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Dokumentenidentifikation DE69014127T2 27.04.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0491758
Titel TRIEBVORRICHTUNG FÜR WIRBELMISCHAPPARAT.
Anmelder Bellhouse Technology Ltd., Abingdon, Oxford, GB
Erfinder HALL, Richard, Charles, Oxon OX14 2DR, GB;
LEWIS-STEVENSON, Marcus, Antony Tattenham Corner, Abingdon, Oxon OX14 1XE, GB
Vertreter Wenzel, H., Dipl.-Ing., 22143 Hamburg; Kalkoff, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 58452 Witten
DE-Aktenzeichen 69014127
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 07.09.1990
EP-Aktenzeichen 909133407
WO-Anmeldetag 07.09.1990
PCT-Aktenzeichen GB9001384
WO-Veröffentlichungsnummer 9103313
WO-Veröffentlichungsdatum 21.03.1991
EP-Offenlegungsdatum 01.07.1992
EP date of grant 09.11.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse B01F 11/00
IPC-Nebenklasse B01D 65/08   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Wirbelmaschine, in der ein Fluid, üblicherweise eine Flüssigkeit, mit einer pulsierenden und vorzugsweise rückführbaren Strömung hindurchfließt, jedoch mit einer Hauptströmung durch eine Rohrleitung, die eine Ausführungsform aufweist, bei der Wirbel in dem Fluid erzeugt werden.

Ein Beispiel für solch eine Maschine, bei der der Transfer von Wärme oder Masse von einem ersten Kanal zu einem zweiten Kanal durch eine Transfermembrane bewirkt wird, ist in unserer Anmeldung WO-A-88/043 18 aufgeführt. In einer solchen Maschine umschließt eine Wirbelmischeinheit die Transfermembrane für Wärme oder Massen, die die zwei Kanäle trennt und die mit einer Anordnung von Hohlräumen auf ihrer Oberfläche versehen ist, die in Richtung des ersten Kanals ausgerichtet sind. Pumpenmembranen, die in Verbindung mit dem ersten Kanal stehen, sind an jedem Ende der Einheit vorgesehen und befinden sich im Eingriff mit den jeweiligen hin- und herbeweglichen Kolben der Antriebsvorrichtung. Daher ist das eine Fluid, das durch den ersten Kanal strömt, für die Bildung von unbeständigen Wirbeln vorgesehen, wie es in der GB-A 1442754 beschrieben ist, wodurch der Kontakt zwischen dem einen Fluid der Membrane verstärkt wird.

Die Erzeugung von Wirbeln in einer Flüssigkeit in einer Wirbelmischeinheit kann ebenfalls dafür genutzt werden, Komponenten einer Flüssigkeit vollständig zu mischen, zum Beispiel um eine chemische Reaktion zwischen Komponenten zu fördern; oder den Kontakt zwischen den Flüssigkeiten und einer Komponente, wie ein auf einem Träger gebundenes Affinitätsradikal, zu fördern.

Weist die Wirbelmischmaschine eine entfernbare Mischeinheit mit Pumpenmembranen an jedem Ende auf, wird von den Erfindern vermutet, daß Probleme während des Be- und Entladens der Einheit auftreten. Für ein effizientes Pumpen der Membranen mittels der Kolben muß jeder Kolben hin- und herbewegbar sein zwischen einer zurückgefahrenen Position außerhalb der Gehäuseeinheit und einer vorgefahrenen Position, in der die jeweilige Membrane zusammengedrückt ist, aber so, daß der Mittelpunkt der Hin- und Herbewegung innerhalb der Gehäuseeinheit liegt. Das Entfernen oder Einsetzen der Einheit in die Maschine wird dann durch das Übermaß der Kolben behindert, wenn der Hauptabstand der Kolben schmaler ist als der Spalt, durch den die Einheit durchgeschoben werden soll. Deshalb ist das Laden oder Beladen der Einheit schwierig, besonders für einen unerfahrenen Bediener.

Die Druckschrift WO 88/043 18 beschreibt eine Antriebsvorrichtung für eine Wirbelmaschine bestehend aus

- Mitteln zum Halten einer Mischeinheit mit einer an jedem gegenüberliegenden Ende angebrachten Pumpenmembrane zur Erzeugung einer pulsierenden Strömung einer Flüssigkeit, die durch einen ersten Kanal der Einheit hindurchfließt;

- zwei Kolben, von denen jeder jeweils einer der Membranen zugeordnet ist, und sich hin- und herbewegbar zwischen einer zurückgefahrenen Position außerhalb der Einheit und einer vorgefahrenen Position innerhalb des Gehäuses der Einheit erstreckt, und die jeweilige Membrane zusammendrückt,

