Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von monodispersen Pastillen oder Kugeln mit einem starren Rahmen, einer in diesem angeordneten rohrförmigen Extrudiereinrich- tung mit Ausströmöffnungen für die zu pastillierende Masse und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von periodisch wir¬ kenden Trägheitskräften, unter deren Einwirkung die extru- dierten Massenstrahlen abgeschert werden.

Es gibt Einrichtungen, die Tropfen nach dem oben erwähnten Prinzip herstellen. Diese Einrichtungen arbeiten zum Teil mit Zufälligkeiten im Zusammenhang mit der Hydrodynamik und einem Strahlabtrennprinzip, welche die exakte Kontrolle des Ab¬ schermoments und folglich der Abmessungen des abgetrennten Tropfens nicht ermöglichen.

Aus der CH 6 75 370 A5 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Massenherstellung von kleinen, im wesentlichen kugelför¬ migen ein- oder mehrschichten Teilchen bekannt. Bei dieser bekannten Bauart ist ein Düsenkopf mit mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Düsen vorgesehen, durch die jeweils eine Kernmasse, eine den späteren Mantel bildende Masse, so¬ wie eine Hüllmasse zugeführt werden. Die aus den konzentri-

schen Düsen austretenden Strahlen werden über einen Vibrator Schwingungen unterworfen, die zu einer periodischen Beschleu¬ nigung und Verzögerung der austretenden Strahlen führen, die, wenn die äußeren Strahlen auch noch eine größere Geschwindig¬ keit haben, zu einem Abreißen einzelner Teilchen führen. Die¬ se Teilchen werden von dem Hüllstrom in ein Puffermedium ge¬ führt, das zu einer Verfestigung der Teilchen führt und gleichzeitig dazu dient, die verfestigten Teile nach außen abzuführen.

Vorrichtungen dieser Bauart setzen eine exakte Steuerung und Abstimmung der verschiedenen Massestrahlen voraus. Geringfü¬ gige Abweichungen in den Strömungsverhältnissen führen dazu, daß die Teilchen nicht mehr monodispers sind. Von den einge¬ stellten Strömungsverhältnissen hängt auch die Abtrennung der Teilchen ab.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Abtrennen eines Strahles ohne Berücksichtigung schwieri¬ ger Strömungsverhältnisse erfolgt und zwar so, daß der Moment des Abtrennens in relativ einfacher Weise bestimmt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der ein¬ gangs genannten Art vorgeschlagen, daß die rohrförmige Extru- diereinrichtung aus einem beweglich im Rahmen gehaltenen Rohr mit parallel zu seiner Achse angeordneten Bohrungen besteht, und daß als Einrichtung zur Erzeugung der periodisch wirken¬ den Trägheitskräfte mindestens ein Agitator vorgesehen ist, mit dem das Rohr periodisch senkrecht zu seiner Achse, d.h. senkrecht zur Strömungsbewegung der Masse, parallel verscho¬ ben, oder zu einer periodischen Drehbewegung in einem kleinen Winkel um eine außerhalb des Rohres liegende und parallel zu einer Generatrix des Rohres verlaufende Achse angeregt wird.

Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der hydrodynamischen Strömung mit geringstmöglicher Turbulenz der Vorzug zu geben ist vor einer Strömung, die der Sitz von Wir¬ beln und Segregationsfaktoren sein kann. Die gewählte Form des Extrusionskopfes ist daher nicht gleichgültig, und es hat sich gezeigt, daß mit der Erfindung eine Laminarströmung und eine schnelle Zirkulation der Masse im Extrusionskopf gewähr¬ leistet werden kann. Aus diesem Grunde läßt die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Masse innerhalb eines Rohrs, geradli¬ nig zumindest auf Höhe der Extrusionsdüsen, zirkulieren. Sie bietet ferner die Vorteile einfacher Konzeption, Herstellung, Montage und Wartung. Die Düsen sind vorteilhaft längs ange¬ ordnet, d.h. entlang einer Generatrix des Rohrs.

Drei Bewegungsarten können vorgesehen werden:

Verschiebung

Verschiebung senkrecht zur Drehachse,

Drehung um die Drehachse.

Die erste ist ungünstig vom Gesichtspunkt der Produktivität aus, da ja die Parabelachse der Dispersion sich mit derjeni¬ gen der Öffnungen überschneidet, und es würde die Gefahr be¬ stehen, daß die Strahlen sich gegenseitig beeinflussen, wenn die Düsen nicht genügend Abstand haben.

