Zahnradpumpe zur Herstellung von Luft-Flüssigkeits-Emulsionen, insbesondere in Softeisw und
Schlagsahnemaschinen
Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe zur Herstellung von Luft-Flüssigkeits-Emulsionen, insbesondere in Softeis- und Schlagsahnemaschinen.
Bei den bekannten Zahnradpumpen dieser Art wird die Flüssigkeit von dem einen Zahnrad und die Luft von dem anderen Zahnrad angesaugt. Erst auf der Druckseite der Pumpe, d. h. beim Zusammenlaufen der luftgefüllten Zahnlücken des einen Zahnrads und der flüssigkeitsgefüllten Zahnlücken des anderen Zahnrads, werden Luft und Flüssigkeit vereinigt, emulgiert und als Emulsion in die Förderleitung der Pumpe gedrückt.
Diese bekannte Ausbildung weist den Nachteil auf, dass das Luft-Flüssigkeits-Verhältnis der erzielten Emulsion in starkem Masse von dem Gegendruck abhängt, der durch den Förderdruck der Zahnradpumpe überwunden werden muss. Dieser Gegendruck ist insbesondere bei solchen Schlagsahnemaschinen ziemlich hoch, bei denen die Luft-Stahne-Emulsion durch einen sogenannten Engspalthomogeneisator gedrückt wird.
Auch bei Softeismaschinen mit geschlossener, unter Druck stehender Gefrierkammer bzw. bei Verwendung von zähflüssigeren Speiseeismixen muss der Förderdruck der Zahnradpumpe einen ziemlich hohen Gegendruck überwinden. Es hat sich nun gezeigt, dass insbesondere im Falle von solchen höheren Gegendrücken bei den bekannten Zahnradpumpen der vorstehend genannten Art die von dem einen Zahnrad angesaugte und die Zahnlücken dieses Zahnrads ausfüllende Luft nicht vollständig in die Förderleitung der Pumpe gedrückt bzw. mit der vom anderen Zahnrad angesaugten und die Zahnlücken desselben ausfüllenden Flüssigkeit emulgiert werden kann. Ein mit dem Gegendruck wachsender Anteil dieser Luft wird wahrscheinlich von der Druckseite der Pumpe durch den Eingriffsbereich der beiden Zahnräder hindurch wieder zurück zu der Saugseite der Pumpe befördert.
Ausserdem wurde festgestellt, dass bei den bekannten Zahnradpumpen zur Herstellung von Luft-Flüssigkeits-Emulsionen einerseits der Luftanteil der hergestellten Emulsion nicht beliebig, d. h. über einen bestimmten Höchstwert hinaus erhöht, und andererseits das Luft-Flüssigkeitsverhältnis der Emulsion praktisch nur sehr grob und ungenau bzw. nur in äusserst engen Grenzen abgeändert und geregelt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Ausführungen zu beheben und eine Zahnradpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei beliebig hohen Förder- bzw. Gegendrücken eine praktisch unbegrenzte Erhöhung des Luftanteils der hergestellten Luft-Flüssigkeits-Emulsion einerseits und eine sehr genaue, praktisch ebenfalls unbegrenzte Einstellung bzw. Abänderung des Luft-Flüssigkeits-Verhältnisses dieser Emulsion andererseits gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Flüssigkeitssaugöffnung der Zahnradpumpe mittig zwischen den beiden Zahnrädern angeordnet, und der Flüssigkeitszulauf zu der Saugseite der Pumpe nur zur teilweisen Flüssigkeitsfüllung der Zahnlücken beider Zahnräder einstellbar ist, und dass im Bereich des Zahnkranzes jedes Zahnrads ein in der Drehrichtung desselben der Flüssigkeitssaugöffnung nachgeschaltetes Lufteinsaugloch zur Luftfüllung des restlichen Zahnlückenraums vorgesehen ist.
Bei dieser Ausbildung wird zunächst nur die Flüssigkeit von beiden Zahnrädern der Zahnradpumpe angesaugt, wobei der Flüssigkeitszulauf so eingestellt wird, dass sich die einzelnen Zahnlücken der Zahnräder nur teilweise mit Flüssigkeit füllen.
