeitsraum 40 hinein.
Durch das Rohr 31 ist eine Vorrichtung zum Messen einer
Temperatur am arbeitsraumseitigen Ende des Rohrs 31 geführt. Das
Rohr 32, das in 3 nicht dargestellt ist, ragt
in die Betrachtungsebene hinein. Das Rohr ist zum Entnehmen einer
Suspensionsprobe ausgebildet. An seinem Ende ist ein Trichter angebracht,
der in der dargestellten Stellung der Rohre nach unten, d.h. in
Richtung des Rohrs 31, konisch erweitert ist.
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Selbstverständlich können mehr
oder weniger als drei Rohre in dem Mantelrohr 28 vorgesehen sein,
bzw. nur ein Rohr vorgesehen sein, das ohne Mantelrohr 28 direkt
in dem PAT-Kanal 26 gelagert ist.
Ebenfalls können
durch die Rohre auch andere Vorrichtungen als die voranstehend beschriebenen geführt sein.
Beispielsweise kann eine Vorrichtung zum Durchführen von Nahinfrarot(NIR)-Spektroskopie
vorgesehen sein, die zum Messen der Feuchtigkeit an dem arbeitsraumseitigen
Ende des entsprechenden Rohrs verwendet wird. Selbstverständlich kann
eine Lichtquelle auch getrennt von einer Kamera in den Arbeitsraum
geführt
sein, d.h. dass für
Lichtquelle und Kamera jeweils ein separates Rohr vorgesehen ist.
Dies würde
ermöglichen,
eine Lichtquelle unabhängig
von der Kamera auszurichten. Grundsätzlich ist jede Art von Messvorrichtung
zum Messen eines gewünschten
Zustands am arbeitsraumseitigen Ende eines Rohrs denkbar. Auch andere
Arten von optischen Überwachungsgeräten z.B.
spezielle Kameras, wie etwa eine Infrarot-Kamera sind denkbar, wenn
eine Verwendung dieser Geräte
von Nutzen sein sollte.
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Am
arbeitsraumfernen Ende des Mantelrohrs ist eine Drehvorrichtung
(nicht dargestellt) angebracht. Mit dieser kann das Mantelrohr unabhängig von
der Stauscheibenwelle gedreht werden. Die in dem Mantelrohr angeordneten
Rohre drehen sich dabei mit. Mit der Drehvorrichtung ist es beispielsweise
möglich,
das Rohr 32, das in der in 3 dargestellten
Position in die Betrachtungsebene hineinragt, um 180° in eine
Position zu drehen, in der es aus der Betrachtungsebene herausragt.
Dabei würde
der Trichter durch eine am Boden des Arbeitsraums 40 befindliche
Suspension bewegt werden und eine Suspensionsprobe entnehmen. Diese
könnte
dann über
eine Pumpenvorrichtung (nicht dargestellt) am arbeitsraumfernen
Ende des Rohrs 32 abgesaugt werden und für Untersuchungen
der Suspension bzw. des Produkts herangezogen werden. Ebenso kann
mit der Drehvorrichtung das Rohr 31 mit der daran angebrachten
Vorrichtung zum Messen einer Temperatur bewegt werden. Die mit der
Drehung der Rohre verbundenen Verfahren werden nachfolgend genauer
beschrieben.
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In 4 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Stauscheibe 22 dargestellt. Ebenfalls ist ein Querschnitt
durch das Mantelrohr 28 dargestellt. Zu erkennen ist die
Anordnung der drei Rohre in dem Mantelrohr 28. Vorzugsweise
sind die Rohre so angeordnet, dass die Mittelpunkte ein Dreieck
bilden. Grundsätzlich
können
die Rohre aber auch in jeder geeigneten Art angeordnet sein. Sollten
mehr oder weniger als drei Rohre vorgesehen sein, ergibt sich zwangsläufig eine
andere Anordnung.
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Der
PAT-Kanal 26 ist über
Dichtungselemente 90 gegenüber dem Arbeitsraum abgedichtet.
Eine Abdichtung befindet sich ebenfalls am arbeitsraumfernen Ende
des PAT-Kanals 26. Um auch mit toxischen Suspensionen bzw.
Produkten arbeiten zu können,
sind die Dichtungselemente antiseptische Doppellippendichtungen.
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In 3 und
in 4 sind weiterhin die in der Stauscheibe 22 vorgesehenen
Fenster 102 aus einem durchsichtigen Material dargestellt.
