WO2014096309A1 - Device for loading a fluid with a changing pressure - Google Patents

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WO2014096309A1
WO2014096309A1 PCT/EP2013/077586 EP2013077586W WO2014096309A1 WO 2014096309 A1 WO2014096309 A1 WO 2014096309A1 EP 2013077586 W EP2013077586 W EP 2013077586W WO 2014096309 A1 WO2014096309 A1 WO 2014096309A1
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PCT/EP2013/077586
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Dirk Oberschmidt
Eckart Uhlmann
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Abstract

The present invention relates to a device for loading a utilizable fluid with a changing pressure having a supply device (1) which has a connecting channel (6) which conducts a hydraulic fluid, and having switching means (5) which connect the connecting channel (6) selectively to a first pressure reservoir (3) at a first pressure or to a second pressure reservoir (4) at a second pressure, and having a working device (2) which has a working chamber (12) for receiving the utilizable fluid, a feed channel (12) for the utilizable fluid, which feed channel (12) opens into the working chamber (12) and can be closed by a first closure device (26), and a discharge channel (14) which opens into the working chamber (12) and can be closed by a second closure device (27), wherein the working chamber (12) can be pressure-loaded by a chamber piston (9) on the secondary side of a piston arrangement (8, 9), the primary side of which is subjected to a pressure force in accordance with the pressure which prevails in the connecting channel (6).

Description

Einrichtung zur Beaufschlagung eines Fluids mit wechselndem Druck  Device for applying a fluid with alternating pressure
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und ist mit besonderem Vorteil in der Biotechnologie anwendbar. Speziell bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung, die es erlaubt, ein Fluid mit wechselndem Druck zu beaufschlagen. Dies ist beispielsweise in der Biotechnologie zur Lysathersteliung wichtig, bei der lebende Zellen aufgeschlossen werden, um sie mindestens teilweise in ihre Bestandteile zu zerlegen. The invention is in the field of mechanical engineering and is of particular advantage in biotechnology. Specifically, the invention relates to a device that allows to pressurize a fluid with changing pressure. This is important, for example, in lysate production biotechnology, where live cells are digested to at least partially disassemble them into their constituents.
Es sind grundsätzlich verschiedene Zellaufschiussverfahren bekannt. Eines dieser Verfahren, die Hochdruckhomogenisation, sieht vor, dass Zellen in einer Lösung, speziell einer wässrigen Lösung, einem hohen Druck ausgesetzt werden, der sehr schnell verringert wird. Durch diesen Vorgang wird die Zellwand der Zellen des Fluids zerstört, und die Zellbestandteile gehen in die wässrige Lösung über. Dieses Verfahren ist bisher unter Laborbedingungen durchführbar, jedoch hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Einrichtung zu schaffen, die den beschriebenen Vorgang vereinfacht und in zuverlässiger Weise kontinuierlich oder periodisch durchzuführen erlaubt. Insbesondere ist es bisher üblich, das Fluid, das die aufzuschließenden Zellen enthält, in eine Presse einzubringen, dort mit wechselndem Druck zu beaufschlagen und danach zu entnehmen. Darauf kann neues Zellmaterial in die Presse eingefüllt werden. Ein solches Fluid wird im Folgenden sowohl vor als auch nach Durchlaufen des Bearbeitungsprozesses Nutzfiuid genannt, während das dem Druckaufbau dienende Fluid Hydraulikfluid genannt wird. Beide Fluide sind vorteilhaft weitestgehend inkompressible Flüssigkeiten. In principle, various cell Aufschusussverfahren are known. One of these methods, high pressure homogenization, provides that cells in a solution, especially an aqueous solution, are subjected to high pressure which is reduced very rapidly. This process destroys the cell wall of the cells of the fluid, and the cell components go into the aqueous solution. This method has hitherto been feasible under laboratory conditions, however, the object of the invention is to provide a device which simplifies the process described and allows to carry out reliably or continuously in a reliable manner. In particular, it has hitherto been customary to introduce the fluid containing the cells to be disrupted into a press, to act there with alternating pressure and then to remove it. Then new cell material can be filled into the press. In the following, such a fluid is called Nutzfiuid both before and after it has passed through the machining process, while the fluid used for the pressure build-up is called hydraulic fluid. Both fluids are advantageously largely incompressible liquids.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gelöst durch eine The object is achieved with the features of the invention by a
Einrichtung gemäß Patentanspruch 1. Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf eine Einrichtung zur Beaufschlagung eines Nutzfiuids mit wechselndemDevice according to claim 1. The invention accordingly relates to a device for applying a Nutzfiuids with changing
Druck mit einer Versorgungseinrichtung, die einen Verbindungskanal aufweist, der ein Hydraulikfluid führt, sowie mit Schaltmitteln, die den Verbindungskanal wahlweise mit einem ersten Druckreservoir mit einem ersten Druck oder mit einem zweiten Druckreservoir mit einem zweiten Druck verbinden, und mit einer Arbeitseinrichtung, die eine Arbeitskammer zurPressure with a supply device having a connection channel which carries a hydraulic fluid, and with switching means which connect the connection channel optionally with a first pressure reservoir having a first pressure or with a second pressure reservoir having a second pressure, and having a working device which a working chamber to
Aufnahme des Fluids, einen in der Arbeitskammer mündenden, durch eine erste Verschlussvorrichtung verschließbaren Zuleitungskanal für das Nutzfiuid und einen in der Arbeitskammer mündenden, durch eine zweite Verschlussvorrichtung verschließbaren Ableitungskanai aufweist, wobei die Arbeits- kammer durch einen Kammerkolben auf der Sekundärseite einer Kolbenanordnung druckbeaufschlagbar ist, deren Primärseite einer Druckkraft entsprechend dem in dem Verbindungskanal herrschenden Druck ausgesetzt ist. Die Einrichtung weist demnach zunächst eine Versorgungseinrichtung auf, welche ihrerseits einen Verbindungskanal aufweist, der durch die Schaltmittel mit einem Hydraulikfluid unter einem ersten Druck oder einem zweiten Druck beaufschlagt werden kann. Werden die Schaltmittel betätigt, so kann der Druck im Verbindungskana! entsprechend vom ersten Druck zum zweiten Druck oder umgekehrt geändert werden. Die Versorgungseinrichtung arbeitet vorteilhaft mit einer inkompressiblen Flüssigkeit als Hydraulikfluid, und die Schaltmittel können beispielsweise durch Ventile, insbesondere Hydraulikventile, gebildet sein, so dass beim Betätigen der Schaltmittel der Druck in dem Verbindungskanal sehr schnei! geändert werden kann. Der Verbindungskanal weist vorzugsweise eine wenigstens einen geraden und bezüglich seines Querschnitts konstanten Abschnitt auf. Receiving the fluid, a opening in the working chamber, closable by a first closure device supply channel for the Nutzfiuid and an opening in the working chamber, closable by a second closure device Ableitungskanai, wherein the working chamber is pressurized by a chamber piston on the secondary side of a piston assembly, whose primary side is subjected to a compressive force corresponding to the pressure prevailing in the connecting channel. Accordingly, the device initially has a supply device, which in turn has a connection channel, which can be acted upon by the switching means with a hydraulic fluid under a first pressure or a second pressure. If the switching means are actuated, the pressure in the connecting channel can! be changed from the first pressure to the second pressure or vice versa. The supply device advantageously works with an incompressible liquid as hydraulic fluid, and the Switching means can be formed, for example, by valves, in particular hydraulic valves, so that when the switching means are actuated, the pressure in the connecting channel is very low! can be changed. The connecting channel preferably has at least one straight and with respect to its cross section constant section.
Die Einrichtung weist zudem eine Arbeitseinrichtung auf, in deren Arbeitskammer das zu bearbeitende Nutzfluid, beispielsweise in Form von Zellmate- riai, angeordnet ist, wobei die Arbeitskammer mittels einer Kolbenanordnung druckbeaufschlagbar ist, die sekundärseitig auf der Seite der Arbeitskammer einen Kammerkolben aufweist, wobei durch die Kolbenanordnung der jeweils im Verbindungskanal wirkende Druck auf den Kammerkolben und damit die Arbeitskammer übertragbar ist. Somit erlaubt die Einrichtung einen sehr schnellen Wechsel des Drucks in der Arbeitskammer mittels der Betätigung der Schaltmittel der Versorgungseinrichtung. The device also has a working device, in the working chamber of which the working fluid to be processed, for example in the form of Zellmate- riai is arranged, wherein the working chamber by means of a piston arrangement can be pressurized, the secondary side on the side of the working chamber has a chamber piston, wherein by the Piston arrangement of each acting in the connecting channel pressure on the chamber piston and thus the working chamber is transferable. Thus, the device allows a very rapid change of the pressure in the working chamber by means of the actuation of the switching means of the supply device.