Anschliessend werden die teilweise flüssigkeitsgefüllten Zahnlücken jedes Zahnrads beim Vorbeilaufen an das betreffende Lufteinsaugloch kurzzeitig mit der Aussenluft verbunden und saugen dabei - auf Grund des in ihnen herrschenden restlichen Unterdrucks - so viel Luft an, dass sich der von der Flüssigkeit freigelassene Raumteil der Zahnlücken mit Luft ausfüllt.
Nach dem Vorbeilaufen an das Lufteinsaugloch sind infolgedessen die Zahnlücken beider Zahnräder teilweise mit Luft und teilweise mit Flüssigkeit gefüllt.
Beim Weiterlaufen der Zahnräder werden die Luftund Flüssigkeitsanteile jeder Zahnlückenfüllung unter einander vermischt und sogar teilweise emulgiert. Auf der Druckseite der Zahnradpumpe wird dann die Luft Flüssigkeits-Füllung bzw. das Luft-Flüssigkeits Gemisch jeder Zahnlücke der Zahnräder in die Förderleitung der Pumpe gedrückt.
Es hat sich erwiesen, dass bei dieser Ausbildung der Zahnradpumpe, insbesondere infolge der sich daraus ergebenden Luft-Flüssigkeits-Füllung jeder einzelnen Zahnlücke der beiden Zahnräder, ein praktisch beliebig grosser Luftanteil in der hergestellten Luft-Flüssigkeits-Emulsion erzielt werden kann, und zwar weitgehend unabhängig vom Förderdruck der Pumpe, bzw.
von dem diesem entgegenwirkenden Gegendruck. Das Luft-Flüssigkeits-Verhältnis der hergestellten Emulsion entspricht dabei dem Luft-Flüssigkeits-Verhältnis der Füllung jeder einzelnen Zahnlücke und hängt insbesondere von der Grösse des zuerst mit Flüssigkeit gefüllten Raumteils der Zahnlücken, d. h. von der Einstellung des Flüssigkeitszulaufs ab. Infolgedessen kann das Luft-Flüssigkeits-Verhältnis der Emulsion sehr einfach und äusserst genau durch Einstellung des Flüssigkeitszulaufs zu der Saugseite der Pumpe bestimmt werden.
Zu diesem Zweck kann die Flüssigkeitssaugöffnung der Zahnradpumpe oder ein beliebiger Teil der Flüssigkeitssaugleitung dieser Pumpe einen kalibrierten, d. h. vorab einem bestimmten Luft-Flüssigkeits-Verhältnis der Emulsion entsprechend festgesetzten lichten Durchflussquerschnitt aufweisen. In Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens ist aber vorzugsweise in der Flüssigkeitssaugleitung der Zahnradpumpe ein Durchgang mit stetig oder stufenweise abänderbarem lichtem Durchflussquerschnitt vorgesehen. Bei dieser Anordnung kann der anfängliche Flüssigkeitsfüllungsgrad der einzelnen Zahnlücken und infolgedessen das Luft-Flüssigkeits-Verhältnis der hergestellten Emulsion sehr bequem und schnell innerhalb sehr weiten Grenzen abge ändert und den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden.
Der Durchgang mit abänderbarem bzw. einstellbarem lichtem Durchflussquerschnitt in der Flüssigkeitssaugleitung kann in baulicher Hinsicht beliebig ausgebildet und angeordnet sein. Es kann sich dabei auch um ein an sich bekanntes Regelventil od. dgl. handeln.
