[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Behandlung von Stoffen mit
einem rotationssymmetrischen Behälter und einer bezüglich einer Behälterachse konzentrisch
gelagerten Werkzeugwelle mit mindestens einem Rührorgan.
[0002] Die Einrichtung kann beispielsweise zum Trocknen von pharmazeutischen Wirkstoffen,
Naturheilmitteln und Produkten der Feinchemie sowie Lebensmittelindustrie verwendet
werden. Dabei besteht die Möglichkeit, in einem Behälter verhältnismässig grosse Chargen
in relativ kurzer Zeit zu trocknen. Der Trocknungsvorgang kann dabei wahlweise und
abhängig vom zu behandelnden Stoff unter Normaldruck oder unter Vakuum erfolgen. Beispielsweise
kann eine Einrichtung ohne weiteres zum Trocknen von Chargen in der Grösse von 1000
kg konzipiert sein, wobei eine solche Charge je nach der Beschaffenheit des Stoffes
in einer verhältnismässig kurzen Zeitdauer getrocknet werden kann, die nur wenige
Stunden oder sogar weniger als eine Stunde beträgt.
[0003] Die Einrichtung kann aber auch dazu verwendet werden, Pulvermischungen, Granulate
und dergleiches, beispielsweise Nahrungsmittel und pulverförmige Arzneimittel herzustellen.
[0004] Bei der Herstellung vieler nachfolgend auch als Güter bezeichneten Stoffen des industriellen
und privaten Gebrauchs ist es des öfteren erforderlich, verschiedenartige Stoffbestandteile
miteinander zu vermischen. In verschiedenen Fällen ist dabei auch noch eine chemische
Reaktion im Mischgut herbeizuführen. Der gleichmässigen Verteilung der einzelnen Mischungsbestandteile
setzen einzelne Komponenten mitunter erheblichen Widerstand entgegen. Bei solchen
Mischprozessen und insbesondere auch bei Trocknungsprozessen entstehen verhältnismässig
hohe Drücke. Um solche Drücke aufnehmen zu können sind bereits Einrichtungen zum Trocknen
eines Gutes entwickelt worden, die einen kugelförmigen Behälter aufweisen. Ein besonderer
Vorteil dieser auch als Kugeltrockner bezeichneten Einrichtung ist, dass sie eine
gegenüber Einrichtungen mit einem zum Beispiel zylindrischen Behälter erhöhte Druckstoss-Festigkeit
besitzen.
[0005] Bekannte Kugeltrockner sind für den chargenweisen Betrieb vorgesehen und besitzen
einen kugelförmigen Behälter mit einer eine Heiz- und Kühlvorrichtung enthaltenden
Wandung, einem von unten in den Behälterinnenraum eingeführten Rührer und mindestens
einer am oberen Teil des Behälters angeordneten und über einen Einlass mit dem Behälterinnenraum
verbundenen Eintragungsvorrichtung. Gegebenenfalls kann noch zusätzlich ein nachfolgend
auch als Zerhacker bezeichneter Homogenisator drehbar im Behälter angeordnet sein.
[0006] Wenn man mit den bekannten Einrichtungen zum Beispiel ein als Nahrungsmittel vorgesehenes,
trockenes Gut herstellt, wird dieses über die Eintragungsvorrichtung in den Innenraum
des Behälters eingebracht. Danach wird das Gut mittels des Rührers bewegt und vermischt,
wobei gegebenenfalls noch zusätzlich weitere Komponenten und Zusatzstoffe, wie beispielsweise
Flüssigkeiten, Farbstoffe und dergleichen, dem Gut während des Misch- und/oder Trocknungsvorganges
beigefügt werden.
[0007] Bei einem im Produktions- bzw. Reinraum eines Industriebetriebes auf einem Gestell
stehenden Kugeltrockner ist der Gut-Auslass sowie auch die Antriebsvorrichtung des
Rührers am unteren Teil des Behälters angeordnet. Was die Einhaltung von Hygienevorschriften
bei der Herstellung von zum Beispiel Arznei- und Lebensmitteln betrifft, so hat dies
bedeutende Nachteile zur Folge. In solchen Fällen müssen nämlich die ausserhalb des
Behälters angeordneten Maschinenteile des Rührwerkes, d.h. die genannte Antriebsvorrichtung,
durch ein sie einschliessendes Gehäuse, also durch zusätzliche bauliche Massnahmen,
vom Gut-Auslass räumlich getrennt sein.
[0008] Zudem lässt sich eine derart ausgebildete Einrichtung nur schwer reinigen und warten.
