CH632937A5

CH632937A5 - Apparat zum homogenisieren von fluessigen und breiigen substanzen.

Info

Publication number: CH632937A5
Application number: CH329879A
Authority: CH
Inventors: Max Hermann Marugg
Original assignee: Max Hermann Marugg
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1978-06-26
Publication date: 1982-11-15
Also published as: DE2856969D2; FR2443276B1; GB2035817A; GB2035817B; WO1979000020A1; DE2729855C2; EP0006863A1; FR2443276A1; SE425596B; US4333729A; DE2729855A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Apparat zum Homogenisieren von flüssigen und breiigen Substanzen gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei solchen bekannten Homogenisiervorrichtungen ist die Hochdruckpumpe als Kolbenpumpe ausgebildet, deren Kolben über Pleuel- und Schubstangen von einem Kurbelgetriebe mit angeflanschtem Motor angetrieben wird. Unmittelbar auf dem Zylinderblock der Kolbenpumpe ist die ei-65 gentliche Homogenisiervorrichtung, nämlich der Homogenisierkopf mit dem Stempel, angeordnet. Die zu homogenisierende Flüssigkeit wird dabei durch Einlassstutzen von den Kolben beim Rückwärtsgang in den Zylinder hineinge

saugt und beim Verdichtungsvorgang aus dem Zylinder heraus durch den Homogenisierkopf hindurchgedrückt. Solche Vorrichtungen können ohne Ein- bzw. Auslassventile arbeiten, und es können auch mehrere Kolben in paralleler Arbeitsweise auf den Homogenisierkopf wirken.

Nachteilig bei diesen bekannten Homogenisiervorrichtungen ist, dass durch die parallele Arbeitsweise der Kolben ein unruhiger Lauf entsteht. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, die Kolben nicht parallel, sondern je nach Zahl versetzt zueinander arbeiten zu lassen. Um bei einer solchen Ausführung ohne Ventile auszukommen, muss jedem Zylinder ein eigener Homogenisierkopf zugeordnet werden.

Zwar ergibt sich bei dieser Anordnung der Vorteil des ruhigeren und gleichmässigeren Laufes der Kolbenpumpe, jedoch ist der Durchfluss der Flüssigkeit durch die Homogenisiervorrichtung weiterhin diskontinuierlich.

Vorteilhaft für eine gute Dispergierung der Flüssigkeit ist der kontinuierliche Durchlauf durch den Homogenisierkopf. Dieser kann dadurch erreicht werden, dass bei einer mehr-zylindrigen Ausführung mit mindestens zwei auf einen einzigen Homogenisierkopf wirkenden Zylindern sowohl am Einlassstutzen wie auch auf der Auslassseite des Zylinderkopfes Ventile vorgesehen werden.

Solche in den US-PS 2 293 684 und US-PS 2 555 597 beschriebenen, mit Ventilen arbeitenden Homogenisiervorrichtungen weisen den wesentlichen Nachteil auf, dass sie leichter verstopfen, die Ventile häufig undicht sind und insbesondere der Zylinderkopf mit den Auslassventilen sehr schlecht zu reinigen ist und der Stempel im Homogenisierkopf bei kontinuierlicher Beaufschlagung durch die zu dispergierende Flüssigkeit nicht mehr zum Anliegen an die Durchlassbohrung in der Buchse kommt und sich daher nicht bzw. kaum noch zentriert.