In der bevorzugten Ausführungsform
sind in der Stauscheibe 22 drei jeweils um 120° über den
Umfang versetzte Fenster vorgesehen, von denen zwei in der Schnittebene
in 3 zu erkennen sind. Weiterhin sind in der bevorzugten
Ausführungsform
drei Fensterkanäle 100 vorgesehen,
von denen ebenfalls zwei in der Querschnittsansicht von 3 dargestellt
sind. Die Fensterkanäle 100 sind
ebenfalls zueinander um jeweils 120° versetzt angeordnet. In den
Fensterkanälen 100 sind
optische Überwachungsvorrichtungen 104 oder
Vorrichtungen zum Durchführen
von Nahinfrarot(NIR)-Spektroskopie 104 vorgesehen. Durch die
optischen Überwachungsvorrichtungen
kann der in dem Arbeitsraum befindliche Kuchen während des Zentrifugierens und
des Trocknens beobachtet werden. Mittels der Vorrichtungen zum Durchführen von NIR-Spektroskopie 104 kann
der Feuchtigkeitsgehalt des Kuchens gemessen werden. Weiterhin kann
in den Fensterkanälen
auch eine Lichtquelle 104 angeordnet sein. Bei der Anordnung
einer Lichtquelle 104 in den Fensterkanälen kommt es jedoch zu nachteiligen
Spiegelungen in dem durchsichtigen Material des Fensters 102.
Deswegen ist vorzuziehen, eine Lichtquelle durch eines der Rohre 30, 31, 32 zu
führen,
die den Arbeitsraum ausleuchtet. So werden Spiegelungen im Fenster 102 vermieden,
und man erhält
von den optischen Überwachungsgeräten Bilder
guter Qualität.
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Grundsätzlich können in
den Fensterkanälen 100 alle
geeigneten Vorrichtungen zum Messen eines gewünschten Zustands im Arbeitsraum
durch die Fenster 102 angeordnet werden. Grundsätzlich muss beachtet
werden, dass sich die Stauscheibe mit den Fenstern 102 während des
Zentrifugierens dreht, während
sich die Fensterkanäle 100 nicht
drehen. Somit erhält
man ein Bild des Arbeitsraums 40 nur dann, wenn sich ein
Fenster 102 vor einem Fensterkanal 100 befindet.
Aufgrund der hohen Drehzahl der Stauscheibe während des Zentrifugierens erhält man jedoch
eine sehr hohe Bilderzahl pro Sekunde. Die Bildqualität erhöht sich
jedoch mit steigender Fensterzahl, da bei drei Fenstern 102 natürlich dreimal
soviele Bilder pro Sekunde gewonnen werden wie bei einer Stauscheibe,
in der sich nur ein Fenster 102 befindet.
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Durch
die um 120° versetzte
Anordnung der drei Fenster 102 und der drei Fensterkanäle 100 hat man
die Möglichkeit,
auch während
des Trocknens und des Reinigens den gesamten Arbeitsraum zu überblicken.
Ein Reinigungsvorgang ist immer dann notwendig, wenn nach dem Herstellen
eines Produktes darauffolgend ein anderes Produkt hergestellt werden
soll. Gerade bei der Verwendung von toxischen Produkten ist es notwendig
die Zentrifugenvorrichtung vollkommen gründlich zu reinigen. Bei einem
Reinigen der Zentrifugenvorrichtung befindet sich die Stauscheibe 22 ebenfalls
in einer geöffneten Position.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist sie dann so gedreht, dass sich die Fenster 102 vor den
Fensterkanälen 100 befinden.
So kann mit optischen Überwachungseinheiten
in allen drei Fensterkanälen 100 der
gesamte Arbeitsraum überwacht werden.
Insbesondere können
Rückstände am Filter 14 erkannt
werden.
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In 5 ist
eine alternative Ausführungsform der
Erfindung zu sehen. In dieser ist an das Mantelrohr 28 ein
Bogenstück 120 angeformt.
Ein solches Bogenstück
kann verwendet werden, falls alle in den Arbeitsraum geführten Rohre
um einen rechten Winkel gebogen werden sollen. Das Bogenstück 120 dient
dann u.a. dazu, die Rohre so weit wie möglich vor Verunreinigungen
durch die in dem Arbeitsraum 40 befindliche Suspension
zu bewahren. Bis auf das Bogenstück 120 entspricht
die dargestellte Ausführungsform
einer be vorzugten Ausführungsform.
In 5 ist so auch ein Zwischenraum 132 zwischen der
Trommel 10 und einem Zentrifugengehäuse 130 zu erkennen,
in den die flüssige
Phase der Suspension durch die Trommel 10 während des
Zentrifugierens austritt. Aus dem Zwischenraum 132 läuft die flüssige Phase
dann in einen Abfluss 134 ab. Des weiteren ist die Entnahmeöffnung 136 dargestellt,
mit der das zentrifugierte und getrocknete Produkt, das von dem
Arbeitsraum 40 in den Ringkanal 70 transportiert
wurde, entnommen wird. Die Entnahmeöffnung 136, der Abfluss 134,
das Zentrifugengehäuse 130 und
der Zwischenraum 132 entsprechen den jeweiligen Bauteilen
in der bevorzugten Ausführungsform.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts einer Suspension in einer Zentrifugentrommel
wird folgendermaßen
durchgeführt.
Nachdem die Suspension zentrifugiert wurde und der Kuchen vom Filter 14 abgesprengt
wurde, befindet sich der Kuchen im unteren Bereich der Filtertrommel 10.
