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.
Gear pump for the production of air-liquid emulsions, especially in soft ice cream and
Whipped cream machines
The invention relates to a gear pump for the production of air-liquid emulsions, in particular in soft ice cream and whipped cream machines.
In the known gear pumps of this type, the liquid is sucked in by one gear and the air is sucked in by the other gear. Only on the pressure side of the pump, i.e. H. When the air-filled tooth gaps of one gear and the liquid-filled tooth gaps of the other gear converge, air and liquid are combined, emulsified and pressed as an emulsion into the delivery line of the pump.
This known design has the disadvantage that the air-liquid ratio of the emulsion obtained depends to a large extent on the counter pressure which has to be overcome by the delivery pressure of the gear pump. This counter pressure is quite high, especially in those whipped cream machines in which the air-cream emulsion is pressed through a so-called narrow gap homogenizer.
Even with soft ice cream machines with a closed, pressurized freezer chamber or when using more viscous ice cream mixes, the delivery pressure of the gear pump has to overcome a fairly high counter pressure. It has now been shown that especially in the case of such higher back pressures in the known gear pumps of the type mentioned above, the air sucked in by one gear and filling the tooth gaps of this gear is not completely pressed into the delivery line of the pump or with that of the other gear sucked and the tooth gaps of the same filling liquid can be emulsified. A proportion of this air, which increases with the counterpressure, is probably conveyed from the pressure side of the pump through the meshing area of the two gears back to the suction side of the pump.
It was also found that in the known gear pumps for the production of air-liquid emulsions, on the one hand, the proportion of air in the emulsion produced is not arbitrary; H. increased beyond a certain maximum value, and on the other hand the air-liquid ratio of the emulsion can practically only be changed and controlled very roughly and imprecisely or only within extremely narrow limits.
The object of the invention is to eliminate these disadvantages of the known designs and to create a gear pump of the type mentioned at the outset which, with any high delivery or counter pressures, provides a practically unlimited increase in the air content of the air-liquid emulsion produced and a very precise one , on the other hand, practically unlimited adjustment or modification of the air-liquid ratio of this emulsion is also permitted.
According to the invention, this object is achieved in that the liquid suction opening of the gear pump is arranged centrally between the two gear wheels, and the liquid inlet to the suction side of the pump can only be adjusted to partially fill the gaps between the teeth of both gear wheels, and that in the area of the ring gear of each gear wheel one in the direction of rotation the same air suction hole downstream of the liquid suction opening is provided for filling the remaining tooth space with air.
In this design, only the liquid is initially sucked in from both gears of the gear pump, the liquid supply being adjusted so that the individual tooth gaps of the gears are only partially filled with liquid.
Subsequently, the partially fluid-filled tooth gaps of each gear wheel are briefly connected to the outside air as they pass the relevant air intake hole and suck in - due to the remaining negative pressure in them - so much air that the space of the tooth gaps left free by the fluid fills with air .
As a result, after passing the air intake hole, the tooth gaps of both gears are partly filled with air and partly with liquid.
As the gears continue to run, the air and liquid components of each tooth gap filling are mixed with one another and even partially emulsified. On the pressure side of the gear pump, the air-liquid filling or the air-liquid mixture of each tooth gap of the gear wheels is then pressed into the delivery line of the pump.
It has been shown that with this design of the gear pump, in particular as a result of the resulting air-liquid filling of each individual tooth gap of the two gears, virtually any amount of air can be achieved in the air-liquid emulsion produced, to a large extent regardless of the delivery pressure of the pump or
of the counter pressure counteracting this. The air-liquid ratio of the emulsion produced corresponds to the air-liquid ratio of the filling of each individual tooth gap and depends in particular on the size of the space of the tooth gaps that is first filled with liquid, i.e. H. on the setting of the liquid inlet. As a result, the air-liquid ratio of the emulsion can be determined very easily and extremely precisely by adjusting the liquid inlet to the suction side of the pump.
For this purpose the liquid suction opening of the gear pump or any part of the liquid suction line of this pump can be a calibrated, i. H. have in advance a certain air-liquid ratio of the emulsion correspondingly set clear flow cross-section. In a further development of the inventive concept, however, a passage with a clear flow cross section that can be changed continuously or in steps is preferably provided in the liquid suction line of the gear pump. With this arrangement, the initial degree of liquid filling of the individual tooth gaps and, as a result, the air-liquid ratio of the emulsion produced can be changed very conveniently and quickly within very wide limits and adapted to the respective requirements.
The passage with a changeable or adjustable clear flow cross section in the liquid suction line can be designed and arranged as desired in structural terms. It can also be a known control valve or the like.
However, it is advantageous for the liquid suction opening to be provided laterally in a bore of the pump body connected to the liquid suction line, and a closing body for the liquid suction opening for changing the clear flow cross-section of this opening is rotatably mounted in this bore. This rotatable closing body can have an inclined control edge extending transversely through the liquid suction opening or several flow holes of different diameters that are distributed over its circumference and can be brought to coincide individually with the liquid suction opening.