Zudem weist die Arbeitskammer einen Zuleitungskanal auf, über den das zu bearbeitende Nutzfluid zugeführt werden kann, sowie einen Ableitungskanal, über den das bearbeitete Nutzfluid, also beispielsweise das Lysat, entspre- chend dem aufgeschlossenen Zellmaterial ableitbar ist. Der Zuleitungskanal und der Ableitungskanal durch eine erste und zweite Verschlussvorrichtung verschließbar, so dass der Druck in der Arbeitskammer zeitweise geändert, insbesondere erhöht und schlagartig verringert werden kann, ohne den Druck im Zuleitungskanal und im Ableitungskana! zu beeinflussen. Auf diese Weise ist sukzessive die Bearbeitung des durch den Zuleitungskanal der Arbeitskammer zugeführten Materials mittels einer Druckerhöhung und einer Druckverringerung möglich, wobei in einfacher Weise regelmäßig neues Material in Form des zu bearbeitenden Fluids zugeführt und durch die Einrichtung durchgeschleust werden kann. Auf diese Weise erlaubt die Einrichtung eine weitgehend automatisierbare, zuverlässige und effizienteIn addition, the working chamber has a supply channel, via which the useful fluid to be processed can be supplied, and a discharge channel, via which the processed working fluid, for example the lysate, can be diverted corresponding to the digested cell material. The supply channel and the discharge channel can be closed by a first and second closure device, so that the pressure in the working chamber changed temporarily, in particular increased and can be suddenly reduced without the pressure in the supply channel and Ableitungskana! to influence. In this way, the processing of the supplied through the feed channel of the working chamber material by means of an increase in pressure and a pressure reduction is successively possible, which can be supplied regularly in a simple manner new material in the form of the fluid to be processed and passed through the device. In this way, the device allows a largely automatable, reliable and efficient
Bearbeitung eines Fluids mit hohem Durchsatz. Machining a fluid with high throughput.
Sowohl die Schaltmittel der Versorgungseinrichtung als auch die Verschiuss- vorrichtungen der Arbeitseinrichtung können vorteilhaft mittels einer Steuereinrichtung angesteuert werden. Zudem kann vorteilhaft eine Pumpvorrichtung vorgesehen sein, die regelmäßig weiteres Nutzfluid durch den Zuleitungskanal in die Arbeitskammer pumpt und dort das bearbeitete Nutzfluid verdrängt, so dass das bearbeitete Nutzfluid, also beispielsweise das Lysat, durch den Ableitungskanal abgeführt wird. Der Zuleitungskanal kann vorteilhaft in ein Zuleitungsreservoir für wässrig gelöstes Zellmaterial münden, während der Ableitungskana! in ein Ableitungsreservoir für Lysat münden kann. Both the switching means of the supply device and the sealing devices of the working device can be advantageously controlled by means of a control device. In addition, advantageously, a pump device can be provided which regularly further Nutzfluid by the Supply channel pumped into the working chamber and there displaces the processed Nutzfluid, so that the processed Nutzfluid, so for example, the lysate, is discharged through the discharge channel. The supply channel can advantageously lead into a supply reservoir for aqueous dissolved cell material, while the Ableitungskana! into a discharge reservoir for lysate.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Verschlussvorrichtung und die zweite Verschlussvorrichtung jeweils durch einen Überdruck oberhalb einer Verschlussdruckschwelle in der Arbeitskammer verschließbar sind und verschlossen gehalten werden. Diese Ausgestaltung der Erfindung lässt zu, dass durch die Schaltmittei der Verbindungskanal mit einem niedrigeren Druckniveau verbunden wird, so dass die erste und zweite Verschlussvorrichtung sich öffnen. Dieser Schaltdruck kann beispielsweise bei 3 bar Überdruck liegen. An advantageous embodiment of the invention provides that the first closure device and the second closure device are each closed by a positive pressure above a closing pressure threshold in the working chamber and are kept closed. This embodiment of the invention allows the connection channel to be connected to a lower pressure level by the switching means so that the first and second closure devices open. This switching pressure can be, for example, at 3 bar overpressure.
Sind die Verschlussvorrichtungen geöffnet, so kann unbearbeitetes Nutzfluid in die Arbeitskammer transportiert werden. Darauf wird der Verbindungskanal mittels der Schaltmittel mit einem Druckreservoir höheren Drucks verbunden, der Druck steigt schlagartig an, und hierdurch werden selbsttätig die Verschlussvorrichtungen verschlossen und verschlossen gehalten, so dass der entsprechende höhere Druck auch in der Arbeitskammer eingestellt werden kann. Wird darauf der Druck im Verbindungskanal schlagartig gesenkt, so teilt sich über den Verbindungskanal und die Kolbenanordnung der schlagartig gesenkte Druck dem Kammerkolben mit, der sich entsprechend bewegt und eine Entspannung in der Arbeitskammer bewirkt. Handelt es sich bei den Hydraulikfluiden in den Kanälen und bei dem zu bearbeitenden Nutzfluid um inkompressible Flüssigkeiten, so sind nur minimale Bewegungen der entsprechenden Kolben und Kolbenanordnungen notwendig, um den Druck zu erhöhen oder zu verringern. If the closure devices are opened, unprocessed useful fluid can be transported into the working chamber. Then, the connection channel is connected by means of the switching means with a pressure reservoir of higher pressure, the pressure increases abruptly, and thereby the closure devices are automatically closed and kept closed, so that the corresponding higher pressure can also be adjusted in the working chamber. If the pressure in the connecting channel is abruptly lowered, then the suddenly lowered pressure is communicated via the connecting channel and the piston arrangement to the chamber piston, which moves accordingly and causes a relaxation in the working chamber. If the hydraulic fluids in the channels and in the working fluid to be processed are incompressible fluids, then only minimal movements of the respective pistons and piston assemblies are necessary to increase or decrease the pressure.
Die erste und zweite Verschlussvorrichtung können beispielsweise Federelemente aufweisen, die die Verschlussvorrichtungen offen halten, solange der Druck in der Arbeitskammer kleiner ist als eine Verschlussdruckschwelle. Diese Konstruktion stellt eine besonders einfache Ausführungsform der selbsttätigen Steuerung der Verschlussvorrichtungen dar. Die Verschlussvorrichtungen können Öffnungs- und Schließelemente aufweisen, insbesondere auf Basis von Ventilen. The first and second closure devices may, for example, comprise spring elements which keep the closure devices open as long as the pressure in the working chamber is smaller than a closure pressure threshold. This construction represents a particularly simple embodiment of the automatic control of the closure devices. The closure devices may have opening and closing elements, in particular based on valves.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Verschlussvorrichtungen schwenkbar gelagerte Klappen aufweisen und dass diese insbesondere gegen die Mündungsöffnungen des Zuleitungskanals und des Ableitungskanals in der Arbeitskammer pressbar sind. It can also be provided that the closure devices have pivotally mounted flaps and that they can be pressed in particular against the mouth openings of the feed channel and the discharge channel in the working chamber.
Die Mündungsöffnungen des Zuleitungskanals und des Ableitungskanals in der Arbeitskammer können beispielsweise Öffnungen in der Wand der Arbeitskammer sein, beispielsweise runde Bohrungen. In diesem Fall können die Klappen der Verschlussvorrichtungen am Rand der Öffnungen dichten. The mouth openings of the supply channel and the discharge channel in the working chamber may for example be openings in the wall of the working chamber, for example, round holes. In this case, the flaps of the closure devices can seal at the edge of the openings.
Es kann auch ein die jeweiligen Mündungsöffnungen umgebender erhöhter Rand in der Art einer Dichtlippe vorgesehen sein, der aus dem Material der Arbeitskammer oder auch aus einem Eiastomermaterial besteht. Hierdurch kann die Dichtung der Verschlussvorrichtungen an dem Zuleitungs- und dem Ableitungskanal wesentlich verbessert werden. It can also be provided a surrounding edge of the respective elevated edge in the manner of a sealing lip, which consists of the material of the working chamber or of a Eiastomermaterial. As a result, the seal of the closure devices on the supply and the discharge channel can be substantially improved.