Nun wird das Rohr 31 mit einer Vorrichtung zum Messen einer
Temperatur am arbeitsraumseitigen Ende des Rohrs 31 in
die in 1 dargestellte Lage gedreht, d.h. so dass das
arbeitsraumseitige Ende des Rohrs nach unten in den unteren Bereich
der Filtertrommel zeigt. Die Spitze des Rohrs befindet sich nun
in dem zentrifugierten feuchten Suspensionsschlamm. Nun wird eine
Temperatur T1 gemessen. Anschließend wird das Rohr 31 mittels der
Drehvorrichtung zum Drehen der Rohre (nicht dargestellt) um 180° gedreht,
so dass es in die entgegengesetzte Richtung der in 1 dargestellten Richtung
zeigt. Nun wird eine Temperatur T2 gemessen. Die Temperatur T2 entspricht
der Temperatur im Arbeitsraum 40. Bei einem vollkommen
trockenen Produkt entspricht die Temperatur T1 der Temperatur T2.
Ist das Produkt noch feucht, d.h. liegt noch ein feuchter Suspensionsschlamm
vor, ist die Temperatur T1 kleiner als die Temperatur T2. Aufgrund
der während
des Trocknens stattfindenden stattfindenden Kondensation der feuchten
Phase der Suspension ist die Temperatur T1 in der Suspension herabgesetzt.
So kann von der Differenz der Temperaturen T1 und T2 auf einen Feuchtigkeitsgehalt
der Suspension geschlossen werden. Der Trocknungsvorgang sollte
also so lange fortgesetzt werden, bis die Temperatur T1 im wesentlichen
der Temperatur T2 entspricht.
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Ein
Verfahren zur Probenentnahme aus einer Zentrifugenvorrichtung wird
folgendermaßen durchgeführt. Die
Rohre 30, 31, 32 werden in die in 1 dargestellte
Position gedreht. Das nicht dargestellte Rohr 32 ragt nun
in die in 1 dargestellte Querschnittsebene
hinein. Der an dem Rohr 32 angeformte Trichter weitet sich
nach unten auf. Mittels der Drehvorrichtung (nicht dargestellt)
werden die Rohre manuell um 180° gedreht.
Zwei Anschläge (nicht
dargestellt) begrenzen dabei den Drehbereich der Rohre, so dass
ein Benutzer die Rohre nicht in die falsche Richtung drehen kann.
In der bevorzugten Ausführungsform
sind die Rohre in der dargestellten Position fixierbar, so dass
ein ungewolltes Drehen der Rohre verhindert wird. Des weiteren sind
die Rohre in einer um 90° und
einer um 180° gedrehten Position
fixierbar. Die Rohre werden nun um 180° gedreht, wobei der Trichter
durch die im unteren Bereich der Filtertrommel 14 befindliche
Suspension fährt
und etwas von der Suspension aufnimmt. Nachdem die Rohre um 180° gedreht
wurden, werden sie in dieser Lage fixiert. Das Rohr 32 (nicht
dargestellt) ragt nun aus der in 1 dargestellten
Querschnittsebene heraus. Mittels einer Pumpvorrichtung (nicht dargestellt)
wird nun die in dem Trichter befindliche Suspensionsprobe durch
das Rohr 32 gesaugt, so dass es durch eine am arbeitsraumfernen
Ende des Rohrs 32 befindliche Auslassöffnung entnommen werden kann.
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Um
diese Auslassöffnung
ist in der bevorzugten Ausführungsform
eine sogenannte "Glove-Box" angeordnet, in der
sich ein Trichter befindet, in den die Suspensionsprobe fällt. In
der Glove-Box kann die Suspensionsprobe nun analysiert werden. Aufgrund
der Verwendung einer Glove-Box können
auch toxische Proben analysiert werden. Alternativ kann die Probe über eine
Schleuse aus der Glove-Box entnommen werden und in ein Labor zur
Analyse transportiert werden. Auf diese Weise kann eine in der Zentrifugenvorrichtung
befindliche Suspension bzw. ein zentrifugiertes und getrocknetes
Endprodukt entnommen und untersucht werden. Dies ist möglich, ohne
den Arbeitsraum zu öffnen,
so dass verhindert wird, dass die gesamte Suspensionsmenge unbrauchbar
wird, und nicht weiterverwendet werden kann, wenn eine Kontrolle
der Suspensionsprobe negativ ausfällt.
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Das
voranstehend beschriebene Verfahren kann natürlich auch automatisch ausgeführt werden. So
ist denkbar, dass die Drehvorrichtung automatisch von einem Elektromotor,
der von einer Steuerungseinheit gesteuert wird, gedreht wird. So
kann eine Probenentnahme automatisiert stattfinden und in die Steuerung
der gesamten Zentrifugenvorrichtung eingebunden werden. Alternativ
wäre so
beispielsweise das Auslösen
einer Probenentnahme per Knopfdruck möglich.
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Durch
die voranstehend beschriebenen Vorrichtungen der Prozessanalysetechnologie
kann die Qualität
eines in der Zentrifugenvorrichtung erzeugten Produkts aufgrund
der ständigen Überwachung des
Fertigungsvorgangs merklich gesteigert und die Menge des erzeugten
Ausschusses deutlich verringert werden. Dadurch wird ein ökonomisch
vorteilhafter Betrieb der Zentrifugenvorrichtung möglich.