Die zweite ist interessant, da ja die Parabelachse vertikal zur Achse der Öffnungen verläuft, wodurch die Strahlen sich nie gegenseitig beeinflussen können und man daher viel mehr Öffnungen pro Längeneinheit vorsehen kann.

Die letzte ist ebenfalls zufriedenstellend aus dem gleichen Grund. Sie wirft indessen Probleme auf insoweit, als die An¬ triebsgeschwindigkeit des Rohrs (beim Drehen) dem Fluid keine Gesamtbewegung verleiht, wie dies eine Verschiebung tut, son¬ dern ein Abscheren des Fluids hervorruft, das zu Extrusions- fehlern führen kann.

In Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei der Bewegung des Rohrs um eine periodische Parallelverschiebung senkrecht zur Achse des Rohrs, also zur Zirkulationsachse der Masse, oder auch um eine periodische Drehbewegung in einem schwachen Winkel um eine Achse parallel zu einer Generatrix des Rohrs, aber außerhalb des Rohrs, außerdem wird diese Bewegung durch eine Wechselfolge von Phasen mit quasi-konεtanter Geschwindigkeit und Phasen mit schnell wechselnder Verschieberichtung gebildet.

Nach einem anderen Merkmal ermöglichen die Agitatoren allein gleichzeitig die Verschiebung des Rohrs mit quasi-konstanter Geschwindigkeit und die Änderung seiner Verschieberichtung.

Nach einem anderen Merkmal ist die Vorrichtung außerdem auf jeder Seite des Rohrs mit einem oder mehreren Anschlägen, vor¬ teilhaft aus Metall, versehen, die mit dem Rahmen starr ver¬ bunden sind und auf die das Rohr einmal pro Periode aufprallt, so daß es sehr schnell die Richtung seiner Verschiebung um¬ kehren kann; ferner dienen die Agitatoren des Rohrs zur Kom¬ pensation der diversen Energieverluste, von denen das Rohr während seiner ballistischen Verschiebung zwischen den beiden Anschlägen oder Serien von Anschlägen betroffen wird, wie z.B. die Verluste durch Luft- und Lagerreibungen oder die Verluste beim Aufprallen auf die Anschläge.

Nach einem anderen Merkmal sind die Vorrichtungen, mit denen das Rohr in Bewegung gehalten wird, nur während der ballisti¬ schen Verschiebephase des Rohrs zwischen den beiden Anschlägen oder Serien von Anschlägen in Aktion, wobei diese Vorrichtungen also direkt auf das Rohr wirken.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Vorrichtungen, mit denen das Rohr in Bewegung gehalten wird, nur während des Kon¬ takts des Rohrs mit einem Anschlag in Aktion; sie wirken also nicht direkt auf das Rohr, sondern auf die Anschläge, wobei sie

ihre Position, ihre Geschwindigkeit oder auch ihre Elastizität ändern.

Nach einem weiteren Merkmal bestehen die Vorrichtungen zur Bei¬ behaltung der Bewegung aus einer beweglichen Spule in einem durch einen Permanentmagnet polarisierten Magnetkreis, die mit dem Rohr durch eine Kugelverbindung und mit dem Rahmen starr verbunden ist, außerdem sind ein geeigneter Elektronikkreis zur Speisung dieser beweglichen Spule und eventuell ein Positions¬ aufnehmer zur Bestimmung der Position des Rohrs vorgesehen.

Nach einem anderen Merkmal ist das Rohr solidarisch für die bewegliche Belegung eines Luftdrehkondensators, dessen feste Belegung starr mit dem Rahmen verbunden ist, wobei das Ganze die Vorrichtungen zur Beibehaltung der Bewegung bildet; außerdem sind ein geeigneter Elektronikkreis, mit dem Kapazität des Kondensators und somit die Intensität der durch die feste Belegung auf die bewegliche Belegung ausgeübten Kraft variiert werden kann, sowie eventuell ein Positionsaufnehmer zur Be¬ stimmung der Position des Rohrs vorgesehen.

Die Vorrichtungen, mit denen das Rohr in Bewegung gehalten wird, bestehen vorteilhaft aus einer oder mehreren piezoelek¬ trischen Keramiken in Zweielementenkristall-Ausführung, deren eines Ende in den Rahmen und das andere in das Rohr eingelassen ist und die dem Rohr eine Kraft tangential zur Drehbewegung des Rohrs um seine Drehachse verleihen; außerdem sind elektronische Steuerungen für die piezoelektrischen Keramiken und eventuell ein oder mehrere Positionsaufnehmer zur Bestimmung der Posiiton des Rohrs vorgesehen.