Anstelle der beschriebenen schwenkbaren Klappen können im Bereich der Zuleitung und der Ableitung auch druckgesteuerte Ventile vorgesehen werden. Instead of the described hinged flaps also pressure-controlled valves can be provided in the supply line and the discharge.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kolbenanordnung einen in einem Zylinder der Arbeitseinrichtung geführten Kammerkolben sowie einen in dem Verbindungskanal geführten Antriebskolben aufweist. In diesem Fall ist die Kolbenanordnung derart aufgeteilt, dass sie wenigstens zwei Kolben aufweist, die jeweils dichtend in einem Zylinder geführt sein können. Wichtig ist, dass die Kolbenanordnung eine derartige Kopplung zwischen dem Antriebskolben und dem Kammerkolben vorsieht, dass die Druckerhöhung und die Druckverringerung im Verbindungskanal sich unmittelbar auf den Kammerkolben auswirken. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Kammerkolben an dem Antriebskolben stimseitig anliegt. Eine Erhöhung des Drucks im Verbindungskanal hat damit eine Verschiebung des Arbeitskolbens und unmittelbar auch eine entsprechende Verschiebung des Kammerkolbens zur Folge. Wird der Druck im Verbindungs- kanal schlagartig verringert, so bewegt sich der Arbeitskolben in den Verbindungskanal hinein von der Arbeitskammer weg, so dass die Gegenkraft für den Kammerkolben entfällt und dieser durch den Überdruck in der Arbeitskammer getrieben werden kann, so dass auch in der Arbeitskammer der Druck schlagartig abfällt. Eine entsprechende Bewegung des Kammerkolbens kann durch eine Federvorspannung unterstützt werden, die in Richtung einer Druckverringerung der Arbeitskammer wirkt und den Kammerkolben gegen den Antriebskolben drückt. Der Zylinder, in dem der Kammerkolben geführt ist, kann mit gleichem Querschnitt in den Verbindungskanal übergehen. Arbeitskolben und Kammerkoiben haben dann denselben Querschnitt, Arbeitskolben und Kammerkolben können jedoch auch unterschiedlichen Querschnitt haben. A further advantageous embodiment of the invention provides that the piston assembly has a chamber piston guided in a cylinder of the working device and a drive piston guided in the connecting channel. In this case, the piston assembly is divided so that it has at least two pistons, each of which may be sealingly guided in a cylinder. It is important that the piston assembly such a coupling between the drive piston and the chamber piston provides that the pressure increase and the pressure reduction in the connecting channel directly affect the chamber piston. For this purpose, it may be provided, for example, that the chamber piston bears against the drive piston at the end. An increase in the pressure in the connecting channel thus has a displacement of the working piston and immediately also a corresponding displacement of the chamber piston result. If the pressure in the connection Channel abruptly reduced, so the working piston moves into the connecting channel in from the working chamber, so that the counterforce for the chamber piston is eliminated and this can be driven by the pressure in the working chamber, so that even in the working chamber, the pressure drops abruptly. A corresponding movement of the chamber piston can be assisted by a spring bias, which acts in the direction of a pressure reduction of the working chamber and presses the chamber piston against the drive piston. The cylinder in which the chamber piston is guided, can pass with the same cross-section in the connecting channel. Working piston and Kammerkoiben then have the same cross section, but working piston and chamber piston can also have different cross-section.
Eine derartige Kopplung der Kolbenanordnung bzw. des Kammerkolbens einerseits und des Arbeitskolbens andererseits erlaubt ein leichtes Trennen des Kammerkolbens vom Antriebskolben, so dass der Kammerkolben bei einem Austausch, einer Wartung oder anderweitigen Entfernung der Arbeitseinrichtung von der Versorgungseinrichtung in der Arbeitseinrichtung verbleiben kann, während der Arbeitskolben in der Versorgungseinrichtung verbleibt. Der Arbeitskolben kann dann zuverlässig den Verbindungskanal verschließen, so dass dort kein Hydraulikfluid austreten kann. Beim neuerlichen Zusammensetzen der gesamten Einrichtung muss lediglich die Versorgungseinrichtung derart gegenüber der Arbeitsrichtung ausgerichtet werden, dass die Kolbenanordnung funktioniert, dadurch, dass der Arbeitskolben und der Kammerkolben fluchtend zueinander ausgerichtet werden. Such a coupling of the piston assembly and the chamber piston on the one hand and the working piston on the other hand allows easy separation of the chamber piston from the drive piston, so that the chamber piston can remain in an exchange, maintenance or other removal of the working device of the supply device in the working device, while the working piston remains in the supply device. The working piston can then reliably close the connecting channel so that no hydraulic fluid can escape there. When re-assembling the entire device only the supply device must be aligned with respect to the working direction, that the piston assembly works, characterized in that the working piston and the chamber piston are aligned with each other.
Zudem ist zur Kraftübertragung auch eine lösbare Verbindung zwischen dem Arbertskolben und dem Kammerkolben, beispielsweise in Form einer Schraubverbindung oder einer Bajonettverbindung, denkbar. In addition, a releasable connection between the Arbert piston and the chamber piston, for example in the form of a screw or a bayonet connection, conceivable for power transmission.
Die Kraftübertragung kann aber auch ausschließlich durch eine Hydraulikflüssigkeit erfolgen, die zwischen dem Arbeitskolben und dem Kammerkolben eingeschlossen ist. The power transmission can also take place exclusively by a hydraulic fluid which is enclosed between the working piston and the chamber piston.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Arbeitseinrichtung mit dem Kammerkolben von der Versorgungseinrichtung trennbar, insbesondere gegenüber dieser senkrecht zur Wirkrichtung der Kolbenanordnung verschiebbar ist. Beispielsweise kann die Arbeitsemrichtung in Schienen geführt sein, so dass das Entfernen von der Versorgungseinrichtung einerseits leicht möglich ist und andererseits das Einführen der Arbeitseinrichtung und die Ausrichtung gegenüber der Versorgungseinrichtung durch die Schtenen- führung erleichtert ist. Advantageously, it can be provided that the working device can be separated from the supply device with the chamber piston, in particular relative to this perpendicular to the direction of action of the piston assembly is displaceable. For example, the working device can be guided in rails, so that the removal of the supply device on the one hand is easily possible and on the other hand, the insertion of the working device and the alignment with the supply device is facilitated by the Schtenen- management.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Schaitmittel der Versorgungseinrichtung eine antreibbare Welle aufweisen, die quer zum Verbindungskanal verläuft und diesen an einem Ende begrenzt und in einem ersten Drehwinkelbereich den Verbindungskanal mittels einer in der Welle vorgesehenen ersten Öffnung mit einem ersten Druckreservoir verbindet, in einem zweiten Drehwinkelbereich den Verbindungskanal mittels einer zweiten in der Weile vorgesehenen Öffnung mit dem zweiten Druckreservoir verbindet und den Verbindungskanal in einem dritten Drehwinkelbereich endseitig fluiddicht abschließt. A further advantageous embodiment of the invention provides that the Schaitmittel the supply device have a driven shaft which extends transversely to the connecting channel and limits it at one end and connects the connecting channel by means provided in the shaft first opening with a first pressure reservoir in a first rotation angle range , Connects in a second rotation angle range the connection channel by means of a second opening provided in the time with the second pressure reservoir and the connection channel terminates in a third rotation angle range at the end fluid-tight.