- und Antriebsmittel, die üblicherweise die Kolben in Phase mit der gleichen Frequenz derart hin- und herbewegt, daß, wenn ein Kolben sich von seiner zurückgefahrenen zu seiner vorgefahrenen Position bewegt, sich der andere Kolben von seiner vorgefahrenen zu seiner zurückgefahrenen Position bewegt und umgekehrt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist solch eine Vorrichtung durch Steuermittel gekennzeichnet, die mindestens einen dem jeweiligen Kolben zugeordneten optischen Sensor umfassen, der die zurückgefahrene Position des Kolbens feststellt und beim Stoppen der Antriebsvorrichtung dafür sorgt, daß beide Kolben die zurückgefahrenen Positionen einnehmen. Die Einheit kann dann eingesetzt und aus den Haltemitteln herausgenommen werden, ohne Übermaß der Kolben. Die Erfindung sieht auf diese Weise eine Lösung für das zuvor beschriebene Problem vor, indem die Kolben automatisch in ihrem maximalen Abstand gehalten werden, wenn sie stoppen, so daß für das Hindurchpassen der Einheit während des Be- oder Entladens ein Zwischenraum bleibt.

Der optische Sensor (die optischen Sensoren) ist dafür vorgesehen, den Antrieb der Kolben zu stoppen, wenn eine zurückgefahrene Position zumindest eines der Kolben detektiert wird.

In einer Konstruktionsausführung wird ein Kolben gegen einen anderen in einen "normalen" Arbeitsabstand verfahren - die beiden Kolben sind federbelastet, beispielsweise durch eine Schraubenfeder -, so daß der zweite Kolben dem angetriebenen Kolben folgt. Während die Antriebsmittel stoppen, halten die Steuerungsmittel zuerst den zweiten Kolben in seiner zurückgefahrenen Position und dann erlauben sie dem ersten Kolben, in seine zurückgezogene Position zu verfahren und zu stoppen. Alternativ hierzu kann der zweite Kolben während des Stoppvorganges des ersten Kolbens wegbewegt werden, beispielsweise mittels eines Magnetschalters.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Antriebsmittel zwei Motoren, wobei jeder Antrieb für jeweils einen Kolben vorgesehen ist, beispielsweise durch eine getrennte Kurbeleinheit. Dies hat den Vorteil, daß die Kolben unabhängig voneinander operieren können, und die Kolben brauchen nicht durch irgendwelche federbelasteten Mittel gekoppelt zu werden, so daß Energie gespart wird, die ansonsten durch die Arbeit, die aufgewendet werden muß, um gegen die Federvorspannkraft zu arbeiten, verlorengehen würde.

Bei dieser Ausführungsform kann jeder Motor mit einem jeweiligen optischen Sensor ausgerüstet werden, wobei einer die zurückgefahrene Position des einen Kolbens und der andere sowohl die zurückgefahrene als auch die ausgefahrene Position des anderen Kolbens detektiert. Hier können in Bezug auf Sensoren Mittel vorgesehen sein, die überwachen, daß beide Kolben während des normalen Arbeitens sich in Phase bewegen und das beide Kolben in ihrer zurückgefahrenen Position stoppen. Dies hat den Vorteil, daß beide Kolben sehr genau gesteuert werden können, da die Motoren, besonders wenn diese Schrittmotoren sind, eine sehr kurze Antwortzeit auf die jeweiligen Sensoren haben können.

Vorzugsweise umfaßt ein Sensor einen feststehenden Lichtsender und einen Empfänger, die zusammen mit einer Flagge oder einem Fenster eines rotierenden Elements mit dem jeweiligen Motor zusammenarbeiten, und der andere Sensor umfaßt ein Paar eines feststehenden Lichtsenders und Empfängers, die zusammen mit einer Flagge oder einem Fenster eines rotierenden Elements mit dem jeweiligen Motor zusammenarbeiten.

Eine Wirbelmischmaschine mit einer Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, ist anhand eines Beispiels in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt. Diese zeigen:

Fig. 1 eine Übersicht;

Fig. 2 eine Rückansicht;

Fig. 3 eine Frontansicht;

Fig. 4 und 5 Schnittansichten, gebildet aus Fig. 3 entlang einer Line A-A, jedoch mit verschiedenen Positionen einer Klemme;

Fig. 6 einen Teil der Seitenansicht.