Einen weiteren kritischen Punkt bei der Ausbildung von Homogenisierungsvorrichtungen stellt die Ausbildung des im Homogenisierkopf enthaltenen Stempels dar. Aus der CH-PS 311 796 ist es bekannt, die Stempel mit axial aufeinanderfolgenden ringförmigen Stufen so auszubilden, dass sie in einem die Körperlängsachse des Stempels enthaltenen Schnitt die Form eines Rechtecks aufweisen. Die Stufen liegen folglich an der kegelförmigen Durchlassbohrung mit ke-gelstumpfförmigen Ringflächen an, deren Grösse abhängig von der jeweiligen Höhe der einzelnen Stufen ist. Zwischen den Stufen sind gleichhohe Ausnehmungen vorgesehen, in denen sich die zu homogenisierende Substanz nach dem Passieren einer Stufe verwirbeln und neu mischen kann. Alle Stufen haben die gleiche Höhe und nehmen deshalb jeweils die gleiche Menge der Substanz auf, bevor sie die nächste Stufe passieren. Dadurch, dass die zu homogenisierende Substanz aufeinanderfolgend fest aufeinander gepresste flä-chenförmige Spalte passieren muss, lässt sich nur ein begrenzter Grad an Zerkleinerung der Teilchen der Substanz erzielen, und es werden besonders dann, wenn die Substanz eine breiige oder zähflüssige Konsistenz aufweist, sehr hohe Drücke benötigt und ein nur relativ kleiner Durchsatz erzielt. Im Falle, dass im Gegensatz zu den übrigen Teilchen ein etwas widerstandsfähigeres Teilchen zwischen die Flächen gerät, können bis zur Zerreibung dieser widerstandsfähigeren Teilchen die übrigen undispergiert die Spalten des Homogenisierkopfes passieren.

Um die Nachteile solcher Ringflächen zu vermeiden, ist es bereits aus der DE-PS 1 192 157 bekannt, die Ringflächen zu Ringschneiden zu verringern. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass zwischen den einzelnen Ringschneiden keine grösseren Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen sich die zu homogenisierende Substanz nach einem Verschneidevorgang erneut vermischen kann, bevor sie von der nachfolgen632 937

den Ringschneide erneut homogenisiert wird. Ein weiterer Nachteil bei dieser bekannten Vorrichtung ist es, dass die scharfkantigen Ringschneiden bei der hohen Druckbelastung und den extremen Schwingungen des Stempels durch ungleichmässiges, zwischenzeitiges Anstossen an der glatt-wandigen Durchlassbohrung sehr schnell abgenutzt werden, da dem Stempel eine diesen auch beim Nichtanliegen an der Durchlassbohrung zentrierende Vorrichtung fehlt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Apparat der vorgenannten Art so auszubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile entfallen und insbesondere eine Homogenisiervorrichtung geschaffen wird, die ein noch besseres Dispergier-vermögen und gleichzeitig eine bessere Stundenleistung aufweist. Weiterhin soll erreicht werden, dass die bessere Di-spergierleistung bei geringerem Druck möglich wird, damit die zu homogenisierende Substanz schonender behandelt wird und zum Beispiel eine geringere Erhitzung erleidet und gleichzeitig die Substanz nicht nur fein dispergiert, sondern auch besonders gut vermischt wird. Diese Aufgabe soll auch für dickflüssigere bzw. breiigere Substanzen erfüllt werden, wobei erreicht werden soll, dass die Homogenisiervorrichtung weniger anfallig gegen Verstopfungen und Undichtigkeiten der Ventile ist und schliesslich auch die Zugänglichkeit zu den Ventilen und zu dem Homogenisierkopf erleichtert wird.

Diese Aufgabe wird bei dem Apparat der eingangs genannten Art erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 definierten Massnahmen gelöst. Durch diese erfindungsgemässe Ausbildung der Homogenisiervorrichtung wird erreicht, dass diese von mehr als einem Druckzylinder bei nichtparalleler Arbeitsweise der Kolben mit komprimierter Substanz beschickt werden kann und dadurch eine wesentlich kontinuierlichere Zufuhr gewährleistet ist. Weiterhin ist durch die Möglichkeit, die Zwischenkammer öffnen zu können, ein leichtes Reinigen sowohl des Homogenisierkopfes wie auch der Auslassventile möglich.

In vorteilhafter Weiterbildung besteht die Zwischenkammer z.B. aus einem ersten, stirnseitig an den Zylinderblock angebauten Kammerteil und einem lösbar damit verbundenen, die Homogenisiervorrichtung tragenden zweiten Kammerteil.