Die beschriebene Ausführung der Schaltmittel stellt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dar. Grundsätzlich können die Schaltmittel auch durch ein kombiniertes Ventil oder zwei getrennte, steuerbare Ventile gebildet sein, die den Verbindungskanal wahlweise mit einem ersten Druckreservoir oder einem zweiten Druckreservoir verbinden. Das zweite Druckreservoir kann ein Behälter unter Atmosphärendruck sein. Die Lösung mit einer Welle, die den Verbindungskanal stirnseitig begrenzt und wenigstens in einem dritten Drehwinkelbereich fluiddicht abschließt, ist konstruktiv besonders einfach und lässt in einfacher Weise durch Drehung der Welle ein Umschalten zwischen dem vollständigen Verschluss des Verbindungskanals, der Verbindung mit dem ersten Druckreservoir und der Verbindung mit dem zweiten Druckreservoir zu. Durch kontinuierliche Drehung der Welle mit konstanter Drehgeschwindigkeit kann somit der Druck im Verbindungskanal periodisch erhöht und schlagartig abgesenkt werden. Es ist jedoch auch der Antrieb der Welle mittels eines steuerbaren Motors, beispielsweise eines Stepmotors, denkbar, so dass die Welle mit veränderbarer Drehgeschwindigkeit und auch mit Stillstandsphasen angetrieben werden kann. Typischerweise ist der Verbindungskanal in einen massiven Block, beispielsweise aus einem Metall, eingebracht, in dem die Welle quer zum Verbindungskanal gelagert sein kann. Die Welle dichtet dann an dem Material, das den Verbindungskanal umgibt. In principle, the switching means may also be formed by a combined valve or two separate, controllable valves which connect the connection channel optionally with a first pressure reservoir or a second pressure reservoir. The second pressure reservoir may be a container under atmospheric pressure. The solution with a shaft which limits the connection channel frontally and fluid-tight at least in a third rotation angle range, is structurally particularly simple and can be easily switched by rotation of the shaft switching between the complete closure of the connection channel, the connection to the first pressure reservoir and the Connection to the second pressure reservoir too. By continuous rotation of the shaft at a constant rotational speed thus the pressure in the connecting channel can be increased periodically and suddenly lowered. However, it is also the drive of the shaft by means of a controllable motor, such as a stepping motor, conceivable, so that the shaft can be driven with variable rotational speed and also with standstill phases. Typically, the connection channel is introduced into a solid block, for example of a metal, in which the shaft can be mounted transversely to the connection channel. The shaft then seals against the material surrounding the connection channel.
Der Antrieb der Welle kann mittels einer Steuereinrichtung in Abstimmung mit der Öffnung und dem Verschluss der Verschlusseinrichtungen der Arbeitskammer angesteuert werden. Die Verschlusseinrichtungen der Arbeitskammer können jedoch auch selbsttätig bei Überdruck schließen, so dass dort eine eigene Steuerung nicht notwendig ist. in diesem Fall kann ausschließlich die Welle der Versorgungseinrichtung angesteuert werden, wobei die Frequenz der Erhöhung und Verringerung des Drucks ausreichende Zwischenzeiten zulässt, in denen Zellmaterial bei geöffneten Verschlussvorrichtungen in die Arbeitskammer eingebracht und das bearbeitete Nutz- fluid/Lysat ausgeleitet werden kann. The drive of the shaft can be controlled by means of a control device in coordination with the opening and the closure of the closure devices of the working chamber. However, the closure devices of the working chamber can also close automatically in case of overpressure, so that there own control is not necessary. In this case, only the shaft of the supply device can be controlled, wherein the frequency of increasing and decreasing the pressure allows sufficient intermediate times, in which cell material can be introduced into the working chamber with opened closure devices and the processed useful fluid / lysate can be discharged.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Öffnung in der Welle eine die Welle durchsetzende Durchgangsbohrung ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Öffnung in der Welle eine Ausnehmung an der Mantelfläche der Welle ist. Particularly advantageous may be provided that the first and / or the second opening in the shaft is a through hole passing through the shaft. However, it can also be provided that the first and / or the second opening in the shaft is a recess on the lateral surface of the shaft.
Eine solche Ausnehmung an der Mantelfläche der Welle endet in der entsprechenden Stellung der Welle in dem Bereich, in dem der Verbindungskanal an die Welle anstößt, so dass durch die Ausnehmung der Verbindungskanal mit einem Druckreservoir verbunden werden kann, das seinerseits in dem Block, der den Verbindungskanal enthält, mit der Ausnehmung an der Mantelfläche der Welle verbunden ist. Die Ausnehmung an der Mantelfläche der Welle kann beispielsweise als eine in Axialrichtung verlaufende Nut ausgebildet sein. Such a recess on the lateral surface of the shaft ends in the corresponding position of the shaft in the region in which the connecting channel abuts against the shaft, so that through the recess of the connecting channel can be connected to a pressure reservoir, which in turn in the block, the Includes connecting channel, is connected to the recess on the lateral surface of the shaft. The recess on the lateral surface of the shaft may be formed, for example, as a groove extending in the axial direction.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform, bei der eine der Öffnungen in der Welle als eine die Welle durchsetzende Durchgangsbohrung und die zweite Öffnung als eine Ausnehmung an der Mantelfläche der Welle ausge- führt ist. Die Erfindung bezieht sich außer auf eine Einrichtung der beschriebenen Art auch auf ein Verfahren zum Betrieb der Einrichtung, bei dem die Welle der Versorgungseinrichtung kontinuierlich oder intermittierend gedreht wird und bei dem periodisch zu bearbeitendes Nutzfluid über den Zuleitungskanal in die Arbeitskammer sowie bearbeitetes Nutzfluid von der Arbeitskammer durch den Ableitungskana! abgeführt wird. Particularly advantageous is the embodiment in which one of the openings in the shaft as a shaft passing through the through hole and the second opening is executed as a recess on the lateral surface of the shaft. The invention relates in addition to a device of the type described also to a method for operating the device in which the shaft of the supply device is rotated continuously or intermittently and in the periodically to be processed Nutzfluid via the supply channel into the working chamber and processed Nutzfluid from the working chamber through the derivation kana! is dissipated.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird in effektiver und effizienter Weise die kontinuierliche Bearbeitung des Fluids durch schlagartige Druckänderung, insbesondere Druck Verringerung, möglich. The inventive method is in an effective and efficient manner, the continuous processing of the fluid by abrupt pressure change, in particular pressure reduction possible.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt In the following the invention will be shown with reference to an embodiment in a drawing and explained below. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Beaufschlagung eines Fluids mit wechselndem Druck, 1 is a schematic representation of the device for applying a fluid with alternating pressure,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer konkreten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung im Schnitt, 2 is a side view of a specific embodiment of the device according to the invention in section,
Fig. 3 eine dreidimensionale Darstellung einer Versorgungseinrichtung, wobei Teile des Gehäuses im Vordergrund weggelassen oder transparent dargestellt sind, 3 is a three-dimensional representation of a supply device, wherein parts of the housing are omitted in the foreground or shown transparent,
Fig. 4 Teile einer Arbeitseinrichtung in einem Schnitt, 4 parts of a working device in a section,
Fig. 5 schematisch einen Schnitt durch die Arbeitseinrichtung sowie Fig. 5 shows schematically a section through the working device as well
Fig. 6 die Anordnung aus Fig. 2 in einem um 90° gedrehten Schnitt. Fig. 6 shows the arrangement of Fig. 2 in a rotated by 90 ° section.
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung, die im Wesentlichen aus zwei übereinander angeordneten und separierbaren Blöcken, nämlich im oberen Teil der Versorgungseinrichtung 1 und im unteren Teil der Arbeitseinrichtung 2, besteht. Bei der Versorgungseinrichtung 1 ist zunächst schematisch ein Hochdruckreservoir 3 / erster Druckreservoir sowie eine Niederdruckleitung 4 zu einem nicht gezeigten zweiten Druckreservoir dargestellt, wobei zwischen beiden ein Schaltventil 5 dargestellt ist, das die Schaltmittel der Versorgungseinrichtung bildet und das schematisch einen drehbaren und mit Kanälen versehenen Bolzen repräsentiert. Weiter ist ein Verbindungskanal 6 dargestellt, der je nach Drehstellung des Schaltventils 5 über einen ersten Kanal 7 mit dem Hochdruckreservoir oder über die Niederdruckleitung 4 mit einem nicht näher dargestellten Niederdruckreservoir verbindbar ist. Das Hochdruckreservoir 3 bildet in diesem Fall beispielsweise das erste Druckreservoir, während das Niederdruckreservoir das zweite Druckreservoir bildet. Figure 1 shows the device according to the invention, which consists essentially of two superimposed and separable blocks, namely in the upper part of the supply device 1 and in the lower part of the working device 2. In the supply device 1 is first shown schematically a high-pressure reservoir 3 / first pressure reservoir and a low pressure line 4 to a second pressure reservoir, not shown, between both a switching valve 5 is shown, which forms the switching means of the supply device and the schematically a rotatable and channeled bolt represents. Next, a connecting channel 6 is shown, which is connectable depending on the rotational position of the switching valve 5 via a first channel 7 to the high pressure reservoir or via the low pressure line 4 with a low pressure reservoir, not shown. The high-pressure reservoir 3 forms in this case, for example, the first pressure reservoir, while the low-pressure reservoir forms the second pressure reservoir.
