DE69907655T2

DE69907655T2 - Vorrichtung zur behandlung einer flüssigkeit

Info

Publication number: DE69907655T2
Application number: DE69907655T
Authority: DE
Inventors: Pieter Wijnberg
Original assignee: Torus BV
Current assignee: Metso Corp
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: CZ20003515A3; AU742606B2; PL193314B1; CN1294529A; HU224935B1; AU3058399A; HUP0101664A2; UA69404C2; WO1999048585A1; US6527946B1; RU2227058C2; CA2325029C; KR100382847B1; DE69907655D1; CN1119192C; KR20010042122A; DK1067997T3; PT1067997E; CZ295356B6; JP2002507475A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus der französischen Patentschrift 1 506 445 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Vorrichtung, bei der ein gemeinsamer Antrieb sowohl für die Drehung des Drehelements als auch für die Fortschaltbewegung der Hilfselemente vorgesehen ist. Dieser Antrieb enthält einen Elektromagneten und eine Feder. Die Drehbewegung wird durch die ständige Druckkraft der Feder hervorgebracht. Über einen Ratschenmechanismus ist das Drehelement mit der Antriebsbewegung der Feder verbunden. Die Feder wird durch Zurückziehen bei Erregung des Elektromagneten zusammengedrückt. Während dieser Zurückziehbewegung bewegt sich auch das Hilfselement zurück, wegen des oben beschriebenen Ratschenmechanismus gilt dies jedoch nicht für das Drehelement. Diese Vorrichtung ist eine Laborvorrichtung, d. h. für die Analyse sehr kleiner Materialmengen. Während der Rückziehbewegung durch die elektromagnetische Kraft bewegt sich das Drehelement langsamer und hält möglicherweise sogar an. Die Rückstellbewegung ist eine sehr schnelle, unkontrollierte Bewegung.
Es ist nicht möglich, einen solchen Aufbau im Maßstab zu vergrößern. Maßstäbliche Vergrößerung bedeutet industrielle Anwendung bei Chromatographiesäulen. Es werden Säulen einer Größe von z. B. einem Meter und einem Durchmesser von einigen cm bis zu einem Meter oder mehr verwendet. Das Drehelement bzw. das Traggestell, an dem solche Säulen vorgesehen sind, kann ein Gewicht von vielen hundert Kilo bis hunderten von Tonnen haben. Die Fortschaltbewegung gemäß der französischen Patentschrift 1 506 445 ist bei ihr nicht möglich. Wegen der schnellen Rückziehbewegung, wie sie durch die elektromagnetische Kraft realisiert wird, treten nicht hinnehmbare Schäden an der Trennfläche zwischen dem Drehelement und dem Hilfselement auf.
Die vorliegende Erfindung möchte eine Vorrichtung angeben, die großtechnisch eingesetzt werden kann und bei der Hin- und Herbewegung des Hilfselements, wie oben beschrieben, möglich ist.
Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung der o. g. Art erreicht, die die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Es wird vorgeschlagen, Sensoren zu verwenden und diese Sensoren die Bewegung des Hilfselements bzw. des Drehelements ausführen zu lassen, weil in einer industriellen Vorrichtung die Bewegung des Drehelements gegenüber dem Hilfselement schwierig zu steuern ist. Es ist auf diese Weise möglich, die Öffnungen des Hilfselements und des Drehelements, die einander gegenüberstehen, mit etwa der gleichen Größe auszuführen. Dieses steht im Gegensatz zu dem in der französischen Patentschrift 1 506 445 beschriebenen Aufbau, bei dem eines dieser Elemente mit einem ringförmigen Kanal versehen ist, so dass die Öffnung in dem anderen Element in unterschiedliche Stellungen gebracht werden kann und immer noch eine Fluidverbindung verbleibt. Wenn eine größere Anzahl Öffnungen verwendet wird, ist ein solcher Aufbau nicht erwünscht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt das Drehelement im Hinblick auf seine große Masse eine kontinuierliche Drehbewegung aus. Dieses kann auf einfache Weise mit einem Elektromotor oder Servomotor realisiert werden. Das Fortschaltelement kann während der Bewegung des Drehelements mitbewegt werden, es ist aber auch möglich, zu diesem Zweck eine andere Bewegung zu verwenden. Die Vorbewegung des Hilfselements wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch einen Elektromotor realisiert, der durch die oben beschriebene Steuerung beeinflusst wird. Es sind Sensoren vorgesehen, die dafür sorgen, dass sichergestellt ist, dass nach der Rückstellbewegung die mehreren Öffnungen des Hilfselements und des Drehelements exakt aufeinander ausgerichtet sind. Es ist möglich, während jeder Rückstellbewegung die Position in Bezug auf die Sensoren zu bestimmen. Die Sensoren können eine Anzahl Impulse für jede Motorumdrehung erzeugen. Diese Impulse werden gezählt und steuern beide Motoren sowohl hinsichtlich Geschwindigkeit als auch Position. Sensoren, wie sie oben verwendet werden, und die folgende Beschreibung können jede Vorrichtung umfassen, die im Stand der Technik bekannt ist.