Vorzugsweise ist die Trennfuge der beiden Kammerteile in einer zu den Achsen der im Zylinderblock parallelachsig angeordneten Zylinder senkrechten Ebene angeordnet und die Homogenisiervorrichtung an einer zur Trennfugenebene, parallelen Wandung des zweiten Kammerteils dergestalt angebaut, dass die Längsachse des Stempels parallel zu den Achsen der Zylinder ist. Weiter ist in vorteilhafter Ausbildung das zweite Kammerteil durch ein Scharnier mit zur Trennfugenebene parallelen Scharnierachse am ersten Kammerteil gehalten. Damit wird das Öffnen der Zwischenkammer wesentlich erleichtert und kann ohne Absetzen des beweglichen Kammerteiles geschehen.

In vorteilhafter Weiterbildung ist ein zwischen dem Kompressionsraum des jeweiligen Zylinders und der Zwischenkammer eingebautes Auslassventil bei geöffnetem zweiten Kammerteil ausbaubar. Hierdurch wird gewährleistet, dass die von der hochkomprimierten Substanz durch-flossenen Auslassventile schnellstmöglich gereinigt bzw. sogar ausgewechselt werden können, ohne dass eine grössere Montage bzw. Demontage der Homogenisiervorrichtung notwendig wird.

In vorteilhafter Weiterbildung sind in einer in den Ventilen enthaltenen Ventilplatte, ausgehend von einer kreisförmigen Grundplatte mit einem Aussendurchmesser da, der dem grössten inneren Durchmesser der Ventile entspricht, in einem Winkelabstand von jeweils a = 30° in dem Aussen-rand der Grundplatte vier segmentförmige Ausnehmungen

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

632 937

angeordnet, die einen Winkel von 60° umfassen, wobei der diese kreisförmigen Ausnehmungen berührende innere Durchmesser di grösser ist als der Durchmesser der Einlassöffnung und zwischen den Ausnehmungen Stege verbleiben. Durch diese Ausbildung der Ventilplatte wird insbesondere bei der Verarbeitung von breiigen Substanzen ein genaues Schliessen und damit Dichten der Ventile gewährleistet.

In einer Weiterbildung kann die mit liegenden Zylindern ausgebildete Hochdruckpumpe mit einem Antriebsblock verbunden sein, welche eine Kurbelwelle in einem Kurbelgehäuse und dichtend ausgebildete Geradführungen aufweist, die mit den die Kolben verbindenden Schubstangen in einer Wanne aufgenommen sind, und es können auf den Schubstangen ringförmige Manschetten angeordnet sein.

Durch z.B. die Anordnung einer Wanne zwischen den Geradführungen und dem Zylinderblock der Hochdruckpumpe wird vermieden, dass das im Kurbelgehäuse enthaltene Öl mit der zu homogenisierenden und aus den Zylindern evtl. heraustretenden Substanz vermischt wird. Durch z.B. die Anordnung der Manschetten auf den Schubstangen ist es möglich, die Homogenisiervorrichtung in horizontaler Weise anzuordnen, da ein Überlaufen des Öles an den Schubstangen entlang durch die Manschetten verhindert wird. Durch diese Möglichkeit, die Homogenisiervorrichtung in horizontaler Weise anzuordnen, ergibt sich vorzugsweise wiederum eine erleichterte Bedienung des Zwischen-kammerteiles mit Homogenisiervorrichtung und damit eine bessere Zugänglichkeit zu den Ventilen.

In vorteilhafter Weiterbildung ist der Zylinderblock mit die Zylinder wärmende oder kühlende Flüssigkeit beschickbaren Bohrungen versehen.

Je nachdem, welche Substanz homogenisiert werden soll bzw. welche Konsistenz die zu homogenisierende Substanz aufweist, kann der Zylinderblock der Hochdruckpumpe durch eine entsprechend vorgerichtete Flüssigkeit gekühlt oder gewärmt werden.

In einer Weiterbildung kann die Aufgabe dadurch gelöst werden, dass z. B. jede Stufe des Stempels zwei sich in einer Ringschneide treffende Flanken aufweist, die in einem die Körper-Längsachse enthaltenen Schnitt in Form eines Dreiecks angeordnet sind, dessen durch die an der Durchlassbohrung anliegenden Spitze gehende Winkelhalbierende im wesentlichen in einer radialen Ebene des Körpers liegt.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass bei der Beibehaltung der glattwandigen, kegelförmigen und daher leicht herstellbaren Durchlassbohrung die Berührungsfläche zwischen dieser und dem mit axialer Vorspannung einge-pressten Stempel auf ein Minimum begrenzt werden kann. Die Stufen des Stempels bilden z. B. mit der Durchlassbohrung linienförmige Ringschneiden, zwischen denen die zu homogenisierende Substanz zerschnitten wird.