In dem Verbindungskanal 6 ist eine Kolbenanordnung vorgesehen, die einen Arbeitskolben/Primärkolben 8 sowie einen Kammerkolben 9 aufweist, Die beiden Kolben 8, 9 sind in der Darstellung direkt stirnseitig aneinanderstoßend dargestellt, wobei die Stoßstelle durch die gestrichelte Linie 10 repräsentiert ist. Eine entsprechende Druckkraft im Verbindungskanal 6 wird über den Primärkolben 8 unmittelbar auf den Kammerkolben 9 übertragen. Die Kolbenanordnung 8, 9 kann sich in dem Verbindungskanal 6 und in dem sich an den Verbindungskanal in der Arbeitseinrichtung 2 anschließenden Fortsetzungskanal 11 bewegen. Es ist jedoch auch denkbar, dass zwischen dem Primärkolben 8 und dem Kammerkolben 9 eine inkompressible Flüssigkeit, also typischerweise Hydraulikflüssigkeit, vorgesehen ist, die den Druck zwischen beiden Kolben überträgt, oder eine Übertragungseinrichtung in Form einer Stange. In the connecting channel 6, a piston assembly is provided which has a working piston / primary piston 8 and a chamber piston 9. The two pistons 8, 9 are shown in the representation directly abutment end face, wherein the joint is represented by the dashed line 10. A corresponding pressure force in the connecting channel 6 is transmitted via the primary piston 8 directly to the chamber piston 9. The piston arrangement 8, 9 can move in the connection channel 6 and in the continuation channel 11 adjoining the connection channel in the working device 2. However, it is also conceivable that between the primary piston 8 and the chamber piston 9, an incompressible liquid, so typically hydraulic fluid, is provided which transmits the pressure between the two pistons, or a transmission device in the form of a rod.
Der in der Zeichnung untere Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung, also im Wesentlichen die Arbeitseinrichtung 2, weist eine Arbeitskammer 12 auf, die mit einem in Wasser gelösten Zellmaterial füllbar ist, das in der Arbeitskammer unter Druck gesetzt werden kann. Dies geschieht im Wesentlichen dadurch, dass die Sekundärseite der Kolbenanordnung, gebildet durch den Kammerkolben 9, einen erhöhten Druck des Hochdruckreservoirs 3 über den Verbindungskanal 6 auf die Arbeitskammer 12 überträgt. In der Arbeitskammer sind ein Zuflusskanal 13 sowie ein Abflusskanal 14 vorgesehen, die jeweils in die Arbeitskammer 12 münden. Jeweils an den Mündungsstellen ist ein Ventil vorgesehen, das in Fig. 1 nicht dargestellt ist, auf das jedoch weiter unten näher eingegangen wird. Die entsprechenden Ventile erlauben es, die Arbeitskammer 12 fluiddicht abzuschließen, so dass in ihr ein erhöhter Druck aufgebaut werden kann. Der Zuflusskanal 13 ist mit einer ersten Vorratskammer 15 für in wässrigerThe lower part of the device according to the invention, ie essentially the working device 2, has a working chamber 12, which can be filled with a cell material dissolved in water, which can be pressurized in the working chamber. This is done essentially by the fact that the secondary side of the piston assembly, formed by the chamber piston 9, transmits an increased pressure of the high-pressure reservoir 3 via the connecting channel 6 to the working chamber 12. In the working chamber, an inflow channel 13 and an outflow channel 14 are provided which each open into the working chamber 12. In each case at the mouth points, a valve is provided, which is not shown in Fig. 1, but on the further will be discussed in more detail below. The corresponding valves make it possible to complete the working chamber 12 in a fluid-tight manner, so that an increased pressure can be built up in it. The inflow channel 13 is connected to a first storage chamber 15 for in aqueous
Lösung vorliegendes Zellmaterial verbunden. Es ist eine Pumpvorrichtung 16 vorgesehen, die die Flüssigkeit aus der ersten Vorratskammer in die Arbeitskammer 12 pumpt. Der Abflusskanal 14 ist mit einer zweiten Vorratskammer 17 verbunden, in der nach der Bearbeitung in der Arbeitskammer 12 die bearbeitete Flüssigkeit (Nutzfluid) gespeichert werden kann. Die bearbeiteteSolution associated cell material connected. A pumping device 16 is provided, which pumps the liquid from the first storage chamber into the working chamber 12. The discharge channel 14 is connected to a second storage chamber 17, in which after processing in the working chamber 12, the processed liquid (working fluid) can be stored. The worked
Flüssigkeit kann der zweiten Vorratskammer 17 durch eine weitere, nicht dargestellte Abflussleitung entnommen werden. Liquid can be taken from the second storage chamber 17 through another, not shown drain line.
Die Arbeitseänrichtung 2 kann von der Versorgungseinrichtung 1 separiert werden. Zu diesem Zweck kann entweder der Kammerkolben 9 aus demThe Arbeitsseänrichtung 2 can be separated from the supply device 1. For this purpose, either the chamber piston 9 from the
Verbindungskanal 6 herausgezogen und die Arbeitseinrichtung 2 senkrecht zur Zeichenebene von der Versorgungseinrichtung 1 wegbewegt werden, oder die Kolbenanordnung 8, 9 wird derart bewegt, dass die Stoßebene 10, in der die beiden Kolben 8, 9 aufeinanderstoßen, mit der Trennebene zwischen der Versorgungseinrichtung 1 und der Arbeitseinrichtung 2 zusammenfällt. Pulling out connecting channel 6 and the working means 2 are moved perpendicular to the plane of the supply device 1, or the piston assembly 8, 9 is moved so that the impact plane 10, in which the two pistons 8, 9 collide, with the parting plane between the supply device 1 and the working device 2 coincides.
Die Versorgungseinrichtung 1 weist im Übrigen eine Kühleinrichtung 18 auf, die über Kühlleitungen 19, 20 in einem geschlossenen Kreislauf die Umgebung der Arbeitseinrichtung 2 kühlt. Die Arbeitseinrichtung 2 weist keine gesonder- te Kühleinrichtung auf und kann deshalb besonders einfach der erfindungsgemäßen Einrichtung entnommen werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Kühlleitungen 19, 20 der Kühleinrichtung 18 lösbar an eine in dem Block/Gehäuse der Arbeitseinrichtung 2 vorgesehene Kühlleitung anschließbar sind, um die Arbeitseinrichtung zu kühlen. Incidentally, the supply device 1 has a cooling device 18, which cools the surroundings of the working device 2 via cooling lines 19, 20 in a closed circuit. The working device 2 has no separate cooling device and can therefore be removed from the device according to the invention in a particularly simple manner. However, it can also be provided that cooling lines 19, 20 of the cooling device 18 can be detachably connected to a cooling line provided in the block / housing of the working device 2 in order to cool the working device.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist derart, dass zunächst über die Pumpeinrichtung 16 das zu bearbeitende Nutzfluid aus der ersten Vorratskammer 15 in die Arbeitskammer 12 transportiert wird, dass danach die Ventile 26, 27 zwischen der Arbeitskammer 12 und dem Zuflusskanal 13 sowie dem Abflusskanal 14 geschlossen werden und dass darauf die Arbeitskammer 12 durch entsprechendes Schalten des Schaltventiis 5 einem hohen Druck von einigen hundert Bar ausgesetzt wird. Dann schaltet das Schaltventil 5 weiter, so dass der Druck im Verbindungskanal 6 dadurch schlagartig nachlässt, dass der Verbindungskanal mit der Niederdruckleitung 4 verbunden wird. Durch die Bewegung der Kolbenanordnung 8, 9 und die schlagartige Verringerung des Drucks in der Arbeitskammer 12 wird das Zellmaterial desThe mode of operation of the device according to the invention is such that initially via the pumping device 16 the working fluid to be processed is transported from the first storage chamber 15 into the working chamber 12, then the valves 26, 27 are closed between the working chamber 12 and the inflow channel 13 and the outflow channel 14 be and that on the working chamber 12 by appropriate switching of Schaltventiis 5 a high Pressure of a few hundred bar is exposed. Then, the switching valve 5 continues to switch, so that the pressure in the connecting channel 6 thereby abruptly decreases, that the connecting channel is connected to the low-pressure line 4. By the movement of the piston assembly 8, 9 and the sudden reduction of the pressure in the working chamber 12, the cell material of the