Two embodiments of the invention are shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 shows a gear pump according to the invention for the production of air-liq sigkeits emulsions, in a front view with partially broken off housing cover,
FIG. 2 shows the gear pump according to FIG. 1, in cross section,
3 shows the schematic development of the inclined control edge for changing the clear flow cross-section of the liquid suction opening in the gear pump according to FIGS. 1 and 2,
4 shows another embodiment of the gear pump according to the invention, in a front view,
FIGS. 5 and 6 show cross sections of the gear pump along the lines V-V and VI-VI of FIG. 4,
7 shows a view of the underside of the pump according to FIGS. 4 to 6 and
Fig.
8 the schematic development of the perforated rotatable end part of the liquid suction line for changing the amount of liquid sucked in in the gear pump according to FIGS. 4 to 7.
The gear pump according to FIGS. 1 to 3 is intended for the production of air-liquid emulsions, in particular air-ice cream mix emulsions in soft ice cream machines or air-cream emulsions in whipped cream machines. This gear pump consists of a housing 1 which is closed by a cover 2 fastened thereto by means of screw bolts 3 or the like. The seal between the pump housing 1 and cover 2 is ensured by an O-ring 4. The housing 1 has two circular chambers 5 which intersect in the middle housing part and in each of which a gear wheel 6 or
106 is rotatably mounted. The two gears 6, 106 mesh with one another. One gear 6 is rotatably connected to a drive shaft 7 which is rotatably mounted in the pump housing and z. B. can be driven by a belt drive shown in FIGS. The pump housing 1 is sealed off from the drive shaft 7 of the gearwheel 6 by one or more O-rings 8.
The housing cover 2 has, at least in its central area, a much thicker part 202 in which a delivery channel 10 is provided which is approximately parallel to the axes of rotation of the gears 6, 106 and opens centrally between these gears on the pressure side of the pump into the housing 1. The delivery line of the gear pump is inserted into the outer end of this delivery channel 10, as is shown in particular in FIGS. 5 and 6.
In the middle, thicker part 202 of the housing cover 2, a particularly vertical bore 9 is provided which is directed transversely to the axes of rotation of the gearwheels 6, 106 and which preferably opens out from the cover 2 downwards. This bore 9 is connected to the liquid suction line 313 and is connected to a lateral liquid suction opening 14 which opens into the housing 1 centrally between the gears 6, 106 on the suction side of the pump.
The cover bore 9 is also connected to the conveying channel 10 via a discharge channel 109.
This discharge channel 109 is provided with a check valve 11 which is arranged in the bore 9 and is held in the closed position by a spring 12.
The suction line 313 consists of an approximately vertical suction pipe 413. which z. B. extends into the arranged below the gear pump, not shown liquid container and niit its lower, offe nen end extends approximately to the bottom of this container.
The upper end of the suction tube 413 has an enlarged head part 13 which engages in the cover bore 9 and is rotatably mounted therein. The seal between the housing cover 2 and the upper head part 13 of the suction tube 413 rotatably inserted into the cover bore 9 is ensured by an O-ring 213 which also holds the suction tube 413 or the head part 13 of the same in the cover bore 9 by frictional engagement.
Outside the housing cover 2, the upper head part 13 of the suction tube 413 has a stop flange 113 resting against the cover 2 and a laterally protruding handle for rotating the suction tube or its head part 13. Inside the cover bore 9, the upper head part 13 of the suction tube 413 has a socket-shaped extension 15, which rotates as closely as possible against the inner wall of the cover bore and terminates with an inclined or approximately helical upper control edge. This sleeve-shaped extension 15 of the suction tube 413 acts as a closing body with the lateral liquid suction opening 14, the inclined control edge extending transversely through this opening 14.
The suction pipe 413 and the discharge channel 109 are arranged coaxially to one another and to the cover bore 9. The spring-loaded check valve 11 for the discharge channel 109 is extended downwards and is also designed as a valve body 111 for the closure of the upper end of the suction line 313 or the suction pipe 413. The spring 12 holds the valve 11, 111 in a position in which it closes the discharge channel 109, but leaves the suction line 313 open, as is shown in particular in FIG. 2.
Each gear 6, 106 is assigned an air intake hole 116 or 16 in the pump housing 1, which - viewed in the direction of rotation of the relevant gear - is connected downstream of the central liquid suction opening 14 and is preferably arranged on the suction side of the pump. In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3, the air intake holes 16, 116 are drilled in the pump housing 1 in an approximately radial direction to the relevant gear wheels 6, 106.
The suction tube 413 is adjusted with the help of the handle in such an angular position that the inclined control edge of the inner, sleeve-shaped closing body 15 extends transversely through the liquid suction opening 14, such as in FIG. 3 for the relative position II of the suction opening 14 with respect to the Buch seniform extension 15 of the suction tube 413 is shown. The suction opening 14 is thereby partially covered in such a way that the liquid sucked in when the gear pump is driven through the suction pipe 413, the cover bore 9 and the suction opening 14 only partially fills the tooth gaps of both gears 6, 106. Then the partially fluid-filled tooth gaps of each gear 6, 106 are briefly connected to the outside air as they pass the relevant air intake hole 16 or 116.