Die Antriebseinheit der Maschine umfaßt eine Trägerplatte 7, die mit ihrer ebenen Fläche vertikal angebracht ist und deren Front so angeordnet ist, daß diese für die Maschine ein Typenschild bildet. Die Platte ist mit zwei vertikal langgestreckten Löchern 8 ausgebildet und ein Paar einen Hohlraum bildende Halterungen 9 und 10 ist über den Löchern 8 auf der Frontplatte 7 angebracht. Jeder dieser Halter weist oben und unten Teile von Vertiefungen 11 auf, um die an den Enden der Mischeinheit 13 zusätzlich angeordneten Zapfen 12 aufzunehmen und zu erfassen. Die Mischeinheit wird in die Halter geladen, indem sie so heruntergelassen wird, daß die Zapfen 12 durch die oberen offenen Vertiefungen 11 hindurchpassen bis die unteren Zapfen 12 von den unteren Vertiefungen 11 aufgenommen werden. Eine Kniehebelsperre 14, die an dem Halter 9 angebracht ist, wird dann von einer in Fig. 4 dargestellten Position in die in Fig. 5 dargestellte Position gebracht und geschlossen, indem ihr Griff 15 verschwenkt wird, so daß ein Flansch 16 an dem angrenzenden Ende der Mischeinheit 13 in den Halter 9 geklemmt wird. Dies reicht aus, die Einheit 13 lagegerecht in der Maschine zu halten.

Obwohl nicht unmittelbar relevant für die vorliegende Erfindung, ist die Wirbelmischeinheit so gezeigt, als habe sie im allgemeinen ein flaches, rechtwinkeliges Gehäuse mit ausladenden, vielfältigen Teilen 13A an jedem Ende. Die Einheit ist umfassender in unserer Anmeldung WO-A 88/04318 beschrieben und besteht aus einem zentralen ersten Kanal, der von zwei zweiten Kanälen durch zwei Filtermembranen getrennt ist, von denen jede so gestaltet ist, daß sie ein Feld von Löchern aufweisen, die auf den ersten Kanal ausgerichtet sind. An die vielfältigen Teile sind Schläuche angeschlossen, und diese stehen mit jeweils einem der Kanäle in Verbindung, um der Flüssigkeit die Möglichkeit zu geben, durch die erste Kammer zu fließen und der anderen Flüssigkeit, durch die zweite Kammer zu fließen oder dem Filtrat die Möglichkeit zu geben, aus dem zweiten Kanal herauszufließen. Im Falle eines partiellen Plasmaaustauschs würde die erste Flüssigkeit Blut sein und das Filtrat eine Konzentration von Blutzellen.

Um die Wirbelmischung in der ersten Kammer zu unterstützen, ist eine umgekehrte Strömung der Hauptströmung der Flüssigkeit überlagert, die durch die erste Kammer fließt und zu diesem Zweck die Einheit 13 an jedem Ende, dargestellt durch eine zentrale Vertiefung in ihrem Gehäuse, eine flexible Membrane 28 in Verbindung mit der ersten Kammer aufweist. Diese beiden Membranen werden abwechselnd durch Kolben 17 zusammengedrückt, die im Bereich der Hohlraumhalter 9, 10 arbeiten und von Armen 18 getragen werden, die sich durch die Löcher 8 erstrecken, wo sie an dem jeweiligen hin- und herbewegbaren Schlitten 19 befestigt sind. In Fig. 4 ist die voll zurückgefahrene Position des Kolbens 17 dargestellt, in der er sich ganz links von den Vertiefungen befindet, und Fig. 5 zeigt den Kolben 17 in seiner ganz ausgefahrenen Position. Dieselbe Situation ist mit dem anderen Kolben 17 an dem anderen Ende der Einheit 13 zu erreichen.

Die Schlitten 19 bewegen sich vor und zurück entlang linearer Auflager auf einer festen Schiene 20 und jeder ist durch eine Pleuelstange 21 mit einem Kurbelzapfen 20 an einer Antriebswelle 23 des jeweiligen Motors 24, 24A verbunden. Daraus folgt, daß, wenn die Motoren 24, 24A drehen, die Schlitten 19 und hierdurch die Kolben 17 sich unabhängig voneinander vor- und zurückbewegen.

Um sicherzustellen, daß, während eines normalen Betriebs, sich die beiden Kolben zusammen vor- und zurückbewegen, so daß, wenn einer die Membrane 28 zusammendrückt, der andere den Druck auf seine Membrane löst, der Betrieb der beiden Motoren synchronisiert wird. Dies wird durch Sensorscheiben 25 erreicht, die auf den entsprechenden Motorwellen 23 angebracht sind. Jede Scheibe ist nahe ihrer Umgebung mit einem Fenster 27 versehen, das abgetastet werden kann, in dem Fall des Motors 24 durch eine Lichtsende- und Empfängereinheit 26, die die Kante der Scheibe umfaßt und auf der einen Seite der Scheibe eine Lichtquelle aufweist, die durch einen Fotodetektor auf der anderen Seite der Scheibe detektiert werden kann, wenn das Fenster die Einheit durchläuft. Bei jeder Umdrehung des Motors und der Scheibe erhält man vom Fotodetektor einen Impuls, wenn der korrespondierende Kolben seine zurückgefahrene Position eingenommen hat.