Vorteilhaft ist jedoch, die Flüssigkeitssaugöffnung seitlich in einer mit der Flüssigkeitssaugleitung verbundenen Bohrung des Pumpenkörpers vorgesehen, und in dieser Bohrung ist ein Abschlusskörper für die Flüssigkeitssaugöffnung zur Abänderung des lichten Durchflussquerschnitts dieser Öffnung drehbar gelagert. Dabei kann dieser drehbare Abschlusskörper eine schräge, sich quer durch die Flüssigkeitssaugöffnung erstreckende Steuerkante oder mehrere, auf seinem Umfang verteilte und einzeln nacheinander mit der Flüssigkeitsaugöffnung zur Deckung bringbare Durchflusslöcher verschiedenen Durchmessers aufweisen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Zahnradpumpe zur Herstellung von Luft-Flüs sigkeits-Emulsionen, in Vorderansicht mit teilweise abgebrochenem Gehäusedekkel,
Fig. 2 die Zahnradpumpe nach Fig. 1, im Querschnitt,
Fig. 3 die schematische Abwicklung der schragen Steuerkante zur Abänderung des lichten Durchflussquerschnitts der Flüssigkeitssaugöffnung bei der Zahnradpumpe nach Fig. 1 und 2,
Fig. 4 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Zahnradpumpe, in Vorderansicht,
Fig. 5 und 6 Querschnitte der Zahnradpumpe nach den Linie V-V und VI-VI der Fig. 4,
Fig. 7 eine Ansicht auf die Unterseite der Pumpe nach Fig. 4 bis 6 und
Fig.
8 die schematische Abwicklung des gelochten drehbaren Endteiles der Flüssigkeitssaugleitung zur Abänderung der angesaugten Flüssigkeitsmenge bei der Zahnradpumpe nach Fig. 4 bis 7.
Die Zahnradpumpe nach Fig. 1 bis 3 ist zur Herstellung von Luft-Flüssigkeits-Emulsionen, insbesondere Luft-Speiseeismix-Emulsionen in Softeismaschinen oder Luft-Sahne-Emulsionen in Schlagsahnemaschinen bestimmt. Diese Zahnradpumpe besteht aus einem Gehäuse 1, das durch einen mittels Schraubenbolzen 3 od. dgl. daran befestigten Deckel 2 abgeschlossen ist. Die Abdichtung zwischen Pumpengehäuse 1 und Abschlussdeckel 2 ist durch einen O-Ring 4 gewährleistet. Das Gehäuse 1 weist zwei kreisförmige, sich in dem mittleren Gehäuseteil überschneidende Kammern 5 auf, in denen je ein Zahnrad 6 bzw.
106 drehbar gelagert ist. Die zwei Zahnräder 6, 106 stehen untereinander im Eingriff. Das eine Zahnrad 6 ist drehfest mit einer Antriebswelle 7 verbunden, die drehbar im Pumpengehäuse gelagert und z. B. durch einen in Fig. 5 und 6 dargestellten Riementrieb antreibbar ist. Das Pumpengehäuse 1 ist gegenüber der Antriebswelle 7 des Zahnrads 6 durch einen oder mehrere O-Ringe 8 abgedichtet.
Der Gehäusedeckel 2 weist zumindest in seinem mittleren Bereich einen wesentlich stärkeren Teil 202 auf, in dem ein zu den Drehachsen der Zahnräder 6, 106 etwa paralleler und mittig zwischen diesen Zahnrädern auf der Druckseite der Pumpe in das Gehäuse 1 einmündender Förderkanal 10 vorgesehen ist. In das äussere Ende dieses Förderkanals 10 ist die Förderleitung der Zahnradpumpe gesteckt, wie insbesondere in Fig. 5 und 6 dargestellt ist.
In dem mittleren, stärkeren Teil 202 des Gehäusedeckels 2 ist eine quer zu den Drehachsen der Zahnräder 6, 106 gerichtete, insbesondere vertikale Bohrung 9 vorgesehen, die vorzugsweise nach unten aus dem Deckel 2 ausmündet. Diese Bohrung 9 ist mit der Flüssigkeitssaugleitung 313 verbunden und steht mit einer seitlichen, mittig zwischen den Zahnrädern 6, 106 auf der Saugseite der Pumpe in das Gehäuse 1 einmündenden Flüssigkeitssaugöffnung 14 in Verbindung.
Die Deckelbohrung 9 ist ausserdem über einen Ableitungskanal 109 mit dem Förderkanal 10 verbunden.