Nach einem weiteren Merkmal oszilliert das Rohr nur zwischen zwei Anschlägen, der eine auf der einen Seite des Rohrs und der andere auf der anderen Seite, und die piezoelektrischen Kera¬ miken werden alle gleichzeitig gesteuert.

Nach einem weiteren Merkmal oszilliert das Rohr nur zwischen zwei Anschlägen, der eine auf der einen Seite des Rohrs und der andere auf der anderen Seite, und die piezoelektrischen Keramiken werden alle individuell gesteuert, so daß durch Ein¬ wirken auf die Phase und Intensität der Kraft, die durch jede piezoelektrische Keramik auf den Teil des Rohrs, in den sie eingelassen ist, ausgeübt wird, die Biegeverformungen des Rohrs korrigiert werden können; ferner ist eventuell ein Positions¬ aufnehmer pro piezoelektrischer Keramik vorgesehen.

Das Rohr kann auch zwischen zwei Serien von Anschlägen oszil¬ lieren, die eine auf der einen Seite des Rohrs und die andere auf der anderen Seite, alle beide in derselben Anzahl von An¬ schlägen und vorteilhaft so angeordnet, daß irgendeinem An¬ schlag auf der einen Seite des Rohrs symmetrisch in bezug auf die Achse des Rohrs ein Anschlag auf der anderen Seite des Rohrs zugeordnet ist; pro Anεchlagspaar ist eine piezoelek¬ trische Keramik vorhanden, die alle individuell gesteuert werden, so daß durch Einwirken auf die Phase und Intensität der Kraft, die durch jede piezoelektrische Keramik auf den Teil des Rohrs, in den sie eingelassen ist, ausgeübt wird, die Biege¬ verformungen des Rohrs korrigiert werden können; außerdem ist eventuell ein Positionsaufnehmer pro piezoelektrischer Keramik vorgesehen.

Vorteilhaft oszilliert das Rohr nur zwischen zwei Anschlägen, der eine auf der einen Seite des Rohrs und der andere auf der anderen Seite, jeder starr mit einer piezoelektrischen Keramik verbunden, die in der Biegung auf dieselbe Art wie die Metall¬ anschläge arbeitet, vorteilhaft aufgeklebt auf die FLäche des Anschlags gegenüber der Fläche, auf die das Rohr trifft; außer¬ dem sind elektronische Steuerungen für die beiden piezoelek¬ trischen Keramiken vorgesehen.

In einer Variante oszilliert das Rohr zwischen zwei Serien von Anschlägen, die eine auf der einen Seite des Rohrs und die

andere auf der anderen Seite, alle beide in derselben Anzahl von Anschlägen und vorteilhaft so angeordnet, daß irgendeinem Anschlag auf der einen Seite des Rohrs symmetrisch in bezug auf die Achse des Rohrs ein Anschlag auf der anderen Seite des Rohrs entspricht, jeder starr mit einer piezoelektrischen Keramik verbunden, die in der Biegung auf dieselbe Art wie die Metallanschläge arbeitet, vorteilhaft aufgeklebt auf die Fläche des Anschlags gegenüber der Fläche, auf die das Rohr trifft, wobei all diese piezoelektrischen Keramiken individuell ge¬ steuert werden, so daß durch Einwirken auf die Phase und Intensität der Kraft, die von jeder Keramik auf ihren Anschlag ausgeübt wird, die Steifigkeit des Anschlags kontrolliert und somit die Biegeverformungen des Rohrs korrigiert werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Prinzipschnitt einer erfindungsgemäßen Vor¬ richtung, die mit einem Rohr versehen ist,

Fig. 2 den Schnitt des Rohrs der Fig. 1, während es zwischen zwei Serien von Anschlägen oszilliert,

Fig. 3 den Schnitt durch den Agitator des Rohrs der Fig. 1 in "Lautsprecher"-Art, wobei eine bewegliche Spule, ein Magnetkreis, ein Permanentmagnet und eine Kugel¬ verbindung zwischen Spule und Rohr vorgesehen ist,

Fig. 4 den Schnitt durch eine Variante, bei der das Rohr "im Flug" durch piezoelektrische Keramiken (Zweielemen- tenkristalle) in Bewegung gehalten wird,

Fig. 5 den Schnitt durch die Vorrichtung der Fig. 4, mit der das Rohr im Moment des Stoßes durch piezoelektrische Keramiken in Bewegung gehalten wird,

Fig. 6 den Verlauf der Position der Düsen in Abhängigkeit von der Zeit, und

Fig. 7 die Abtrennung eines "Tropfens" sowie die Bahn und die Kugelformung der bereits extrudierten "Tropfen".