In einer Weiterbildung beträgt z. B. der Spitzenwinkel y, welcher von den die Ringschneide jeder Stufe bildenden beiden Flanken eingeschlossen ist, 60°.

Vorzugsweise ist der axiale Abstand der durch die Ringschneiden aufeinanderfolgenden Stufen gehenden Radialebenen alternierend im wesentlichen gleich der Länge der der Spitze gegenüberliegenden Dreieckseite bzw. im wesentlichen gleich dem doppelten Wert.

In einer Weiterbildung sind z.B. zwischen den Stufen mit dem grossen Abstand in dem Körper ringförmige Ausnehmungen ausgebildet und vorteilhaft jeweils in einem die Körper-Längsachse enthaltenen Schritt die Form eines Dreiecks aufweisen, wobei sich die Flanken der Ausnehmungen in die Flanken der beidseits angrenzenden Stufen verlängern.

Diese Weiterbildungen haben den Vorteil, dass z.B. zwischen den Ringschneiden ringförmige Ausnehmungen ein Vermischen der zu homogenisierenden Substanz nach jedem

Schneidevorgang ermöglichen. Dadurch, dass die Abstände der Stufen in ihrer Grösse alternieren, ergeben sich z.B. kleine und grosse Ausnehmungen, in denen die Substanz jeweils in verschieden grossen Mengen wieder vermischt wird. 5 Dadurch, dass die Ausnehmungen beispielsweise ebenfalls im Querschnitt dreieckförmig sind, ergibt sich eine leichte Herstellung des Stempels.

In vorteilhafter Weiterbildung weist der Stempel insgesamt sieben Stufen mit jeweils einer Ringschneide auf, wobei io am Auslassende zwei Stufen mit dem kleinen Abstand vorgesehen sind, und weist am Auslassende, den Ringschneiden nachgeordnet, mindestens drei über den Umfang der Ringschneiden hinausragende Zentriernasen auf, welche in Ausnehmungen mit zylindrischen Mantelflächen, die in der is Durchlassbohrung der Buchse vorgesehen sind, geführt sind. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass der Stempel z.B. auch bei Nichtanliegen seiner Ringschneiden an der Durchlassbohrung zentriert ist und hierdurch die Ringspalten zwischen den einzelnen Ringschneiden und der Durchlassboh-20 rung stets über dem Umfang verteilt den gleichen Abstand aufweisen. Hierdurch wird verhindert, dass z.B. bei der Druckbeaufschlagung des Stempels durch die zu homogenisierende Flüssigkeit der Stempel nicht einseitig mit seinen Ringschneiden gegen die Durchlassbohrung anstösst und 25 damit die scharfkantig ausgebildeten Ringschneiden sehr schnell ungleichmässig abgenutzt bzw. zerstört werden.

In einer Weiterbildung können der Abstand zwischen den dem Einlassende und dem Auslassende zugeordneten Ringschneiden im wesentlichen gleich dem Durchmesser der 30 letzteren Ringschneide sein, die Kegelsteigung der Durchlassbohrung in dem Bereich von 1: 0,15 bis 1:0,05 liegen und der Durchmesser der dem Auslassende zugeordneten Ringschneide 5 Zentimeter betragen.

Durch diese vorteilhafte Weiterbildung ist gewährleistet, 35 dass der Stempel nicht durch die komprimierte Substanz zu stark von der kegelförmigen Durchlassbohrung abgedrückt und die Substanz dadurch weniger gut homogenisiert wird. Gleichzeitig ergibt sich hierdurch eine höhere Stundenleistung.