Dieser Ableitungskanal 109 ist mit einem in der Bohrung 9 angeordneten Rückschlagventil 11 versehen, das von einer Feder 12 in Schliesstellung gehalten wird.
Die Saugleitung 313 besteht aus einem etwa vertikalen Saugrohr 413. das sich z. B. in den unterhalb der Zahnradpumpe angeordneten, nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter erstreckt und niit seinem unteren, offe nen Ende etwa bis zum Boden dieses Behälters reicht.
Das obere Ende des Saugrohrs 413 weist einen erweiterten Kopfteil 13 auf, der in die Deckelbohrung 9 greift und darin drehbar gelagert ist. Die Abdichtung zwischen dem Gehäusedeckel 2 und dem drehbar in die Deckelbohrung 9 gesteckten oberen Kopfteil 13 des Saugrohrs 413 ist durch einen O-Ring 213 gewährleistet, der auch das Saugrohr 413 bzw. den Kopfteil 13 desselben in der Deckelbohrung 9 durch Reibungsschluss festhält.
Ausserhalb des Gehäusedeckels 2 weist der obere Kopfteil 13 des Saugrohrs 413 einen gegen den Deckel 2 anliegenden Anschlagflansch 113 und einen seitlich vorspringenden Handgriff zur Verdrehung des Saug- rohres bzw. seines Kopfteils 13 auf. Im Inneren der Deckelbohrung 9 weist der obere Kopfteil 13 des Saugrohres 413 eine buchsenförmige Verlängerung 15 auf, die drehbar jedoch möglichst dicht gegen die Innenwandung der Deckelbohrung anliegt und mit einer schrägen bzw. etwa schraubenlinienförmigen oberen Steuerkante abschliesst. Diese buchsenförmige Verlängerung 15 des Saugrohrs 413 wirkt als Abschlusskörper mit der seitlichen Flüssigkeitssaugöffnung 14 zusammen, wobei sich die schräge Steuerkante quer durch diese Öffnung 14 erstreckt.
Das Saugrohr 413 und der Ableitungskanal 109 sind koaxial zueinander und zu der Deckelbohrung 9 angeordnet. Das federbelastete Rückschlagventil 11 für den Ableitungskanal 109 ist nach unten verlängert und auch als Ventilkörper 111 für den Abschluss des oberen Endes der Saugleitung 313 bzw. des Saugrohrs 413 ausgebildet. Die Feder 12 hält das Ventil 11, 111 in einer Lage, in der es den Ableitungskanal 109 abschliesst, jedoch die Saugleitung 313 offen lässt, wie insbesondere in Fig. 2 dargestellt ist.
Jedem Zahnrad 6, 106 ist ein Lufteinsaugloch 116 bzw. 16 im Pumpengehäuse 1 zugeordnet, das - in der Drehrichtung des betreffenden Zahnrads gesehen - der mittleren Flüssigkeitssaugöffnung 14 nachgeschaltet und vorzugsweise auf der Saugseite der Pumpe angeordnet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 sind die Lufteinsauglöcher 16, 116 in etwa radialer Richtung zu den betreffenden Zahnrädern 6, 106 im Pumpengehäuse 1 gebohrt.
Das Saugrohr 413 wird mit Hilfe des Handgriffs in einer solchen Winkellage eingestellt, dass sich die schräge Steuerkante des inneren, buchsenförmigen Abschlusskörpers 15 quer durch die Flüssigkeitssaugöffnung 14 erstreckt, wie etwa in Fig. 3 für die relative Stellung II der Saugöffnung 14 in bezug auf die buch senförmige Verlängerung 15 des Saugrohrs 413 dargestellt ist. Die Saugöffnung 14 wird dadurch teilweise abgedeckt und zwar so, dass die beim Antrieb der Zahnradpumpe durch das Saugrohr 413, die Deckelbohrung 9 und die Saugöffnung 14 angesaugte Flüssigkeit die Zahnlücken beider Zahnräder 6, 106 nur teilweise ausfüllt. Anschliessend werden die teilweise flüssigkeitsgefüllten Zahnlücken jedes Zahnrads 6, 106 beim Vorbeilaufen an das betreffende Lufteinsaugloch 16 bzw. 116 kurzzeitig mit der Aussenluft verbunden.