Der andere Motor 24A ist ähnlich an der Scheibe 25 mit einem Fenster angebracht, aber in diesem Falle sind zwei optische Einheiten 26A, 26B vorgesehen. Jede dieser Einheiten ist der Einheit 26 ähnlich, aber sie sind in einem Winkel von 180º zueinander angeordnet, so daß die Einheit 26A einen Impuls erzeugt, wenn der korrespondierende Kolben 17 in seine ausgefahrene Position gelangt ist, und die Einheit 26B produziert einen Impuls, wenn der korrespondierende Kolben 17 in seine zurückgefahrene Position verfährt.

Die Einheiten sind mit logischen Steuerkreisen für Motoren 24, 24A verbunden, die Schrittmotoren mit schnellen Antwortzeiten sind und die unverzüglich in der gewünschten Position anhalten können.

Während des normalen Betriebs gewährleistet der Schaltkreis, daß die Kolben zusammen vor- und zurückfahren, durch die Gewährleistung, daß die Pulse simultan von den Einheiten 26 und 26A erhalten werden. Tritt ein Fehler auf, so hält der Motor 24 bei Empfang des nächsten Pulses von der Einheit 26, und der Motor 24A stoppt bei Erhalt des nächsten Impulses der Einheit 26B. Beide Kolben befinden sich dann in ihrer zurückgefahrenen Position. Dann wird der Motor 24A automatisch wieder gestartet, und bei Empfang des ersten Impulses der Einheit 26A wird der Motor 24 wieder gestartet, woraufhin die Kolben wieder in Phase arbeiten sollten.

Wird es gewünscht, daß der Antrieb stoppt, beispielsweise aufgrund des Austauschs der Einheit 13, so reproduziert der Schaltkreis Kontrollsignale, als ob die Motoren außer Phase liefen, d.h. der Motor 24 stoppt während des Erhalts des nächsten Impulses der Einheit 26, und der Motor 24A stoppt nach Erhalt des nächsten Impulses von der Einheit 26B. Beide Kolben werden also "geparkt" in ihrer zurückgefahrenen Position, frei von den Zapfen 12 der Einheit 13, wodurch ein ungestörtes Entfernen der Einheit von den Haltern 9 und 10 ermöglicht wird.


Anspruch[de]

1. Antriebsvorrichtung für eine Wirbelmischmaschine bestehend aus

- Mitteln (9,10) zum Halten einer Mischeinheit mit einer an jedem gegenüberliegenden Ende angebrachten Pumpenmembrane (28) zur Erzeugung einer pulsierenden Strömung einer Flüssigkeit, die durch einen ersten Kanal der Einheit hindurchfließt;

- zwei Kolben (17) , von denen jeder jeweils einer der Membranen zugeordnet ist, und sich hin- und herbeweglich zwischen einer zurückgefahrenen Position außerhalb der Einheit und einer vorgefahrenen Position innerhalb des Gehäuses der Einheit erstreckt, und die jeweilige Membrane zusammendrückt,

- und Antriebsmitteln (19-24), die üblicherweise die Kolben in Phase mit der gleichen Frequenz derart hin- und herbewegen, daß, wenn ein Kolben sich von seiner zurückgefahrenen Position zu seiner vorgefahrenen Position bewegt, sich der andere Kolben von seiner vorgefahrenen zu seiner zurückgefahrenen Position bewegt und umgekehrt, gekennzeichnet durch Steuermittel (25-27), die mindestens einen dem jeweiligen Kolben zugeordneten optischen Sensor (26) umfassen, der die zurückgefahrene Position des Kolbens feststellt und beim Stoppen der Antriebsvorrichtung dafür sorgt, daß beide Kolben die zurückgefahrenen Positionen einnehmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Antriebsvorrichtung zwei Motoren (24, 24A) umfaßt, wobei jeder Motor für den Antrieb jeweils eines der Kolben vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der jeder Motor mit einem entsprechenden optischen Sensor verbunden ist, wobei einer (26) der Sensoren die zurückgefahrene Position des einen Kolbens und der andere (26A, 26B) sowohl die zurückgefahrene als auch die vorgefahrene Position des anderen Kolbens feststellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 mit die Sensoren ansprechenden Mitteln zur Überwachung der Bewegung in Phase der beiden Kolben während des normalen Arbeitsvorgangs und daß beide Kolben in ihrer zurückgefahrenen Position angehalten werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Sensor (26) eine feste Lichtüberträger- und -empfängeranordnung umfaßt, die mit einem Signal oder Fenster eines Bauteils zusammenwirkt, das mit dem jeweiligen Motor rotiert, und der andere Sensor ein Paar (26A, 26B) der befestigten Lichtüberträger und -empfängeranordnungen umfaßt, die mit einem Signal oder Fenster eines Elementes, das mit seinem jeweiligen Motor rotiert, zusammenwirken.

6. Wirbelmischmaschine enthaltend eine Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüch.







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