Nutzfluids verändert; beispielsweise werden Zellwände gesprengt, so dass danach Zellbausteine in entsprechender Lösung in der Arbeitskammer 12 vorliegen. Darauf werden die Ventile 26, 27 der Arbeitskammer 12 geöffnet, und es wird weiteres unbearbeitetes Fluid aus der ersten Vorratskammer 15 nachgepumpt, welches das bearbeitete Fluid aus der Arbeitskammer 12 verdrängt und in die Abflussleitung 14 und weiter in die zweite Vorratskammer 17 drückt. Die Arbeitskammer ist darauf wieder mit unbearbeitetem Nutzfluid gefüllt, so dass nach Schließen der Ventile der Druck erneut erhöht werden kann. Auf diese Weise erlaubt die erfindungsgemäße Einrichtung eine periodische Bearbeitung von Füllungen der Arbeitskammer 12. Nutzfluids changed; For example, cell walls are blown up, so that after cell building blocks in a corresponding solution in the working chamber 12 are present. Thereafter, the valves 26, 27 of the working chamber 12 are opened, and it is nachgepumpt further unprocessed fluid from the first storage chamber 15, which displaces the processed fluid from the working chamber 12 and into the discharge line 14 and further into the second storage chamber 17. The working chamber is then again filled with unprocessed working fluid, so that after closing the valves, the pressure can be increased again. In this way, the device according to the invention allows a periodic processing of fillings of the working chamber 12.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Versorgungseinrichtung 1 mit dem ersten Druckreservoir / Hochdruckreservoir 3 und dem Schaltventil 5, das durch eine drehbare Welle gebildet ist. Die Welle weist einerseits eine Durchgangs- bohrung 22 auf, die in einer ersten Schaltstellung den Hochdruckkanal 7 auf der einen Seite der Welle 5 mit dem Verbindungskanal 6 auf der anderen Seite der Welle verbindet, in dem sich auch der Kolben 8 bewegt. Die Welle 5 ist in das Material des Blocks, der die Versorgungseinrichtung 1 bildet, passgenau eingepasst, so dass die Mantelfläche der Welle an dem Material des Blocks dichtet und der Durchgangskanal der Welle nur dann freigeschaltet wird, wenn er mit dem Verbindungskanal 6 fluchtet. Ist die Welle 5 gegenüber dieser Schaltstellung verdreht, so ist die Kolbenanordnung 8, 9 nicht mit dem erhöhten Druck des Hochdruckreservoirs 3 beaufschlagt. Das Hochdruckreservoir 3 seinerseits ist mit einer nicht dargestellten Hochdruckquelle verbunden, wobei der Druck durch einen hydraulischen Übersetzer auf einFigure 2 shows a section through the supply device 1 with the first pressure reservoir / high pressure reservoir 3 and the switching valve 5, which is formed by a rotatable shaft. On the one hand, the shaft has a passage bore 22 which, in a first switching position, connects the high-pressure passage 7 on one side of the shaft 5 to the connecting passage 6 on the other side of the shaft, in which the piston 8 also moves. The shaft 5 is fitted into the material of the block which forms the supply device 1, so that the lateral surface of the shaft seals against the material of the block and the through-channel of the shaft is released only when it is aligned with the connecting channel 6. If the shaft 5 is rotated relative to this switching position, then the piston arrangement 8, 9 is not acted upon by the increased pressure of the high-pressure reservoir 3. The high pressure reservoir 3 in turn is connected to a high pressure source, not shown, wherein the pressure by a hydraulic booster on a
Niveau von etwa 600 bar noch weiter erhöht sein kann. Der Druck kann allerdings noch deutlich höher sein, 2000 bar sollten das Maximum darstellen. Level of about 600 bar can be further increased. However, the pressure can be even higher, 2000 bar should represent the maximum.
Es ist gezeigt, dass die Kolbenanordnung 8, 9 sekundärseitig mit dem Arbeits- kolben 9 auf eine Arbeitskammer 12 wirkt, die mit einem Zuleitungskanal 13 und einem Ableitungskanal 14 verbunden ist. Die Arbeitseinrichtung 2 ist in Fig. 2 jedoch nur schematisch und nicht detailliert dargestellt. Bei der Versorgungseinrichtung 1 ist zudem eine Antriebseinrichtung 21 für die Welle 5 im äußeren Bereich dargestellt. Flg. 6 zeigt die Anordnung aus Fig. 2 der Vollständigkeit halber in einer um 90° um die vertikale Achse gedrehten Position. It is shown that the piston arrangement 8, 9 acts on the secondary side with the working piston 9 on a working chamber 12, which is connected to a supply duct 13 and a discharge duct 14. The working device 2 is in Fig. 2, however, only schematically and not shown in detail. In the supply device 1, a drive device 21 for the shaft 5 is also shown in the outer region. Flg. Figure 6 shows the arrangement of Figure 2 for the sake of completeness in a position rotated by 90 ° about the vertical axis.
Figur 3 zeigt in detaillierter Form den inneren Aufbau der Versorgungseinrichtung 1 mit der Welle 5, die eine Durchgangsbohrung 22 aufweist. Die Durchgangsbohrung verläuft gerade und mitten durch die Welle 5 hindurch. FIG. 3 shows in detailed form the internal structure of the supply device 1 with the shaft 5, which has a through-bore 22. The through-hole runs straight and right through the shaft 5.
Zusätzlich zu der Durchgangsbohrung 22 ist an der Mantelfläche der Welle 5 eine Nut vorgesehen, die, wenn sie mit dem Verbindungskanal 6 fluchtet, diesen mit einem seitlich gegenüber dem Verbindungskanal 6 versetzten Kanal in dem Block der Versorgungseinrichtung 1 verbindet. Dieser Kanal bildet eine Niederdruckleitung 4, die einen Überdruck von dem Verbindungskanal 6 in ein Niederdruckreservoir (zweites Druckreservoir) ableitet. Diese Niederdruckleitung 4 ist in Fig, 3 durch zwei Kreise 23, 24 repräsentiert, die zwei Schnittflächen der Leitung anzeigen. Der Kanal an der Mantelfläche der Welle 5 selbst ist mit 25 bezeichnet. In addition to the through hole 22, a groove is provided on the lateral surface of the shaft 5, which, when aligned with the connecting channel 6, connects this with a laterally offset from the connecting channel 6 channel in the block of the supply device 1. This channel forms a low-pressure line 4, which derives an overpressure from the connecting channel 6 into a low-pressure reservoir (second pressure reservoir). This low-pressure line 4 is represented in FIG. 3 by two circles 23, 24, which indicate two sectional areas of the line. The channel on the lateral surface of the shaft 5 itself is designated 25.
Ist der Hochdruckkanal 7 mit einem Hochdruckreservoir (3) verbunden, so ergibt sich jedes Mal, wenn die Durchgangsbohrung 22 mit dem Verbindungskanal 6 und dem Hochdruckkanal 7 fluchtet, ein Druckanstieg im gesamten Verbindungskanal, der sich auch der Kolbenanordnung 8, 9 mitteilt und zu einer Erhöhung des Drucks in der Arbeitskammer 12 führt. Bewegt sich die Durchgangsbohrung im weiteren Zuge der Drehbewegung der Welle 5 von dem Verbindungskana! 6 weg, so dass keine Überschneidung der Öffnungen mehr stattfindet, so ist der Verbindungskanal gänzlich geschlossen, und der Druck bleibt konstant. In dem Moment, in dem die Nut 25 in den Bereich der Mündung des Verbindungskanals 6 gerät, wird der Überdruck im Verbindungskanal 6 über die Nut 25 und den weiteren Verlauf der Niederdruckleitung 4, 23, 24 sehr schnell abgebaut, so dass es im Verbindungskanal 6 sowie in der Arbeitsdruckkammer 12 zu einem schlagartigen Druckabfall kommt. Dieser ist notwendig für die Bearbeitung des Fluids in der Arbeitskammer und zerstört die Zellwände, so dass in der Arbeitskammer Lysat entsteht. Dreht sich die Welle 5 weiter, so wird der Verbindungskanal 6 wieder geschlossen, und der Druck bleibt sowohl in diesem Teil des Kanals als auch in der Arbeitskammer 12 konstant, bis die Durchgangsbohrung 22 wieder mit dem Verbindungskanal 6 wenigstens teilweise fluchtet und der Druck wieder erhöht wird. If the high-pressure channel 7 is connected to a high-pressure reservoir (3), then the pressure is increased in the entire connecting channel, which is also communicated to the piston arrangement 8, 9, and to one each time the through-bore 22 is aligned with the connecting channel 6 and the high-pressure channel 7 Increasing the pressure in the working chamber 12 leads. Moves the through hole in the course of the rotational movement of the shaft 5 of the Verbindungskana! 6 away, so that no overlapping of the openings takes place, the connecting channel is completely closed, and the pressure remains constant. In the moment in which the groove 25 comes into the region of the mouth of the connecting channel 6, the overpressure in the connecting channel 6 via the groove 25 and the further course of the low pressure line 4, 23, 24 degraded very quickly, so that it is in the connecting channel. 6 and comes in the working pressure chamber 12 to a sudden pressure drop. This is necessary for the processing of the fluid in the working chamber and destroys the cell walls, so that lysate is formed in the working chamber. If the shaft 5 continues to rotate, then the connecting channel 6 closed again, and the pressure remains constant both in this part of the channel and in the working chamber 12 until the through hole 22 is at least partially aligned with the connecting channel 6 again and the pressure is increased again.