Dabei wird in jede Zahnlücke infolge des in ihr herrschenden restlichen Unterdrucks soviel Luft angesaugt, dass sich der von der Flüssigkeit freigelassene Zahnlückenraum mit Luft ausfüllt. Nach dem Vorbeilaufen an das Lufteinsaugloch 16 bzw. 116 ist jede Zahnlücke der beiden Zahnräder 6, 106 teilweise mit Luft und teilweise mit Flüssigkeit gefüllt, und zwar in einem Verhältnis, das dem offen gelassenen. lichten Querschnitt der Flüssigkeitssaugöffnung 14 und infolgedessen der anfänglich durch diese Öffnung angesaugten Flüssigkeitsmenge entspricht. Die beim Weiterlaufen teilweise gemischte Luft-Flüssigkeits-Füllung der Zahnlücken beider Zahnräder 6, 106 wird als Luft-Flüssigkeits-Emulsion in den Förderkanal 10 der Pumpe gedrückt.
Das Luft-Flüssigkeits-Verhältnis dieser Emulsion kann durch Verdrehen des Saugrohrs 413 kontinuierlich abgeändert und den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. Zusammen mit dem Saugrohr 413 wird nämlich auch die innere buchsenförmige Verlängerung 15 desselben mit der oberen schrägen Steuerkante verdreht, wodurch die Flüssigkeitssaugöffnung 14 verschieden weit geöffnet bzw. abgedeckt wird. In Fig. 3 sind auch die zwei Grenzfälle für die relative Lage der schrägen Steuerkante in bezug auf die Saug- öffnung 14 angedeutet. In der Grenzlage I, in der die Saugöffnung 14 ganz geöffnet ist, werden die Zahnlükken beider Zahnräder ganz bzw. in dem grösstmöglichen Mass mit Flüssigkeit gefüllt. Die Zahnradpumpe wirkt dabei als reine Flüssigkeitspumpe bzw. die erhaltene Luft-Flüssigkeits-Emulsion weist den kleinstmöglichen Luftanteil auf.
In der anderen Grenzlage nI, in der die Flüssigkeitssaugöffnung 14 ganz geschlossen ist, wird keine Flüssigkeit angesaugt und die Zahnradpumpe wirkt als reine Luftpumpe. Es ist offensichtlich, dass durch Verdrehung des Saugrohrs 413 mit der oberen schrägen Steuerkante ein beliebiges, zwischen diesen beiden Grenzfällen I und III liegendes Luft-Flüssigkeits-Verhältnis eingestellt werden kann.
Wenn der Druck in dem Förderkanal 10 der Pumpe einen durch die Kraft der Feder 12 vorbe stimmten Höchstwert überschreitet, wird das Rückschlagventil 11 selbsttätig geöffnet und die gepumpte Luft-Flüssigkeits-Emulsion fliesst aus dem Förderkanal 10 durch den geöffneten Ableitungskanal 109 und die Deckelbohrung 9 zu der Saugöffnung 14 zurück. Der entgegen der Feder 12 verstellte Ventilkörper 11 schliesst dabei mit seinem unteren Ende 111 die Einlaufmündung der Saugleitung 313 ab und verhindert dadurch einerseits das Ansaugen von weiterer Flüssigkeit durch das Steigrohr 413 und andererseits den eus- fluss der zurückgepumpten Luft-Flüssigkeits-Emulsion durch das Steigrohr 413.
Die Luft-Flüssiekeits,Emul- sion läuft also im Kreislauf in der Zahnradpumpe um, zwischen der Druckseite und der Saugseite derselben, und zwar so lange, bis der Druck in der Förderleitunz unterhalb des Höchstwertes absinkt und infolaedessen der Ableitungskanal 109 wieder selbsttätig durch das Rückschlaoventil 11 geschlossen wird. ( Tleichzeitig wird auch die Einlaufmündung der Saugleitung 313 durch das untere Ende 111 des Ventilkörpers 11 wieder geöffnet.