So sind sowohl für den Abbau der Eintragungsmittel und insbesondere des Rührwerkes
sowie auch zur Reinigung des Innenraumes der obere Teil des Behälters mit verhältnismässig
grossem Aufwand zu demontieren, worauf das Rührwerk von oben aus dem kugelförmigen
Behälter ausgeführt wird. Ferner erschwert diese Handhabe das Reinigen der gesamten
Einrichtung und das anschliessende Zusammenbauen, dies insbesondere dann, wenn hohe
Anforderungen an die Reinheit der Behälter-Innenteile gestellt werden.
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Kugeltrockner eine
Einrichtung zur Behandlung von Stoffen zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile
nicht aufweist. Dabei wird insbesondere angestrebt, eine rotationssymmetrische, beispielsweise
kugelförmige, Behälterform beizubehalten, und eine Konstruktion zu schaffen, die es
erlaubt, auf bauliche Massnahmen zur Abschirmung von apparativen Teilen zu verzichten,
und die ein einfaches Ausbauen von Rührwerk und dergleichen ermöglicht.
[0010] Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch eine Einrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
[0011] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen
hervor.
[0012] Der aus zwei Halbschalen bestehende Behälter der erfindungsgemässen Einrichtung hat
im wesentlichen die Form eines Rotationskörpers mit einer horizontalen und einer vertikalen
Symmetrieebene, ist also rotationssymmetrisch bezüglich einer horizontalen und einer
vertikalen Rotationsachse. Der Behälter hat vorzugsweise die Form einer Kugel mit
einem im Boden der unteren Halbschale angeordneten Gut-Auslass. Im Behälter ist ein
um eine vertikale oder höchstens 30°, vorzugsweise 15° bis 20°, geneigte Achse drehbarer
Rührer angeordnet, der mit einer auf der oberen Halbschale angeordneten Antriebsvorrichtung
verbunden ist und beim Betrieb der Einrichtung das gesamte Gut erfasst und ständig
umwälzt. Die Einrichtung ist als Trockner, Mischer sowie bei Einführung einer geeigneten
Flüssigkeit auch als Granulator geeignet und neben der chemischen Synthese auch in
der galenisch-pharmazeutischen Fertigungsstufe in kombinierten Anwendungen einsetzbar.
Besondere Vorteile der erfindungsgemässen Einrichtung sind die Druckstoss-Festigkeit
sowie die einfache Wartung, Reinigung und Kontrolle der gereinigten Bestandteile.
[0013] Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigt
die Figur 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Einrichtung zum Trocknen
eines Gutes mit einem aus zwei Halbschalen gebildeten kugelförmigen Behälter, und
die Figur 2 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine zweite Einrichtung mit
einem ebenfalls aus zwei Halbschalen gebildeten Behälter.
[0014] Die in der Figur 1 dargestellte und als ganzes mit 1 bezeichnete Einrichtung weist
einen unbeweglich in der Decke 2 eines Produktions- bzw. Reinraumes 50 festgehaltenen,
kugelförmigen Behälter 3 mit einer oberen und einer unteren, vertikalachsigen Halbschale
4 und 5 auf. Die obere Halbschale 4 ist - wie in der Zeichnung angedeutet - mit dem
Guteinlass 6 sowie einer Trocknungs- und Filtriereinheit 7 versehen und trägt zwei
nachfolgend noch näher bezeichnete Antriebsvorrichtungen 8 und 9. Die untere Halbschale
5 besitzt an ihrem Boden den Gut-Auslass 10, der mit einem Auslass-Organ 11 absperrbar
ist. Das Auslass-Organ 11 ist zum Beispiel als Schiebe-, Klapp- oder Kugelventil ausgebildet.
[0015] Die beiden Halbschalen 4 und 5 des Behälters 3 bestehen im wesentlichen - d.h. abgesehen
von einem allenfalls vorhandenen Fenster sowie von Dichtungen und dergleichen - aus
mindestens einem metallischen Material, etwa rostfreiem Stahl. Die beiden Halbschalen
4 und 5 sind vorzugsweise doppelwandig ausgebildet und können noch zusätzlich mit
einer nicht gezeichneten Heiz- und/oder Kühlvorrichtung, beispielsweise einer Heiz-
und/oder Kühlschlange, versehen sein, und zwar so, wie das für Trockner, Mischer und
dergleichen bekannt ist. Die Wandung und/oder die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung können
schliesslich auch mit einer Wärmeisolation versehen sein, falls die vorgesehenen Betriebsarten
dies erfordern.