Die Welle kann entweder mit gleichbleibender Geschwindigkeit, mit periodisch wechselnder Geschwindigkeit oder auch intermittierend in Winkelschritten bewegt werden, um einen regelmäßigen Druckveriauf in der Arbeitskammer mit steigendem und sinkendem Druck zu erreichen. The shaft can be moved either at constant speed, with periodically changing speed or intermittently in angular steps to achieve a regular Druckveriauf in the working chamber with increasing and decreasing pressure.
Figur 4 zeigt in detaillierterer Darstellung einen Teil der Arbeitseinrichtung 2 mit der Arbeftskammer 12 sowie einer ersten Verschlussvorrichtung 26, die ein Einlassventil der Arbeitskammer 12 bildet, und einer zweiten Verschlussvorrichtung 27, die ein Aus!assventil für die Arbeitskammer bildet. Die Ventile sind in der Darstellung der Fig. 4 als Klappenventile dargestellt, die jeweils als schwenkbare, in einem Scharnier gelagerte Klappen ausgebildet sind. Diese Klappen verschließen den Zuleitungskanal 13 einerseits und den Ableitungskanal 14 andererseits. In Fig. 4 sind weiterhin der zylindrische Fortsetzungskanal 11 sowie der darin in Axialrichtung bewegliche Kammerkolben 9 gezeigt. Dieser ist mittels einer Vorspannfeder 28 in Richtung zur Versorgungseinrichtung 1 vorgespannt, so dass er bei einer Absenkung des Drucks durch die Feder im Sinne einer Drucksenkung von der Arbeitskammer 12 wegbewegt wird. Figure 4 shows in more detail a part of the working device 2 with the Arbeftskammer 12 and a first closure device 26, which forms an inlet valve of the working chamber 12, and a second closure device 27, which forms a Aus! Assventil for the working chamber. The valves are shown in the illustration of Fig. 4 as flap valves, which are each formed as a pivotable, mounted in a hinge flaps. These flaps close the supply channel 13 on the one hand and the discharge channel 14 on the other. In Fig. 4, the cylindrical continuation channel 11 and the movable therein in the axial direction chamber piston 9 are further shown. This is biased by means of a biasing spring 28 in the direction of the supply device 1, so that it is moved away at a lowering of the pressure by the spring in the sense of a pressure reduction of the working chamber 12.
Figur 5 zeigt schematisch die Arbeitsweise der ersten Verschlussvorrichtung 26 und der zweiten Verschlussvorrichtung 27, die jeweils analog als Klappen 27a ausgestaltet sind, die mittels je eines Scharniers 27b in einem Halter 27c an der Innenwand der Arbeitskammer 12 schwenkbar gehalten sind, so dass sie im Normalfall durch Federn 27d vor den Mündungen der jeweiligen KanäleFigure 5 shows schematically the operation of the first closure device 26 and the second closure device 27, each configured analogously as flaps 27a, which are pivotally held by means of a respective hinge 27b in a holder 27c on the inner wall of the working chamber 12, so that they are normally by springs 27d in front of the mouths of the respective channels
(des Zuleitungskanals 13 einerseits und des Ableitungskanals 14 andererseits) gehalten sind. In diesem, in der Fig. 5 dargestellten Zustand kann ein zu bearbeitendes Nutzfluid durch den Zuleitungskanal 13 in die Arbeitskammer 12 eingeleitet werden. Steigt der Druck in der Arbeitskammer 12 durch Bewegung des Kammerkolbens 9 in dem Fortsetzungskanal 11, so werden bei(the supply duct 13 on the one hand and the discharge duct 14 on the other hand) are held. In this state, shown in FIG. 5, a useful fluid to be processed can be introduced through the supply channel 13 into the working chamber 12. Increases the pressure in the working chamber 12 by movement of the chamber piston 9 in the continuation channel 11, so are at
Überschreiten eines bestimmten Schwellendrucks, beispielsweise 3 bar Überdruck, die Federn 27d komprimiert, so dass die Ventile 26, 27 geschlossen werden und durch den Überdruck in der Arbeitskammer 12 auch geschlossen gehalten werden. Es kann kein Fluid aus der Arbeitskammer entweichen, so dass der Druck bis zu einem Arbeitsdruck von einigen hundert Bar weiter gesteigert werden kann. Wird der Druck danach schlagartig abgesenkt, so findet durch die schlagartige Absenkung die Umwandlung des zu bearbeitenden Nutzfluids statt, und bei Unterschreiten des Schwellendrucks von 3 bar öffnen die Verschlussvorrichtungen 26, 27, so dass weiteres IMutzfluid durch den Zuleitungskanal 13 eingeschoben werden kann, welches das bearbeitete Nutzfluid in der Arbeitskammer 12 verdrängt, so dass das bearbeitete Fluid durch den Ableitungskanal 14 entweicht. Nach erneutem Füllen der Arbeitskammer 12 kann der Druck wieder gesteigert werden, so dass der Arbeitszyklus kontinuierlich wiederholt werden kann. Exceeding a certain threshold pressure, for example 3 bar Overpressure, the springs compressed 27d, so that the valves 26, 27 are closed and are kept closed by the pressure in the working chamber 12. It can not escape fluid from the working chamber, so that the pressure can be further increased up to a working pressure of a few hundred bar. If the pressure is then abruptly lowered, the conversion of the working fluid to be processed takes place as a result of the abrupt lowering, and if the threshold pressure drops below 3 bar, the closure devices 26, 27 open, so that further IMutzfluid can be inserted through the supply channel 13, which is the processed working fluid displaced in the working chamber 12, so that the processed fluid escapes through the discharge channel 14. After refilling the working chamber 12, the pressure can be increased again, so that the duty cycle can be repeated continuously.
Die vorliegende Erfindung erlaubt auf diese Weise in effizienter Art eine quasi kontinuierliche Bearbeitung von Portionen eines zu bearbeitenden Fluids und damit eine wirtschaftliche Herstellung des entsprechend behandelten/bearbeiteten Fluids. The present invention allows in this way in an efficient way a quasi-continuous processing of portions of a fluid to be processed and thus an economical production of the corresponding treated / processed fluid.