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schema¬ tisch dargestellt, die aus einem starren Rahmen in der Form einer nach unten offenen rechteckigen Haube und aus einem etwa in der Form eines U gebogenen Rohr (2) besteht, das mit beiden Schenkeln durch die geschlossene Seite des Rahmens (1) hin¬ durchgeführt ist und zwar so, daß es senkrecht zu seiner Längsachse (20) bewegt werden kann und die gedachten Pen¬ delachsen (21) parallel zu der Achse (20) verlaufen. Dabei braucht nicht unbedingt für eine Pendellagerung, etwa durch elastische Aufhängung in der Höhe der Achse (21) gesorgt werden. Es genügt auch die Eigenelastizität des Rohres (2) selbst, die für die zur Tropfenformung notwendige Bewegung senkrecht zur Achse (20) sorgen kann. Voraussetzung ist, daß die gedachte Achse (21) ausreichend weit von der Längsachse (20) des Rohres (2) entfernt ist.

Das Rohr (2) ist, wie insbesondere den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, auf der zum offenen Teil des Rahmens (1) weisenden Seite mit mehreren Bohrungen (3) versehen, die in Reihe hintereinander parallel zur Achse (20) angeordnet sind. Mit Hilfe eines Agitators (4) , im vorliegenden Fall eines Vibrationssystems, können auf das Rohr transversale Beschleu¬ nigungen übertragen werden, die, wie noch auszuführen sein wird, zur Tropfenbildung ausgenützt werden.

Möglich wäre es auch, das Rohr (2) nicht U-förmig auszubilden, sondern als gerades Rohr und es dann in einer oder mehreren Gleitbahnen, die senkrecht zu seiner Achse (20) verlaufen, zu führen. Auch dann könnte ein Vibrationssystem änlich dem Agi¬ tator (4) verwendet werden. Im Ausführungsbeispiel ist, wie bereits angedeutet, zur Querverschiebung des Rohres senkrecht zur Achse (20) eine Drehung um die Achsen (21) vorgesehen. Da der Abstand zwischen den Achsen (21) und (20) groß genug ge¬ wählt ist, kommt bei den kleinen Drehwinkeln die in der Fig. 1 gezeigte Lösung einer reinen Parallelverschiebung des Rohres (2) in der Praxis gleich.

Durch das Rohr (2) wird im Sinne der Pfeile (22) die zu ver¬ tropfende Masse hindurchgeführt und zwar so, daß die Strömung im Bereich der Bohrungen (3) möglichst gleichmäßig ist.

Das Abscheren der extrudierten Masse erfolgt durch heftige Agi¬ tation des als Extrusionskopf dienenden Rohres (2) mittels des Vibrationssystems (4) , mit dem an die als Extrusionsdüsen die¬ nenden Bohrungen (3) transversale Beschleunigungen übertragen werden. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, werden, da sich die Geschwindigkeit des Rohrs (2) und somit der Düsen (3) perio¬ disch ändert, die abgetrennten "Tropfen" abwechselnd in zwei entgegengesetzte Richtungen geschickt, wodurch verhindert wird, daß sie wieder zusammenwachsen. Dabei haben die "Tropfen" (20) zunächst noch die Form des eben abgescherten Stranges, die dann in freiem Flug (siehe 20', 20' ' und 20*'*) in die Form eines Tropfens im eigentlichen Sinn übergeht. Diese Tropfen (20 ¹ ' ¹ ) können in beliebiger Art und Weise zur Erstarrung gebracht wer¬ den. Dies kann z.B. durch freien Fall in einem Kühlturm, durch Auffangen in einer flüssigkeitgefüllten Kühlwanne oder auch durch Aufgabe auf ein Kühlband geschehen.