[0016] Die an der oberen Halbschale 4 angeordneten Antriebsvorrichtungen 8 und 9 gehören
zu einem Rührwerk 12 bzw. zu einem Zerhacker 13. Sie besitzen je ein Gehäuse, in welchem
eine Welle drehbar um eine Achse 14 bzw. 15 gelagert ist. Zum Rührwerk 12 gehört ferner
der Rührer 16, der durch eine starre Verbindung oder eine Rutschkupplung mit der Welle
der Antriebsvorrichtung 8 verbunden ist, so dass er durch diese gedreht werden kann.
Der Rührer 16 besitzt beispielsweise drei symmetrisch zueinander angeordnete Rührorgane
17, die eine der Innenfläche der unteren Halbschale 5 angepasste Form haben und mittels
mindestens einer integrierten Heiz- und/oder Kühlschlange kühl- und/oder beheizbar
sind. Abhängig von der Betriebsart und dem zu behandelnden Gut kann das Rührwerk 12
selbstverständlich auch einen anderen Rührer aufweisen, zum Beispiel einen Spiralrührer.
[0017] Ferner kann das Rührwerk 12 zur Trocknung und/oder Endtrocknung des Gutes noch zusätzlich
mit einer Gaszuführung ausgestattet sein, und zwar so, wie dies etwa aus der EP-A
0 203 598 bekannt ist. Zur Beschleunigung der Trocknung wird der Rührer 16 üblicherweise
beheizt. In diesem Fall sind die allenfalls vorhandenen Gaszufuhrleitungen der Rührorgane
vorzugsweise so angeordnet, dass das Gas beim Hindurchströmen aufgewärmt wird und
dadurch beim Betrieb der Einrichtung als erwärmtes Gas austritt, wodurch der Trocknungsprozess
weiter optimiert wird.
[0018] Die Rührachse 14 ist um 15° geneigt, und zwar so, dass der Fuss 16a des Rührers 16
den zur vertikalen Achse der Halbschale 5 koaxial ausgerichteten Auslass 10 nicht
abdeckt. Das getrocknete Gut kann also ohne Schwierigkeiten durch den Auslass 10 entnommen
werden und es kann sogar während der Entnahme des Gutes der Rührer 16 weiter um die
Achse 14 gedreht werden, so dass das Produkt gleichmässig und vollständig auslaufen
kann.
[0019] Der Zerhacker 13 besitzt einen Homogenisierstab 18, der um die vertikale Achse 15
rotierbar ist und die Form von bekannten Homogenisatoren oder Messerwellen aufweist.
[0020] Der Gut-Einlass 6 ist mit nicht gezeichneten Zufuhrmitteln zum Zuführen eines zum
Beispiel pulverförmigen Gutes versehen, das in einem ebenfalls nicht dargestellten
- z.B. kontinuierlich beladbaren - Speicher gelagert ist.
[0021] Die Filtriereinheit 7 ist mit mindestens einem Filter versehen. Während des Betriebes
eines fortlaufenden Prozesses kann Gas, vorzugsweise N2, zur Abreinigung der Filtersäcke
in den Behälter 3 geführt werden. Die dazugehörigen Gasleit- und Gasfördermittel weisen
eine Gaszuleitung auf, die mit 19 bezeichnet ist.
[0022] Die beiden Halbschale 4 und 5 sind voneinander lösbar und, wie in der Figur 1 angedeutet,
mit nach aussen stehenden Flanschen 4a und 5a versehen, die über ein Gelenk 20 miteinander
verbunden sind. Letzteres besitzt eine horizontale Schwenkachse 21 und ist an der
Unterseite der Decke 2, die übrigens auch eine Zwischendecke sein kann, angeordnet.
Die beiden Flansche 4a und 5a sind noch zusätzlich mit Schrauben 22 oder sonstigen
lösbaren Verbindungsmitteln, zum Beispiel Bajonett-Verschlüssen, versehen, um den
Behälter 3 für den Betrieb der Einrichtung 1 zu verschliessen.
[0023] Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die obere Halbschale 4 unbeweglich in
der Decke 2 des Produktions- bzw. Reinraumes 50 festgehalten, und zwar so, dass sie
mit Ausnahme des in der Decke 2 eingesetzten Abschnittes vollständig in den über dem
Produktionsraum 50 liegenden Maschinenraum 60 ragt und dass sich die mit ihr über
das Gelenk 20 verbundene untere Halbschale 5 von der Decke 2 weg nach unten verschwenken
lässt.
[0024] Die Einrichtung 1 kann weitere nicht näher bezeichnete Bauteile, wie einen weiteren
Einfüllstutzen 23 aufweisen, um das Gut vor dem Trocknen im Behälter 3 noch einer
anderen Behandlung zu unterziehen, beispielsweise um die ursprünglich vorhandenen
Teilchen in grössere Teilchen zu agglomerieren oder mit einem Überzug zu versehen.