40 Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

45 Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Apparates zum Homogenisieren mit der Homogenisiervorrichtung, der Zwischenkammer mit Manometer, dem Zylinderblock mit den Einlassventilen und dem aufgeschnittenen Kurbelwellenan-50 trieb mit Schubstange und Geradführungen,

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Aufsicht auf die Homogenisiervorrichtung, die Zwischenkammer und den Zylinderblock,

Fig. 3 einen Schnitt gemäss Linie III-III in Fig. 2, 55 Fig. 4 einen Schnitt durch den Homogenisierkopf mit kegelförmiger Durchlassbohrung und Stempel,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Homogenisierkopf von der Auslassseite her,

Fig. 6 eine Ansicht einer Ventilplatte.

60

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung:

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt den Apparat zum Homogenisieren 1, der im wesentlichen aus dem Antriebsblock 2 der Hochdruckpumpe 3, der Zwischen-65 kammer 4 und der Homogenisiervorrichtung 5 besteht.

Der Apparat zum Homogenisieren 1 arbeitet in liegender Anordnung und wird von einem nicht dargestellten Motor über eine Kurbelwelle 6 angetrieben. In diesem Ausfüh

5

632 937

rungsbeispiel werden von der Kurbelwelle 6 über Exzenterscheiben 7 zwei Pleuelstangen 8 angetrieben. Die Pleuelstangen 8 sind mit ihrem oberen Ende an Schubstangen 9 beweglich befestigt und in Geradführungen 10 gelagert. Die Schubstangen 9 treten aus den Geradführungen 10 heraus und sind gegenüber dem mit Öl gefüllten Kurbelgehäuse 11 mit Schubstangendichtungen 12 abgedichtet.

Die Schubstangen 9 übertragen die Hubbewegungen der Pleuelstangen 8 auf in Laufbuchsen 13 bewegliche Kolben 14 (dargestellt in Fig. 2 und 3). Vor Eintritt in die Laufbuchsen 13 überbrücken die Schubstangen 9 eine Wanne 15, die eventuell aus dem Kurbelgehäuse 11 heraustretendes Öl auffangen soll. Damit etwa heraustretendes Öl nicht durch die Hubbewegungen der Schubstangen an diesen entlang in die Laufbuchsen gelangen kann, sind auf den Schubstangen 9 Manschetten 16 angeordnet, die durch die Bewegung der Schubstangen 9 ein Abschleudern des Öles bewirken. Anderseits ist durch die Zwischenschaltung der Wanne 15 und der Anordnung der Manschetten 16 gewährleistet, dass auch die zu homogenisierende Substanz nicht in das Kurbelgehäuse 11 gelangen kann.

In dem Zylinderblock 3 sind Bohrungen 17a vorgesehen, die je nach Erfordernis mit die Zylinder wärmender oder kühlender Flüssigkeit beschickt werden können.

In den Fig. 2 und 3 sind die Hochdruckpumpe 3, die Zwischenkammer 4 und die Homogenisiervorrichtung 5 dargestellt.

Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ende des Kolbens 14 läuft in einer vorzugsweise aus Bronze hergestellten Laufbuchse 13, die im Zylinderblock 17 der Hochdruckpumpe 3 gelagert ist. Am Ende der Laufbuchse 13 schliesst sich der Kompressionsraum 18 an, in den senkrecht zur Achse des Kolbens 14 bzw. des Kompressionsraumes 18 die mit einem Einlassventil 19 versehene Einlassöffnung 20 führt. Das Einlassventil 20 enthält eine Ventilplatte 21, die sich bei steigendem Druck im Kompressionsraum 18 gegen Dichtungsringe 22 anlegt und die Einlassöffnung 20 verschliesst. An den Einlassstutzen 23 ist eine die zu homogenisierende Substanz zuführende Leitung angeschlossen.