Die Zahnradpumpe nach Fig. 4 bis 8 entsnricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3, wobei gleiche Teile mit den selben Bezugszeichen versehen sind. In diesem Fall ist jedoch eine stufenweise Regelung des Luft-Flüssigkeits-Verhältnisses der hergestellten Emulsion vorgesehen. Zu diesem Zweck, weist die in der Deckelbohrung 9 drehbar gelagerte. buchsenförmige Verlängerung 215 des Saugrohrs 413 mehrere, auf ihrem Umfang verteilte Durchflusslöcher Fl-F7 verschiedenen Durchmessers auf, die bei Verdrehune des Saugrohrs 413 und seiner buchsenförmigen Verlängerung 215 einzeln nacheinander mit der gàugoftnung 114 zur Deckung gebracht werden.
Dadurch wird der lichte Querschnitt des Durchgangs, durch den die Flüssigkeit in die Pumpe angesaugt wird, stufenweise entsprechend den verschiedenen Durchmessern der Durchflusslöcher F1-F7 abgeändert. Der Durchmesser der Saugöffnung 114 entspricht dem Durchmesser des grössten Durchflussloches F7.
Das verdrehbare Saugrohr 413 wird durch eine Rastvorrichtung in den verschiedenen Winkelstellungen festgehalten, die der genauen Einstellung je eines Durchflussloches Fl-F7 koaxial zu der Saugöffnung 114 entsprechen. Diese Rastvorrichtung besteht aus einem äusseren Bund 513 des Saugrohrs 413, der auf seiner Unterseite mit einem Rastenkranz 613 versehen ist. An dem Deckel 2 des Pumpengehäuses 1 ist ein etwa halbkugelförmiges Rastglied 713 befestigt, das von unten in die Rasten 613 des Saugrohrbundes 513 eingreift. Die Feder 12 des Rückschlagventils 11 drückt das Saugrohr 413 nach unten und hält das Rastglied 713 im Eingriff mit den Rasten 613 des Saugrohrbundes 513. Das Saugrohr 413 stützt sich dabei auf das Rastglied 713 ab.
Beim Verdrehen des Saugrohrs 413 mit Hilfe des Handgriffs 216, springt das Rastglied 713 von einer Raste 613 des Saugrohrbundes 513 in die nächstfolgende, wobei sich das Saugrohr 413 federnd entgegen der Kraft der Feder 12 anhebt.
Der Bund 513 des Saugrohrs 413 weist ausserdem einen Durchbruch 8 auf, durch den das. Rastglied 713 frei durchtreten kann. Wenn dieser Durchbruch 8 über das Rastglied 713 eingestellt wird, kann das Saugrohr 413 aus der Bohrung 9 des Pumpendeckels 2 nach unten herausgezogen, d. h. abmontiert werden.
Das für den abwechselnden Abschluss des Ableitungskanals 109 und der Saugleitung 313 dienende Doppelventil besteht bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 aus einem oberen, etwa tellerförmigen Ventilkörper 11 für den Ableitungskanal 109 und einem unteren, etwa kugelförmigen Ventilkörper 311 für die Einlaufmündung der Saugleitung 313. Diese zwei Ventilkörper 11 und 311 sind untereinander durch einen schmalen, biegsamen Steg bzw. Schaft 211 verbunden.
Vorzugsweise sind die Ventilkörper 11 und 311 einstückig mit dem Verbindungssteg bzw. -Schaft 211 aus gummielastischem Material hergestellt. Diese Ausbildung des Doppelventils 11, 311 gestattet eine bessere Anpassung des unteren Ventilkörpers 311 an die Einlaufmündung der Saugleitung 313 und infolgedessen einen besseren Abschluss dieser Saugleitung.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens mehrere, insbesondere in baulicher Hinsicht unterschiedliche Lösungen möglich.
Insbesondere kann die erfindungsgmässe Zahnradpumpe nicht nur für Luft-Speiseeismix-Emulsionen, bzw. Luft-Sahne-Emulsionen, sondern auch für beliebige andere Luft-, bzw. Gas-Flüssigkeits-Emulsionen benutzt werden.