Gemäß der Erfindung führt das Hilfselement, d. h. die "stationäre" Ventilplatte eine Drehung über einen begrenzten Winkel aus. Daher führt diese Ventilplatte eine Fortschaltbewegung aus. Dieser Aufbau kann relativ einfach und Platz sparend realisiert werden.
Eine weitere Vereinfachung kann erhalten werden, wenn die Ventilplatte oder das Hilfselement nahe der Unterseite der Säulen angeordnet ist. Daher kann der Aufbau kompakt realisiert werden und ist für Wartungszwecke einfach zugänglich. Dieses gilt insbesondere, wenn höhere Vorrichtungen mit einer Höhe von beispielsweise 2 m bis 7,5 m verwendet werden.
Mit dem Hilfselement bzw. der stationären Ventilplatte können alle Bewegungen von Bedeutung realisiert werden. D. h. die stationäre Ventilplatte oder das Hilfselement folgt der Drehung der drehenden Ventilplatte oder des Drehelements über einen vorbestimmten Winkel und schaltet anschließend mit dem gleichen Winkel zurück, um zu bewirken, dass die ersten Öffnungen der Drehelemente während des ersten Teils dieser Bewegung den ersten Öffnungen des Hilfselements gegenüberstehen, und um nach der Fortschaltbewegung zu bewirken, dass die ersten Öffnungen des Drehelements den zweiten Öffnungen des Hilfselements gegenüberstehen.
Die stationäre Ventilplatte ist mit der Umgebung insbesondere mittels der flexiblen Schläuche in Verbindung, was zur Folge hat, dass die begrenzte Drehung möglich ist.
Die Steuerung der zahlreichen Bewegungen entsprechend der vorliegenden Erfindung kann gegenüber dem, was im Stand der Technik bekannt ist, beachtlich vereinfacht werden. Es gibt deutlich weniger Synchronisierprobleme. Im Stand der Technik ist es notwendig, spezielle Maßnahmen zu ergreifen, um Probleme zu vermeiden, wenn das Signal für die Rückstellbewegung nicht übertragen wird oder zu schnell übertragen wird. Beim vorliegenden Aufbau sind einfache Einrichtungen ausreichend, um die zahlreichen gegenseitigen Bewegungen zu steuern.
Um die obigen Merkmale zu steuern, können Sensoreinrichtungen sowohl am Traggestell als auch am Hilfselement vorhanden sein. Natürlich können auch Verriegelungseinrichtungen oder andere Strukturen vorhanden sein, um eine Kopplung zwischen dem Hilfselement und dem Traggestell oder dem Drehelement auszuführen. Dieses wird jedoch in den meisten Anwendungsfällen nicht notwendig sein, und die zahlreichen Öffnungen können exakt einander gegenübergestellt werden, indem der Antriebsmotor entweder des Hilfselements oder des Drehelements oder von beiden gesteuert wird. Jede Ungenauigkeit könnte noch beseitigt werden, indem die Öffnungen teilweise in Form von Schlitzen ausgebildet werden.
Der oben beschriebene begrenzte Winkel, über den sich das Hilfselement gegenüber der Umgebung bewegt, wird durch die Anzahl der Säulen bestimmt. Dieser Winkel kann für eine größere Anzahl Säulen kleiner sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Hilfselement und dem Drehelement ein Teflonring vorgesehen. Dieser dient als Tragring. Die Reibung vermindernden Eigenschaften von Teflon sind sehr gut, wie auch seine Dichtungseigenschaften. Es hat sich jedoch erwiesen, dass die Geschwindigkeit des Objekts auf der anderen Seite des Lagers, d. h. des über das Teflon gleitenden Teils, nicht zu groß sein sollte, weil ansonsten eine nicht hinnehmbare Beschädigung des Teflonrings auftritt. Wenn die Geschwindigkeit eines erregten Elektromagneten benutzt würde, wie beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 506 445 bekannt ist, würde eine solche Beschädigung auftreten. Durch Verwendung beispielsweise eine langsamer drehenden Elektromotors würde eine solche Beschädigung vermieden.