Zu diesem Zweck können noch zusätzlich Mittel vorhanden sein, um eine Flüssigkeit
in den Behälter einzuleiten und/oder um ein Material auf die Teilchen aufzusprühen.
[0025] Ferner kann die Behälterwandung und die Filtriereinrichtung noch zusätzlich mit einem
Reinigungssystem versehen sein, das mehreren, gegebenenfalls versenkbare Sprühdüsen
24 aufweist, so dass der Behälterinnenraum, der Rührer 16 und der Homogenisierstab
18 im verschlossenen Zustand, d.h. ohne Öffnung der Einrichtung, gereinigt werden
kann.
[0026] Im übrigen kann noch eine nicht dargestellte, elektronische Vorrichtung vorhanden
sein, um den Betrieb der als Trockner ausgebildeten Einrichtung 1 zu steuern und eventuell
zu regeln. Die Steuerung oder Regelung kann manuell durch Betätigen von Schaltern
und/oder mindestens zum Teil automatisch erfolgen. Die automatische Steuerung kann
dabei gemäss einem Programm mit fest vorgegebenem, zeitlichem Ablauf und/oder aufgrund
von Messungen erfolgen.
[0027] Wie bereits in der Einleitung erwähnt, ist die einfache Wartung, Reinigung und Kontrolle
der gereinigten Einrichtung ein besondere Vorteile der Erfindung. So lässt sich bei
dieser durch Herunterschwenken der Halbschale 5 der Behälterinnenraum so freilegen,
dass sich ohne aufwendige Demontagearbeiten und verhältnismässig einfach, Rührer 16
und Homogenisierstab 18 von unten aus dem Behälter 3 ausbauen lassen. Ferner lassen
sich durch den Einbau des Behälters 3 in die Decke 20 des Reinraumes 50 die Antriebsvorrichtungen
8 und 9 des Rührwerkes 12 und Zerhackers 13 und auch die apparativen Teile der Trocknungseinheit
7 verhältnismässig einfach vom Reinraum 50 trennen, so dass keine zusätzlichen baulichen
Massnahmen nötig sind, um die Maschinenteile von Rührwerk 12 und Zerhacker 13 vom
Gut-Auslass 10 räumlich zu trennen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin,
dass aufgrund der neuartigen Konstruktion die Dichtungen von Rührwerk 12 und Zerhacker
13 beim Betrieb der Einrichtung 1 nicht im Produkt eingetaucht sind, so wie das bei
bekannten Kugeltrockner der Fall ist.
[0028] Die anhand der Figur 1 beschriebene Einrichtung stellt nur eine Auswahl von mehreren
möglichen Ausführungsformen der Erfindung dar und kann in verschiedener Hinsicht geändert
werden.
[0029] Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist daher in der Figur 2 dargestellt. Die
in dieser Figur als ganzes mit 101 bezeichnete Einrichtung ist weitgehend ähnlich
wie die anhand der Figur 1 beschriebene Einrichtung 1 ausgebildet, besitzt also einen
in der Decke 102 des Produktions- bzw. Reinraumes 150 festgehaltenen Behälter 103
mit einer oberen und einer unteren, vertikalachsigen Halbschale 104 und 105. Auch
die obere Halbschale 104 trägt die Trocknungs- und Filtriereinheit 107 und die zwei
Antriebsvorrichtungen 108 und 109 von Rührwerk 112 und Zerhacker 113.
[0030] Im Gegensatz zur Einrichtung 1 weist die Einrichtung 101 eine etwas modifizierte
Behälterform 103 auf. So hat dieser zwar nicht die Form einer Kugel, ist aber doch
im wesentlichen ein Rotationskörper mit einer horizontalen und einer vertikalen Symmetrieebene
bzw. einer horizontalen und einer vertikalen Rotationsachse.
[0031] Wie aus der Figur 2 ferner ersichtlich ist, fällt die Welle 114 des Rührwerkes 112
mit der Vertikalachse des Behälters 103 zusammen. Dies hat zur Folge, dass der Auslass
110 nicht zentral in der Vertikalachse des Behälters 103, sondern versetzt dazu angeordnet
ist, und dass die Flügelarme 117 des Rührers 117 eine gegenüber den Flügelarmen 17
veränderte und der Innenfläche der unteren Halbschale 105 angepasste Form haben.