Es ist leicht verständlich, daß zur Beherrung des Volumens des bei jeder Beschleunigung extrudierten "Tropfens" die Beherr¬ schung

der Extrusionεdauer zwischen zwei Beschleunigungen des Moments der Beschleunigung und der Dauer der Verlangsamungs-/Beschleunigungsphase

notwendig ist. Insbesondere wird die Spaltungsfläche zwischen zwei Abschnitten umso besser definiert, je schneller sich die Geschwindigkeit umkehrt. Daher die Notwendigkeit einer großen Beschleunigung, also großer Kräfte. Eine gute Definition der Spaltungsfläche führt zu einer guten Reproduzierbarkeit der Länge des "Tropfens" und somit des Volumens der extrudierten Masse.

Andererseits ist es wichtig, daß der "Tropfen" während der Extrusion nicht durch Geschwindigkeitsänderungen des Rohrs (2) gestört wird, abgesehen natürlich von den gewollten, die das Abscheren des Strahls ermöglichen. Die Extrusion des Strahls durch die Düsen (3) ist nämlich Druckkräften innerhalb des Rohrs (2) unterworfen, die man als konstant betrachten kann. Wenn das Rohr (2) im Moment der Extrusion nicht selbst mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, wird der "Tropfen" während des Extrusion verformt, wodurch seine Ko- aleszenz gestört und er eventuell abgeschert werden kann.

Man versteht daher schließlich, daß eine Qualitätsproduktion - d.h. eine Erzeugung von monodispersen, also gleichgroßen Tropfen, über die Einhaltung der beiden folgenden Bedingungen geht:

möglichst heftige Beschleunigungen im Moment des Abscherens,

Extrusionsphasen mit möglichst konstanter Geschwindig¬ keit (Rohr in "ballistischem Flug") .

Die ideale Verschiebung des Rohrs (in Abhängigkeit von der Zeit) erfolgt daher sägezahnweise und in der Praxis durch eine Wechselfolge von Verschiebungen mit quasi-konεtanter Geschwin-

digkeit (die Position ist in linearer Abhängigkeit von der Zeit) und äußerst brutalen Änderungen der Verschieberichtung (die Position ist in sinusförmiger Abhängigkeit von der Zeit) , wie aus Fig. 6 zu ersehen ist.

In einer ersten Ausführungsform wird das Rohr (2) mit den Öffnungen (3) konstant gesteuert, d.h., daß die Bewegung keine Phasen aufweist, in denen die Verschiebung des Rohrs Trägheits¬ kräften allein unterworfen wäre. Ebenso wird die Richtungs¬ änderung der Bewegung durch den Agitator selbst (4) verursacht, der die Richtung seiner Kraft sehr schnell umkehrt. Dieses Prinzip weist indessen zwei große Nachteile auf:

Eine sehr heftige Änderung der Verεchiebeeinrichtung führt zu sehr starken, also voluminösen Agitationssystemen (4), die große Energiekosten verursachen und dem System zu viel Wärme zuführen, während die Temperatur der Masεe im allge¬ meinen sorgfältig kontrolliert werden muß - nicht nur, damit sie nicht fest wird, sondern auch, damit die Substanzen, die sie enthält, nicht durch die Temperatur zerstört werden (das ist vor allem der Fall in der Pharmazie, wenn die aktiven Bestandteile in einem Bindemittel, der Masse, versenkt sind) .

Das Agitationssystem (4) ist ständig treibend: es arbeitet nicht nur während des ganzen Arbeitszyklus' sondern erlaubt auch nicht, die kinetische Energie des Rohrs (2) im Moment seines Bremsens zurückzugewinnen, um sie für seine Widerbe- schleunigung zu nutzen.

Aus diesem Grunde gibt man einer Ausführungsform den Vorzug, bei der die Änderung der Bewegungsrichtung durch einen Stoß gegen einen oder mehrere mechanische Anschläge (5) , die starr mit dem massiven Rahmen (1) verbunden sind, herbeigeführt wird. Während des Aufpralls wird die kinetische Energie des Rohrs (2) in elastische Verformungsenergie des Anschlags (5) umgewandelt,

dann dem Rohr (2) im Moment der Entspannung zurückgegeben. Die Agitatoren (4) des Rohrs (2) dienen also nicht mehr zur Ände¬ rung der Verεchieberichtung deε Rohrε, εondern einfach zur Bei¬ behaltung εeiner Bewegung, die darin beεteht, die Verluεte durch Luft- und Lagerreibungen und die Verluεte durch die "Nichtelaεtizität" deε Stoßes gegen die Anschläge (5) zu kom- penεieren. Eε iεt daher leicht zu verεtehen, daß die Leiεtung deε Agitatorε viel geringer zu sein braucht als die des vorherigen.