Die Erfindung wird detaillierter im folgenden unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform erläutert, die in der Zeichnung dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine erste Draufsicht auf das Drehelement und das Hilfselement in einer ersten Stellung; und
Fig. 3 zeigt die Ansicht entsprechend Fig. 2 in einer zweiten Stellung.
In Fig. 1 ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung insgesamt mit 1 bezeichnet. Der wichtigste Teil besteht aus einer Anzahl Säulen 2, in denen eine chemische und/oder physikalische Reaktion mit einem Fluid ausgeführt werden soll, das durch eine Säule dieser Art geleitet wird. Die Säulen 2 sind auf einem Traggestell 3 gehalten, das seinerseits mittels des Lagers 4 auf einer Basis 5 abgestützt ist, die sehr schematisch dargestellt ist. Das Traggestell 3 und auch die Säulen sind drehbar angeordnet, so dass das Fluid zahlreiche aufeinander folgende Behandlungen erfahren kann. Um eine Verbindung mit der Umgebung herzustellen, ist ein insgesamt mit 6 bezeichnetes Drehventil vorhanden.
Der hier dargestellte Aufbau dreht um die Welle 7. Auf einer Seite ist diese Welle 7 mit dem Traggestell 3 fest verbunden, und auf der anderen Seite ist mit einer Riemenscheibe 8 versehen. Natürlich ist auch ein geeignetes Lager vorhanden. Die Riemenscheibe 8 ist über einen Riemen mit einer Riemenscheibe 9 des Antriebsmotors 10 verbunden. Eine Büchse 11 ist um die Welle 7 angeordnet, die gegenüber der Welle drehbar ist und die über Riemenscheiben 12 und 13 mittels des Motors 14 angetrieben werden kann. Dies bedeutet, dass in dem hier gezeigten Aufbau das Traggestell 3 unabhängig von der Büchse 1 drehen kann.
Die Säule 2 ist mit Leitungen 18 und 19 versehen, die sich in die obere Scheibe oder obere Ventilplatte des Drehventils 6 öffnen. Diese obere Scheibe 20 besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Diese Scheibe ist drehfest mit der Welle 7 verbunden und führt daher die gleiche Drehbewegung wie das Traggestell 3 aus. Diese Scheibe ist mit Öffnungen versehen, die den Leitungen 18, 19 entsprechen. Zwei dieser Öffnungen sind in den Fig. 2 und 3 mit 29 und 30 bezeichnet.
An diese Scheibe schließt sich die stationäre oder Hilfsscheibe 21 abgedichtet an. Diese Hilfsscheibe 21 besteht vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Stahl, Hastelloy und anderen Materialien, die im Stand der Technik bekannt sind. Falls geeignet, kann eine weitere Scheibe zwischen den Scheiben 20 und 21 vorhanden sind. Es ist möglich, einen Teflonring vorzusehen, der in den Zeichnungen mit 38 gezeigt ist. Dieser Ring dient als Lagerungs- und Dichtungsring zwischen den Scheiben 20 und 21. Weiterhin kann in den Vertiefungen 39 und 40 im drehbaren Abschnitt 20 und im Hilfsabschnitt 21 eine Dichtung angeordnet sein. Diese kann beispielsweise eine Radialdichtung sein, die mit 41 bezeichnet ist. Die Scheibe 21 ist drehfest mit der Büchse 11 verbunden. Die Scheibe 21 ist auch mit Öffnungen versehen, die in den Fig. 2 und 3 mit 33, 34, 36, 37 bezeichnet sind. An diese Öffnungen schließen sich Leitungen 22 und 23 an, die in gewissem Ausmaß flexibel sind. All dies ist derart gestaltet, dass die Scheibe 21 hin- und hergehend über einen begrenzten Winkel drehen kann, ohne diese Leitungen 22 und 23 übermäßig zu belasten. Die Leitungen 22 und 23 sind mit der Quelle bzw. dem Auslass des fraglichen Fluides verbunden.
Der Sensor 24 misst die Stellung des Traggestells 3, während der Sensor 26 die Position der Büchse 11 bestimmt. Die sich ergebenden Signale werden zur Steuereinheit 25 übertragen, die die Drehung des Motors 14 bestimmt. Das Steuersystem 25 kann auch zur Steuerung der Drehung des Motors 10 verwendet werden.
Die Fig. 2 und 3 zeigen etwas vergrößerte Ansicht der Scheiben 20 und 21 und der oben erwähnten Öffnungen 29 und 30 in der Scheibe 20 und 33, 34 und 36, 37 in der Scheibe 21.