[0032] Auch die beiden Halbschale 104 und 105 des Behälters 103 sind voneinander lösbar
und, wie in der Figur 1 angedeutet, mit nach aussen stehenden Flanschen 104a und 105a
versehen, die mit nicht gezeichneten Schrauben oder sonstigen lösbaren Verbindungsmitteln
miteinander verbunden sind.
[0033] Wie aus der Figur 2 ferner ersichtlich ist, ist die obere Halbschale 104 unbeweglich
in der Decke 102 festgehalten, und zwar so, dass sie praktisch vollständig in den
über dem Produktionsraum 150 liegenden Maschinenraum 160 ragt und dass diejenige Fläche
des Flansches 104a, die zum Anstossen an den Flansch 105a bestimmt ist, mit der Deckenfläche
bündig ist. Die untere Halbschale 105 ihrerseits ist so am Tragarm 121 einer beispielsweise
hydraulisch oder pneumatisch steuerbaren Hub- und Senkvorrichtung 120 angeordnet,
dass sie sich für Wartungs- und Reinigungszwecke von der oberen Halbschale 104 trennen
und vertikal nach unten verschieben lässt. Um den Zugang zu Rührer 116 und Zerhacker
113 von unten zu erleichtern kann die Hub- und Senkvorrichtung 120 noch zusätzlich
mit einem Drehmechanismus versehen sein, um die abgesenkte Halbschale 105 nachträglich
noch in Drehrichtung 122 zu verschwenken.
[0034] Die Abmessungen der erfindungsgemässen Einrichtungen können in weiten Grenzen variieren,
wobei das Behälter-Nutzvolumen beispielsweise in der Grösse von 20 bis 6'000 1 liegen
kann. Abhängig vom Behälter-Nutzvolumen können selbstverständlich auch die Abmessungen
und Formen der im wesentlichen rotationssymmetrischen Behälter variiert werden. So
kann der Behälter selbstverständlich auch die Form eines Rotationsellipsoides haben
oder zwischen den beiden Halbschalen noch einen zylindrischen Mantelabschnitt aufweisen,
wodurch das Nutzvolumen des Behälters vergrössert wird.
1. Einrichtung zum Behandeln eines Gutes mit einem rotationssymmetrischen Behälter (3,
103), einem in den Innenraum des Behälters (3, 103) mündenden Gut-Einlass (6) und
einem aus diesem herausführenden Gut-Auslass (10, 110), einem Rührwerk (12, 112) mit
einer Welle und mindestens einem Rührorgan (17, 117), dadurch gekennzeichnet dass
der Behälter (3, 103) eine obere und eine untere Halbschale (4, 5; 104, 105) mit je
einer vertikalen Rotationsachse besitzt, dass in der oberen Halbschale (4, 104) der
Gut-Einlass (6) und in der unteren Halbschale (5, 105) der Gut-Auslass (10, 110) angeordnet
ist, dass die untere Halbschale (4, 104) vom übrigen Teil des Behälters (3, 103) trennbar
ist und dass die Welle des Rührwerkes (12, 112) um eine vertikale oder höchstens 30°
geneigte Achse (14), 114) drehbar und mit einer auf der oberen Halbschale (4, 104)
angeordneten Antriebsvorrichtung (8,108) verbunden ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Zerhacker (13,
113) besitzt, dessen Welle um eine vertikale Achse (15) drehbar und mit einer auf
der oberen Halbschale (4, 104) angeordneten Antriebsvorrichtung (9, 109) verbunden
ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Halbschale
(4, 104) zum Einbau in die Decke (2, 102) eines Produktionsraumes (50, 150) bestimmt
ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden
Halbschalen (4, 5) so über ein Gelenk (20) miteinander verbunden sind, dass die untere
Halbschale (5) um eine horizontale Achse (21) nach unten verschwenkbar ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die untere
Halbschale (105) so am Tragarm (121) einer Hub- und Senkvorrichtung (120) befestigt
ist, dass sie sich von der oberen Halbschale (104) trennen und vertikal nach unten
verschieben und dann horizontal verschwenken lässt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter
(3) kugelförmig ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gut-Auslass (10) am
Boden der unteren Halbschale (5) angeordnet ist und dass die Welle des Rührwerkes
(12) um eine gegenüber der Vertikalachse des Behälters (3) höchstens 20° geneigte
Achse drehbar ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk
(12) kühl- und/oder beheizbar ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk
(12) noch zusätzlich mit einer Gaszuführung ausgestattet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung so
ausgebildet und angeordnet ist, dass das Gas beim Betrieb durch die Rührbeheizung
vorgewärmt werden kann bevor es in den Innenraum des Behälters gelangt.