Die Ventilplatte 21 ist in Fig. 6 dargestellt. Ausgehend von einer kreisförmigen Grundplatte mit einem Aussen-durchmesser da, der dem grössten inneren Durchmesser des Ventils 19 entspricht, sind in einem Winkelabstand von jeweils a = 30° in dem Aussenrand der Grundplatte kreisseg-mentförmige Ausnehmungen 24 angeordnet, die einen Winkel von ß = 60° umfassen. Der diese kreisförmigen Ausnehmungen 24 berührende innere Durchmesser di ist dabei grösser als der Durchmesser der Einlassöffnung 20. Zwischen den Ausnehmungen 24 verbleiben Stege 25. Bei steigendem Kompressionsdruck im Kompressionsraum 18 wird die Ventilplatte 21 gegen die Dichtungsringe 22 gedrückt und verschliesst die Einlassöffnung 20. Im geöffneten Zustand kann die zu homogenisierende Substanz durch die Einlassöffnung 20 und den kreisförmigen Ausnehmungen 24 zwischen den Stegen 25 in der Ventilplatte 21 in den Kompressionsraum 18 hineintreten. Das gesamte Ventil 19 ist zusammen mit dem Einlassstutzen 23 herausschraubbar ausgebildet und gegenüber dem Zylinderblock 17 durch eine Dichtung 26 abgeschlossen.

In axialer Verlängerung des Kompressionsraumes 18 ist ein Auslassventil 27 angeordnet. Dieses Auslassventil 27 entspricht in seinem Aufbau mit Ventilplatte und Dichtungsringen dem Ventil 19. Es ist ebenfalls gegenüber dem Zylinderblock 17 mit Dichtungen 26 abgedichtet und kann herausgeschraubt werden, nachdem ein Gewindering 27a entfernt wurde.

An dem Zylinderblock 17 der Hochdruckpumpe 3 schliesst sich die Zwischenkammer 4 an. Die Zwischenkammer 4 bildet die Verbindung zwischen den einzelnen Kompressionsräumen 18 bzw. Zylindern und der Homogenisiervorrichtung 5. Damit das Auslassventil 27 leicht und in kurzer Zeit ausgewechselt werden kann, ist die Zwischenkammer 4 zweiteilig ausgebildet und besteht aus dem ersten, an der Hochdruckpumpe 3 angebauten Kammerteil 28 und einem lösbar damit verbundenen, die Homogenisiervorrichtung 5 tragenden zweiten Kammerteil 29. Die Trennfuge 30 der beiden Kammerteile 28 bzw. 29 ist in einer in den Achsen der im Zylinderblock 17 parallelachsig angeordneten Zylinder senkrechten Ebene angeordnet und das zweite Kammerteil 29 wird durch ein Scharnier 31 mit zur Trennfugenebene parallelen Scharnierachsen 32 am ersten Kammerteil 28 gehalten, so dass nach Entfernen der Flügelschrauben 33 der zweite Kammerteil 29 von dem ersten Kammerteil 28 wie eine Tür abgeklappt werden kann. Das Scharnier 31 ist so ausgebildet, dass das zweite Kammerteil 29 soweit entfernbar ist, dass der Zugang zu den Auslassventilen 27 frei ist und genügend Spielraum bleibt, diese Ventile herauszuschrauben und auch die Zwischenkammer reinigen zu können.

Die Zwischenkammer 4 ist mit einem Spezialmanometer 34 verbunden, welches den in dieser Kammer enthaltenen Druck anzeigt.

An einer zur Trennfugenebene parallelen Wandung 35 des zweiten Kammerteiles 29 ist die Homogenisiervorrichtung dergestalt angebaut, dass die Längsachse des Stempels 36 parallel zu den Achsen der Zylinder ist.