As a result of the remaining negative pressure in each tooth gap, so much air is sucked in that the tooth gap space left free by the liquid is filled with air. After passing the air intake hole 16 or 116, each tooth gap of the two gears 6, 106 is partially filled with air and partially with liquid, in a ratio that is left open. clear cross section of the liquid suction opening 14 and consequently corresponds to the amount of liquid initially sucked in through this opening. The air-liquid filling of the tooth gaps of both gear wheels 6, 106, which is partially mixed as the running continues, is pressed into the delivery channel 10 of the pump as an air-liquid emulsion.
The air-liquid ratio of this emulsion can be continuously changed by rotating the suction tube 413 and adapted to the respective requirements. Together with the suction pipe 413, the inner sleeve-shaped extension 15 of the same is rotated with the upper inclined control edge, whereby the liquid suction opening 14 is opened or covered to different extents. In FIG. 3, the two borderline cases for the relative position of the inclined control edge in relation to the suction opening 14 are also indicated. In limit position I, in which the suction opening 14 is fully open, the tooth gaps of both gears are completely or to the greatest possible extent filled with liquid. The gear pump acts as a pure liquid pump or the air-liquid emulsion obtained has the smallest possible proportion of air.
In the other limit position nI, in which the liquid suction opening 14 is completely closed, no liquid is sucked in and the gear pump acts as a pure air pump. It is obvious that any air-liquid ratio between these two limiting cases I and III can be set by rotating the suction pipe 413 with the upper inclined control edge.
When the pressure in the delivery channel 10 of the pump exceeds a maximum value predetermined by the force of the spring 12, the check valve 11 is automatically opened and the pumped air-liquid emulsion flows out of the delivery channel 10 through the open discharge channel 109 and the cover hole 9 the suction opening 14 back. The valve body 11, which is adjusted against the spring 12, closes the inlet opening of the suction line 313 with its lower end 111 and thereby prevents further liquid from being sucked in through the riser pipe 413 and on the other hand prevents the air-liquid emulsion pumped back from flowing through the riser pipe 413.
The air-liquid, emulsion thus circulates in the gear pump between the pressure side and the suction side of the same, until the pressure in the delivery line falls below the maximum value and, in consequence, the drainage channel 109 automatically passes through the backlash valve 11 is closed. (At the same time, the inlet opening of the suction line 313 is opened again through the lower end 111 of the valve body 11.
The gear pump according to FIGS. 4 to 8 corresponds essentially to the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3, the same parts being provided with the same reference numerals. In this case, however, a step-by-step regulation of the air-liquid ratio of the emulsion produced is provided. For this purpose, the rotatably mounted in the cover bore 9 has. Socket-shaped extension 215 of the suction tube 413 has several flow holes F1-F7 of different diameters distributed around its circumference, which are brought into congruence one after the other with the opening 114 when the suction tube 413 and its socket-shaped extension 215 are rotated.
As a result, the clear cross section of the passage through which the liquid is sucked into the pump is gradually changed according to the different diameters of the flow holes F1-F7. The diameter of the suction opening 114 corresponds to the diameter of the largest throughflow hole F7.
The rotatable suction tube 413 is held in place by a latching device in the various angular positions that correspond to the precise setting of one flow-through hole F1-F7 coaxially to the suction opening 114. This locking device consists of an outer collar 513 of the suction tube 413, which is provided with a locking ring 613 on its underside. An approximately hemispherical locking member 713 is fastened to the cover 2 of the pump housing 1 and engages from below into the notches 613 of the suction tube collar 513. The spring 12 of the check valve 11 presses the suction pipe 413 downwards and holds the locking member 713 in engagement with the catches 613 of the suction pipe collar 513. The suction pipe 413 is supported on the locking member 713.
When the suction tube 413 is rotated with the aid of the handle 216, the latching member 713 jumps from one notch 613 of the suction tube collar 513 to the next one, the suction tube 413 being resiliently raised against the force of the spring 12.
The collar 513 of the suction tube 413 also has an opening 8 through which the locking member 713 can freely pass. When this opening 8 is set via the locking member 713, the suction pipe 413 can be pulled out of the bore 9 of the pump cover 2 downwards, i. H. be dismantled.
The double valve used for the alternating closure of the discharge channel 109 and the suction line 313 consists in the embodiment according to FIG. 5 of an upper, approximately plate-shaped valve body 11 for the discharge channel 109 and a lower, approximately spherical valve body 311 for the inlet opening of the suction line 313 two valve bodies 11 and 311 are connected to one another by a narrow, flexible web or shaft 211.
The valve bodies 11 and 311 are preferably produced in one piece with the connecting web or shaft 211 from rubber-elastic material. This design of the double valve 11, 311 allows a better adaptation of the lower valve body 311 to the inlet opening of the suction line 313 and consequently a better closure of this suction line.
The invention is of course not restricted to the exemplary embodiments described and illustrated, but rather several solutions, in particular different from a structural point of view, are possible within the scope of the general inventive concept.
In particular, the gear pump according to the invention can be used not only for air-ice-cream mix emulsions or air-cream emulsions, but also for any other air or gas-liquid emulsions.