In Figur 6 ist zu erkennen, dass das Ventil 5, d. h. die Welle, sich in einer Position befindet, in der mittels des Kanals 22 der Verbindungskanal 6 mit der Niederdruckleitung 4 verbunden ist. Zudem ist zu erkennen, dass die Kolben 8, 9 direkt aneinander im Bereich der Ebene 10 angrenzen, die auch eine Trennungsebene zwischen der Versorgungseinrichtung 1 und der Arbeitsein- rtchtung 2 darstellt. In FIG. 6 it can be seen that the valve 5, ie the shaft, is in a position in which the connecting channel 6 is connected to the low-pressure line 4 by means of the channel 22. In addition, it can be seen that the pistons 8, 9 adjoin one another directly in the region of the plane 10, which also represents a separation plane between the supply device 1 and the operating device 2.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Versorgungseinrichtung 1 supply device
2 Arbeitseinrichtung  2 working equipment
3 Hochdruckreservoir, erstes Druckreservoir3 high-pressure reservoir, first pressure reservoir
4 Niederdruckleitung zum zweiten Druckreservoir4 low-pressure line to the second pressure reservoir
5 Schaltventil/Welle/Schaltmittel 5 switching valve / shaft / switching means
6 Verbindungskanal  6 connecting channel
7 Hochdruckkanal  7 high-pressure channel
8 Primärkolben/Arbeitskolben 8 primary pistons / working piston
9 Kammerkolben  9 chamber flask
10 Stoßebene  10 impact level
11 Fortsetzungskanal  11 continuation channel
12 Arbeitskammer  12 working chamber
13 Zuleitungskanal 13 supply duct
14 Ableitungskanal  14 discharge channel
15 erste Vorratskammer  15 first pantry
16 Pumpvorrichtung  16 pumping device
17 zweite Vorratskammer  17 second pantry
18 Kühleinrichtung 18 cooling device
19, 20 Kühlleitungen  19, 20 cooling lines
21 Wellenantrieb  21 shaft drive
22 Durchgangsbohrung  22 through hole
23, 24 Kreis 23, 24 circle
25 Kanal/Nut an der Mantelfläche von 5 25 channel / groove on the lateral surface of 5
26 erste Verschlussvorrichtung, Einlassventil 26 first closure device, inlet valve
27 zweite Verschlussvorrichtung, Auslassventil 27a Klappe 27 second closure device, outlet valve 27a flap
27b Scharnier  27b hinge
27c Halter 27c holder
27d Feder  27d spring
28 Vorspannfeder  28 preload spring

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Einrichtung zur Beaufschlagung eines Nutzfluids mit wechselndem Druck mit einer Versorgungseinrichtung (1), die einen Verbindungskanal (6) aufweist der ein HydrauÜkfluid führt, sowie mit Schaltmitteln (5), die den Verbindungskana! (6) wahlweise mit einem ersten Druckreservoir (3) mit einem ersten Druck oder mit einem zweiten Druckreservoir (4) mit einem zweiten Druck verbinden, und mit einer Arbeitseinrichtung (2), die eine Arbeitskammer (12) zur Aufnahme des Nutzfluids, einen in der Arbeitskammer (12) mündenden, durch eine erste Verschlussvorrichtung (26) verschließbaren Zuleitungskanal (13) für das Nutzfluid und einen in der Arbeitskammer (12) mündenden, durch eine zweite Verschiussvorrichtung (27) verschließbaren 1. Device for applying changing pressure to a useful fluid with a supply device (1) which has a connecting channel (6) which carries a hydraulic fluid, and with switching means (5) which connect the connecting channel! (6) optionally connect to a first pressure reservoir (3) with a first pressure or to a second pressure reservoir (4) with a second pressure, and with a working device (2) which has a working chamber (12) for receiving the useful fluid The supply channel (13) for the useful fluid which opens into the working chamber (12) and can be closed by a first closure device (26) and a feed channel (13) which opens into the working chamber (12) and can be closed by a second closure device (27).
Ableitungskanal (14) aufweist, wobei die Arbeitskammer (12) durch einen Kammerkolben (9) auf der Sekundärseite einer Kolbenanordnung (8, 9) druckbeaufschlagbar ist, deren Primärseite einer Druckkraft entsprechend dem in dem Verbindungskanal (6) herrschenden Druck ausgesetzt ist. Has discharge channel (14), wherein the working chamber (12) can be pressurized by a chamber piston (9) on the secondary side of a piston arrangement (8, 9), the primary side of which is exposed to a pressure force corresponding to the pressure prevailing in the connecting channel (6).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verschiussvorrichtung (26) und die zweite Verschiussvorrichtung (27) jeweils durch einen Überdruck oberhalb einer Verschlussdruckschweile in der Arbeitskammer (12) verschließbar sind und verschlossen gehalten werden. 2. Device according to claim 1, characterized in that the first sealing device (26) and the second sealing device (27) can each be closed by an overpressure above a closure pressure threshold in the working chamber (12) and are kept closed.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verschiussvorrichtung (26) und die zweite Verschlussvorrichtung (27) Federelemente (27d) aufweisen, die die Verschlussvorrichtungen offen halten, solange der Druck in der Arbeitskammer (12) kleiner ist als die Verschlussdruckschweile. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the first closing device (26) and the second closing device (27) have spring elements (27d) which keep the closing devices open as long as the pressure in the working chamber (12) is less than the closure pressure gap.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtungen (26, 27) Öffnungs- und Schließelemente aufweisen, insbesondere auf Basis von Ventilen und/oder in Form von schwenkbar gelagerten Klappen (27a), wobei diese insbesondere gegen die Mündungsöffnungen des Zuleitungskanais (13) und des Ableitungskanals (14) in der Arbeitskammer (12) pressbar sind. 4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the closure devices (26, 27) are opening and closing elements have, in particular based on valves and / or in the form of pivotally mounted flaps (27a), which can be pressed in particular against the mouth openings of the supply channel (13) and the discharge channel (14) in the working chamber (12).
Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenanordnung (8, 9) einen in einem Zylinder (11) der Arbeitseinrichtung (2) geführten Kammerkolben (9) sowie einen in dem Verbindungskanal (11) geführten Arbeitskolben (8) aufweist. Device according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the piston arrangement (8, 9) has a chamber piston (9) guided in a cylinder (11) of the working device (2) and a working piston (9) guided in the connecting channel (11). 8).
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerkolben (9) an dem Arbeitskolben (8) stirnseitig anliegt. Device according to claim 5, characterized in that the chamber piston (9) rests on the front side of the working piston (8).
Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerkolben (9) mittels einer Vorspannfeder (28) gegen den Arbeitskolben Device according to claim 5 or 6, characterized in that the chamber piston (9) is pressed against the working piston by means of a biasing spring (28).
(8) gedrückt ist. (8) is pressed.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitseinrichtung (2) mit dem Kammerkolben (9) von der Versorgungseinrichtung (1) trennbar, insbesondere gegenüber dieser senkrecht zur Wirkrichtung der Kolbenanordnung (8, Device according to claim 1 or one of the following, characterized in that the working device (2) with the chamber piston (9) can be separated from the supply device (1), in particular perpendicular to the latter to the direction of action of the piston arrangement (8,
9) verschiebbar ist. 9) is movable.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (5) der VersorgungseinrichtungDevice according to claim 1 or one of the following, characterized in that the switching means (5) of the supply device
(I) eine antreibbare Welle aufweisen, die quer zum Verbindungskanal(I) have a drivable shaft which is transverse to the connecting channel
(II) verläuft und diesen an einem seiner Enden begrenzt und in einem ersten Drehwinkelbereich den Verbindungskanal (11) mittels einer in der Welle vorgesehenen ersten Öffnung (22) mit einem ersten Druckreservoir (3) verbindet, in einem zweiten Drehwinkelbereich den Verbindungskanal (11) mittels einer zweiten in der Welle vorgesehenen Öffnung (25) mit dem zweiten Druckreservoir (4) verbindet und den Verbindungskanal (11) in einem dritten Drehwinkelbereich endseitig fluiddicht abschließt. (II) runs and delimits it at one of its ends and in a first rotation angle range connects the connecting channel (11) to a first pressure reservoir (3) by means of a first opening (22) provided in the shaft, in a second rotation angle range the connecting channel (11) connects to the second pressure reservoir (4) by means of a second opening (25) provided in the shaft and seals the connecting channel (11) in a fluid-tight manner at the end in a third angle of rotation range.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Öffnung in der Welle eine die Welle durchsetzende Durchgangsbohrung ist. 10. Device according to claim 9, characterized in that the first and / or the second opening in the shaft is a through hole passing through the shaft.
11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Öffnung in der Welle eine Ausnehmung an der Mantelfläche der Welle ist. 11. Device according to claim 9 or 10, characterized in that the first and / or the second opening in the shaft is a recess on the lateral surface of the shaft.
12. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem durch periodische Betätigung der Schaltmittel (5), insbesondere durch kontinuierliche oder intermittierende Drehung der Welle, der Druck im Verbindungskanal (11) der Versorgungseinrichtung (1) abwechselnd erhöht und verringert und synchronisiert dazu zu bearbeitendes Nutzfluid der Arbeitskammer (12) zugeführt und gleichzeitig bearbeitetes Nutzfluid aus der Arbeitskammer (12) abgeführt wird. 12. A method for operating a device according to one of claims 1 to 11, in which the pressure in the connecting channel (11) of the supply device (1) is alternately increased and Reduced and synchronized, useful fluid to be processed is supplied to the working chamber (12) and at the same time processed useful fluid is removed from the working chamber (12).
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