Die Homogenisiervorrichtung 5 besteht im wesentlichen aus dem zweiteiligen Homogenisierkopf 37 und einer von Hand zu betätigenden Vorspannvorrichtung 38. An die in der Wandung 35 des zweiten Kammerteiles 29 der Zwischenkammer 4 vorgesehene Auslassöffnung 39 schliesst sich die Buchse 40 des zweiteiligen Homogenisierkopfes 37 an. Die Buchse 40 ist mit einem Gewinde in einen Flansch 41 eingeschraubt und schliesst gegen die Wandung 35 des zweiten Kammerteils 29 der Zwischenkammer 4 mit einer Dichtung 42 ab. Die Buchse 40 des Homogenisierkopfes 37 weist eine glattwandige, sich nach der Auslassseite zu erweiternde kegelförmige Bohrung 43 auf, in welche ein mit axial aufeinanderfolgend angeordneten ringförmigen Stufen 63 versehener Stempel 36 des Homogenisierkopfes 37 angedrückt ist. Dieser Stempel 36 ist mit vier Zentriernasen 44, die den Stufen 63 zum Auslassende hin nachgeordnet sind und über den Umfang dieser Stufen 63 hinausragen, in Ausnehmungen 45 mit zylindrischen Mantelflächen 45a geführt, welche in der Buchse 40 angeordnet sind. Weiter ist der Stempel 36 mit seinem Schaft 46 in Auslassrichtung in einem Gehäuse 47 längsverschieblich gelagert. Das Gehäuse 47 ist an seinem unteren Ende mit einer vergrösserten Bohrung 48 versehen und setzt mit dem radialen Flansch 49 auf die Buchse 40 des zweiteiligen Homogenisierkopfes 37 auf. Eine Überwurfmutter 50 ist auf das Aussengewinde des Flansches 41 aufgeschraubt und hält das Gehäuse 47 an einer Wulst 51 fest. Zwischen der Buchse 40 des zweiteiligen Homogenisierkopfes 37 und der Wulst 51 des Gehäuses ist eine Dichtung 52 vorgesehen.

Der Schaft 46 des Stempels 36 ist im Gehäuse 47 in einem ringförmigen Steg 53 mit einer Dichtung 54 gelagert. Oberhalb des ringförmigen Steges 53 liegt auf dem Ende des Schaftes 46 eine untere Druckplatte 55 auf. Oberhalb dieser Druckplatte 55 ist eine Tellerfeder 56 angeordnet, die wiederum nach oben an eine obere Druckplatte 57 an-schliesst. Gegen diese obere Druckplatte 57 ist eine Spindel 58 durch die Gehäuseplatte 59 eingeschraubt und kann mit einem Handrad 60 verstellt werden, so dass die Tellerfeder 56 mehr oder weniger zusammengepresst wird und dadurch der innere Stempel 36 des zweiteiligen Homogenisierkopfes

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

632 937

37 entsprechend stark in die kegelförmige Bohrung der Buchse 40 angedrückt wird. Oberhalb des zweiteiligen Homogenisierkopfes 37 ist ein Auslassstutzen 61 vorgesehen.

Der zweiteilige Homogenisierkopf 37 ist in Fig. 4 dargestellt. Der Stempel 36 des Homogenisierkopfes 37 weist axial aufeinanderfolgend auf seinem massiven Körper 62 von im wesentlichen kegelstumpfförmiger Mantelfläche 62' angeordnete ringförmige Stufen 63 auf, die in einem der Körper-Längsachse enthaltenden Querschnitt dreieckige Form aufweisen und mit ihren jeweils eine Ringschneide 64 bildenden Flanken 65 an der Wand der kegelförmigen Bohrung 43 der Buchse 40 anliegen. Die durch die Spitze des zwischen den von den Flanken 65 eingeschlossenen spitzen Winkels y von ca. 60° gehende Winkelhalbierende liegt im wesentlichen in einer Radialebene des Körpers 62.

Der axiale Abstand A der durch die Ringschneiden 64 aufeinanderfolgenden Stufen 63 gehenden Radialebenen ist im wesentlichen gleich der Länge der der Spitze gegenüberliegenden Dreiecksseite bzw. bei der nächstfolgend angeordneten Stufe im wesentlichen gleich dem doppelten Wert. Zwischen den Stufen 63 mit dem grossen Abstand sind im Körper 62 des Stempels 36 ringförmige Ausnehmungen 67 ausgebildet, die jeweils an einem die Körper-Längsachse enthaltenden Schnitt die Form eines Dreiecks aufweisen, wobei sich die Flanken 68 der Ausnehmungen in die Flanken 65 der beidseits angrenzenden Stufen 63 verlängern.

Der Stempel 36 des Homogenisierkopfes 37 weist insgesamt sieben Stufen 63 mit jeweils einer Ringschneide 64 auf, wobei zunächst vom Auslassende her gesehen zwei Stufen mit dem kleinen Abstand angeordnet sind.