Die zur Beibehaltung der Bewegung erforderliche Energie kann entweder während des "Flugs" des in der Art eines Pendels zwi- εchen seinen beiden Anschlägen (5) hin- und hergehenden Rohres (2) oder im Moment des Aufpralls selbst geliefert werden. In allen Fällen kann die Energie dem System entweder zweimal pro Periode, nur einmal, oder auch nur einmal allen Perioden zuge¬ führt werden.

Im ersten Fall können wahlweise:

klasεische elektrodynamische Systeme mit beweglicher Spule (6) in einem durch einen Permanentmagnet (8) polarisierten Magnetkreiε, ähnlich Lautsprecher- motoren, kapazitative Syεte e, deren Extruεionsorgan mit der beweglichen Belegung eines Drehkondensator verbunden ist, piezoelektrische Systeme mit Zweielementenkristallen (10) , die große Verschiebungen ermöglichen,

eingesetzt werden.

Im zweiten Fall wird die zur Beibehaltung der Bewegung erfor¬ derliche Energie im Moment des Stoßes gegen den Anschlag (5) geliefert, indem dieser letztere auf einen "Antrieb" montiert wird. In der Praxis iεt der am leichtesten in diesem Rahmen

einsetzbare" Antrieb" eine piezoelektrische, auf den Aufschlag aufgeklebte Keramikleiste (11), direkt in Kontakt mit dem Rohr (2) oder, vorteilhaft, zwischen dem Anschlag (5) und dem masεi- ven Rahmen (1) . Zwiεchen zwei Stößen gegen die Anεchläge (5) wird daε Rohr (2) daher nicht mehr den Trägheitεkräften allein unterworfen, waε den "Tropfen" während der Extruεion eine aus¬ gezeichnete Geometrie verleiht.

Es werden die Spannungen untersucht, die durch die Hydrodynamik (Nichtsegregation der Masse) und den monodispersen Charakter, den die Produktion aufweisen muß (schnelle Richtungεände- rungen) , an der Vorrichtung auftreten. Die oben beschriebenen Systeme sind jedoch noch nicht ganz zufriedenstellend im Hin¬ blick auf die Regelmäßigkeit ihrer Produktion. Das rührt daher, daß das Rohr (2) bisher als ein vollkommen starres Element be¬ handelt wurde, während es doch Verformungen unterworfen ist. Das Problem stellt sich, wenn man das Vieldüsengerät auf der Grundlage eines Geräts mit einem Eindüsenrohr extrapoliert.

Aus Gründen der Produktivität ist es notwendig, in das Rohr (2) die größtmögliche Anzahl von Düεen (3) zu bohren, vorzugsweise entlang einer Generatrix. Im ersten Ausführungsbeispiel - in dem das Rohr zwischen zwei Anschlägen (5) , jeweils auf einer Seite des Rohrs (2) , oszilliert - breitet sich die durch den Stoß erzeugte Verdichtungswelle am ganzen Rohr (2) entlang auε ab dem Kontaktpunkt zwischen dem Anschlag (5) und dem Rohr (2) , was eine Biegung des letzteren bewirkt und eventuell die Erre¬ gung von Biegungseigenschwingungen. Die Düsen (3) , obwohl sie gleichmäßig entlang des Rohrs (2) verteilt sind, haben daher nicht alle dieselbe Bewegung, und eε ist somit unmöglich, eine gleichmäßige Produktion zu erhalten.

Das Rohr (2) darf daher nicht als ein starres, unverformbares Element betrachtet werden. Die Korrektur εeiner Deformationen soll daher durch das Bewegungsbeibehaltungεsyste selbst (4) erfolgen, das keine punktuellen Kräfte mehr ausübt, sondern sie

entlang des Rohrs (2) verteilt und gemäß dem Verlauf der Bie¬ gungslinie dosiert (gemessen entweder durch unabhängige Auf¬ nehmer oder, wenn möglich, durch die Vorrichtung (4) selbεt) auεübt. Diese Juεtierung erfolgt in Echtzeit durch eine Steuer¬ elektronik der Antriebe (4) . Wenn daher ein Biegungsmodus auf¬ tritt, verringert sich die Energie, die durch die Antriebe (4) den "voreilenden" Teilen des Rohrs (2) zugeführt wird, während sie sich für die "nacheilenden"Teile des Rohrs (2) erhöht. Auf dieεe Weiεe erhält daε Rohr (2) ein vollkommen starres Ver¬ halten und alle Düsen (3) verhalten sich hinsichtlich ihrer Bewegung gleich. Sie haben daher ein kollektives Verhalten, wobei die individuelle Steuerung der einzelnen Düsen (3) ideal wäre.