Die oben beschriebene Vorrichtung funktioniert wie folgt. Beginnend von einer ersten Stellung, die in Fig. 1 gezeigt ist, dreht der Motor 10 kontinuierlich, d. h. das Traggestell führt eine durchgehende Drehbewegung aus. Diese Bewegung ist in Fig. 2 mittels des Pfeiles 31 dargestellt.
Der erste Teil dieser Bewegung wird von der Scheibe 21 verfolgt, d. h. der Motor 14 wird mit Hilfe des Steuersystems 25 derart gesteuert, dass die Scheibe 21 sich im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Scheibe 20 während dieses ersten Teils der Bewegung bewegt. Als Folge sind die Öffnungen 29 und 30 auf die Öffnungen 33, 34 ausgerichtet. Die Steuerung kann mittels Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren 24 und 26 stammen. Nachdem die Scheibe 20 einen vorbestimmten Winkel überstrichen hat, der vorzugsweise die folgende Gleichung α = 360/n erfüllt, wobei n die Anzahl der Säulen 2 ist, fährt die Scheibe 20 mit ihrer Drehbewegung fort, da das Traggestell 3 eine kontinuierliche Drehbewegung ausführt. Die Bewegung der Scheibe 20 wird jedoch angehalten, und diese Scheibe wird schnell zurück in die Richtung des Pfeiles 35 bewegt, so dass die Öffnungen 29 und 30 auf die Öffnungen 36 und 37 ausgerichtet werden (Fig. 3). Dann wird die langsamere Drehbewegung der Scheibe 20 wieder von der Scheibe 21 verfolgt, bis der oben beschriebene Drehwinkel überstrichen ist, woraufhin eine Fortschaltbewegung dieser Art erneut stattfindet.
Falls geeignet, können die oben beschriebenen Öffnungen 29, 30, 33, 34 und 36, 37 schlitzförmige Gestalt haben.
Es versteht sich, dass auf diese Weise eine Unterbrechung der Fluidströmung auf ein Minimum begrenzt ist, wodurch die Reaktionszeit optimiert wird. Darüber kann die Vorrichtung von relativ einfachem Aufbau sein, ohne dass gesonderte strukturelle Maßnahmen erforderlich sind.
Es ist auch möglich, vorhandene Anlagen ohne zu große Schwierigkeiten umzuwandeln, um ihre Leistung zu steigern.

Claims

1. Vorrichtung (1) zum Behandeln eines Fluids, die eine Anzahl von Säulen (2) umfasst, durch die das Fluid geleitet wird, wobei die Säulen auf einem gemeinsamen drehbaren Tragegestell (3) angeordnet und mit Zufuhr- sowie Ablasseinrichtungen (18, 19) versehen sind, die mit einem Drehelement (20) verbunden sind, wobei das Drehelement im Wesentlichen der Bewegung des Tragegestells folgt, wobei ein Hilfselement (21) vorhanden ist, das der Bewegung des Drehelementes über einen begrenzten Winkel (α) folgt und anschließend zurückbewegt wird, wobei das Hilfselement (21) sowie das Drehelement (20) mit zusammenwirkenden Öffnungen für die Zufuhr/das Ablassen des Fluids versehen sind und das Hilfselement (21) mit Verbindungen mit einer/einem stationären Zufuhr/Ablass (22, 23) des Fluids versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoreinrichtungen (24, 26) vorhanden sind, die die Position des Drehelementes und/oder des Hilfselementes bestimmen und mit der Steuereinrichtung (25) verbunden sind und die Bewegung des Hilfselementes und/oder des Drehelementes (20) steuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Antrieb des Hilfselementes einen Elektromotor (14) umfasst, der von der Steuerung (25) gesteuert wird.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Antrieb des Drehelementes einen kontinuierlichen Antrieb umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die/der Zufuhr/Ablass (22, 23) für das Fluid zu den Hilfselementen einen flexiblen Schlauch umfasst.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Sensoreinrichtungen (24, 26) vorhanden sind, die die Position sowohl des Drehelementes als auch des Hilfselementes bestimmen und mit einer Steuereinrichtung (25) verbunden sind, die die Bewegung der Hilfseinrichtung und/oder des Tragegestells (3) beeinflusst.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Drehelement mit dem Tragegestell (3) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Drehelement unterhalb der Säulen (2) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der begrenzte Winkel (α) durch die folgende Gleichung bestimmt wird: α = 360/nº, wobei n die Anzahl von Säulen auf dem Tragegestell (3) ist.