In einer vorteilhaften Ausbildung wird das Rohr (2) durch eine Reihe piezoelektrischer Keramiken (10) in Zweielementenkristall- Ausführung in Bewegung gehalten, wobei das eine Ende im masεiven Rahmen (1) und daε andere im Rohr (2) , gemäß einer Generatrix, eingelaεsen ist. Die bei jeder Halbperiode verlorene Energie wird dem System durch diesen Kamm zugeführt.

Bei einer anderen Ausführungsform wird der einzige Anschlag durch eine große Anzahl von Anschlägen (5) auf jeder Seite des Rohrs (2) - z.B. einer pro Düse (3) - ersetzt, um den Stoß bestmöglich entlang des Rohrs (2) zu verteilen; ferner ist noch ein Kamm von Antrieben, vorteilhaft piezoelektrische Keramiken (10) vorgesehen.

Diese Verbesεerung kann auch am Syεtem zur Beibehaltung der Be¬ wegung im Moment des Stoßes vorgenommen werden: das Rohr (2) oszilliert zwischen zwei Serien von Anεchlägen (5) (in gleicher Anzahl und εymmetrisch zum Rohr angeordnet) - z.B. Stahlleisten - auf die piezoelektrische Keramiken (11) aufgeklebt sind; das Ganze ist in den massiven Rahmen (1) eingelassen. Das Meεsen der Biegungslinie des Rohrs (2) kann leicht durch die Keramiken selbst (11) erfolgen. Die Steuerelektronik steuert dann jede

Keramik (11) individuell, was bedeutet, daß die Steifigkeit jeder Stahlleiste (5) reguliert wird: die, auf denen daε Rohr (2) "voreilend" iεt, werden weicher, während die, auf denen daε Rohr (2) "nacheilend" ist, härter werden.

Die Vorrichtung kann zum Beispiel in der pharmazeutischen In¬ dustrie (Medikamente in Granulatform) , in der chemiεchen In¬ dustrie (Chemikalien in Pastillenform, Reinigungsmittel in Granulatform) oder für die landwirtschaftliche Nahrungsmittel¬ industrie eingesetzt werden.

Als Beispiel soll eine Stahlleiste (5) mit piezoelektrischer Keramik (11) im Falle eines rostfreien Stahlrohrs (2) in irgendeiner Länge dimensioniert werden, das mit 1 Düse (3) pro cm versehen ist. Es werden also Stahlleisten (5) und piezo¬ elektrische Keramiken (11) mit 1 cm Breite gewählt:

Aus Fig. 6 ist die Bahn einer Düse (3) im Zeitverlauf erεicht- lich: sie besteht aus einer Folge von "balliεtiεchen Flug"- Phasen mit konstanter Geschwindigkeit, getrennt durch plötz¬ liche sinuεförmige Richtungεänderungen. Daε Ziel ist, die Dauer 2 dieser Richtungsumkehrungen εoweit wie möglich zu reduzie¬ ren. Man ersieht ferner: T = Periode und x = der vom Rohr (2) zurückgelegte Weg während mx seiner Bremsphase.

Im Moment des "Stoßes" wird die gesamte kinetische Energie E des Pendels (2) der Stahlleiste (5) und gleichzeitig der piezo¬ elektrischen Keramik (11) in elastische Verformungsenergie um¬ gewandelt.

Die Stahlleiste (5) und die piezoelektrische Keramik (11) bildet daε Element mit höchster Beanspruchung, denn der Durch¬ schlagsbereich zwischen den beiden Elektroden darf nicht über¬ schritten werden und auch nicht die Elastizitätsgrenze der Außenfaser. Diese beiden Bedingungen zeigen sich in Form einer

charakteriεtiεchen maximalen Energiedichte E des Materials.

Sie variiert somit von 200 J/m 3 bis über 3.000 ^P J/m3.

Die Energie, die die Leiεte (5) speichern und im Moment der Rückεendung deε Rohrε (2) zurückgeben kann, ist abhängig vom Keramik-Volumen V (VLbe) und vom Volumen äquivalent zur Nutz¬ masse:

V = ≡ äq p

= längenbezogene Masse des Pendels (2) p = Dichte der piezoelektrischen Keramik (11) .

Diese Energie beträgt somit:

Der Koeffizient 1/5 berücksichtigt, daß es sich bei der Ver¬ bindung zwischen Anschlag (5) und Rohr (2) um eine Kugelver¬ bindung im Moment des Stoßes handelt.

Die Stahlleiste (5) muß ihrerseits den nicht von der Keramik (11) absorbierten kinetischen Energierest E_ absorbieren:

2

Diese kinetische Energie beträgt E = (1/2) .mv , wobei v die

Geschwindigkeit des Rohrs (2) während seiner ballistischen Phase ist. Diese Geschwindigkeit beträgt:

v= A - 2.Ax

TJl -l.τ

,Δx und ^sollen ausgewertet werden. Die Grundsatzgleichung der auf das Rohr (2) in der Bremsphase angewandten Dynamik ergibt, wenn man die Bremskraft der piezoelektrischen Keramik (11) an¬ gesichts der der Stahlleiste (5) außer acht läßt:

d ² X _ , _v m—r - = -κ.X. dt ²

Integriert man mit den Anf ngsbedingungen x=0 in t=0, und dx/dt =v in t=0, erhält man die wohlbekannte periodische Pulεations- bewegung ß) = -Jk/m und Amplitudenbewegung V /~r :

Daher die Relation zwischen Δx und T :

Folglich, zurückkommend auf die Formel zum Ausdruk der Geschwindigkeit:

A -2.Ax _^ 2Λ T/2 -2.Z T ergibt sich schließlich die energetische Energie:

Man berücksichtigt, daß sich die Leiste (5) wie eine Feder mit

Steife k verhält. Ihre elastische Verformungsenergie wird daher gegeben durch:

Wenn man wie oben die Annäherung Ax = V.T = (2AT)/(T) durchführt, erhält man :

daher k :

Die energetische Bilanz ergibt: E ₂ = E E.. Da E und E. oben errechnet wurden, ist es leicht, E ₂ abzuleiten und schließlich die Steife k der Stahlleiste (5) , also ihre Dimensionen in fine mittels des Ausdrucks der Steife einer eingelassenen Leiste,

ie mit Biegung arbeitet: k = 3EI

dabei bezeichnet /= A. das Trägheitsmoment der Sektion der

12

Leiste (5) in Bezug auf die Achse, nach der die Breite b gemessen wird, und h die ihrer Dicke.

Daher h; h ' = E Ebb

Behandeln wir die folgende numerische Anwendung:

Piezoelektrische Keramik (11] L = 4 cm b = 1 cm e = 1 mm

₃ p = 7,15 kg/cm

3 E = 3,116mJ/cm

P

Stahlleiste (5) L = 4 cm b = 1 cm

E = 200.000 N/mm ²

Bewegung: T = 1 ms

A = 1 mm

IT = 0,1

Rohr (2) Innendurchmesser: 14 mm

Dicke: 0,5 mm

Man erhält: cm Rohr

Daher E ₁ = 0,53 mJ

Jedoch E = 6,86 mJ

Daher E. = 6,33 J

Und schließlich k = 3,17.10 ⁵ N/m

Daher Dicke der Stahlleiste: h = 3,40 mm

Diese Abmessungen sind völlig kompatibel mit den anderen Spannungen (allgemeine Abmessungen des Vibrators, Hydrodynamik, Produktivität, Kosten). Es ist zu bemerken, daß im Ausführungs¬ beispiel der Beitrag der Stahlleiste (5) und der piezoelektri¬ schen Keramik (11) in der Absorption der kinetischen Energie des Rohrs (2) in einem Verhältnis von 12/1 stehen: 92,3 % wird durch die Stahlleiste (5) absorbiert und 7,7 % durch die Keramik (11).

Es ist offenεichtlich, daß, je anεpruchεvoller man auf daε Ver¬ hältnis 7τ ist, desto starrer muß der Anschlag (5) sein: k variiert wie das Quadrat von ?7τ. Da alle anderen Parameter un¬ verändert bleiben, kommt man, wenn man z.B. eine Sektionsdauer deε Strahl von 100 mal kürzer alε die Extruεionsdauer zugrunde legt, zu einer Dicke h von 16 mm.