Der Abstand der jeweils ersten am Einlassende und am Auslassende angeordneten Ringschneiden ist im wesentlichen gleich dem Durchmesser der am Auslassende angeordneten Ringschneide. Der Durchmesser dieser Ringschneide beträgt 5 Zentimeter, während die Kegelsteigung der Durchlassbohrung 43 im Bereich von 1 : 0,15 bis 1 : 0,05 liegt. Der Stempel 36 ist schliesslich an seinem Einlassende mit einem stumpfwinkligen Kegel 69 versehen.

Gewerbliche Verwertbarkeit:

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der erfin-dungsgemässen Vorrichtung wird bei der Herstellung von

Nahrungsmitteln, wie z.B. Margarine, Mayonnaisen, Milchprodukten, Teigwaren, Sössen aller Art, Senf usw., wie auch bei der Herstellung von Emulsionen, Creme, Pasten und Salben für Kosmetik, Arzneien und chemisch-technischen Pro-s dukten verwendet. Insbesondere ist eine solche Homogenisiervorrichtung geeignet, bei der Farbenherstellung eingesetzt zu werden. Bisher wurden die Farben im Rahmen des Herstellungsganges nur auf Walzenstühlen unter grossem Zeitaufwand verrieben. Nunmehr ist es jedoch möglich, mit io der vorbeschriebenen Homogenisiervorrichtung auch eine solche breiige Substanz zu dispergieren. Dabei ist es möglich, den Homogenisiervorgang zu wiederholen, und es ergibt sich als Vorteil, dass nach jedem Durchgang die Farbe sich in ihrem Farbton ändert. Wesentlich ist, dass jeder einzelne Di-15 spergiervorgang zeitsparender ist als der Reibvorgang auf den bekannten Walzenstühlen.

Die Homogenisierung bzw. Dispergierung einer flüssigen bis breiigen Substanz wird im folgenden geschildert.

Durch den Rückzug des Kolbens 14 wird durch das Ein-20 lassventil 19 und den Einlassstutzen 23 die zu homogenisierende Substanz in den Kompressionsraum 18 hereingesogen. Sobald sich der Kolben 14 nach Durchgang durch den hinteren Totpunkt wieder vorschiebt, wird der Druck in dem Kompressionsraum 18 erhöht, und das Einlassventil 19 25 schliesst sich. Gleichzeitig öffnet sich das Auslassventil 27, und die sich in dem Kompressionsraum 18 befindende Substanz wird verdichtet und in die Zwischenkammer 4 hinein-gepresst. Der mit seinen Zentriernasen 44 in den Ausnehmungen 45 der Buchse 40 geführte Stempel 36 des zweiteili-30 gen Homogenisierkopfes 37 wird gegen die von der Tellerfeder 56 hervorgerufene Vorspannung minimal nach oben gedrückt, so dass die verdichtete Substanz zwischen den Ringschneiden 64 des Stempels 36 und der glatten Wand der Bohrung 43 der Buchse 40 hindurchtreten kann. Hierbei 35 wird die Substanz zwischen den Ringschneiden 64 und der Wand der Bohrung 43 zerteilt bzw. zerschnitten und gleichzeitig in den verschieden grossen Ausnehmungen 67 zwischen den Ringschneiden 64 intensiv verwirbelt und durch die darauffolgenden Ringschneiden 64 wiederum weiterhin 40 homogenisiert. Nach Passieren des Homogenisierkopfes kann die Substanz aus dem Auslassstutzen 61 heraustreten.

s

5 Blatt Zeichnungen

Claims

632 937

PATENTANSPRÜCHE

1. Apparat zum Homogenisieren von flüssigen und breiigen Substanzen, bestehend aus einer Hochdruckpumpe mit einem Kurbel- oder Exzenterantrieb und mindestens einem in einem Zylinderblock geführten, über Pleuelstangen und Schubstangen angetriebenen Kolben, verbunden mit einer auf dem Zylinderblock angeordneten Homogenisiervorrichtung, welche einen Homogenisierkopf aufweist, der aus einer Buchse mit einer glattwandigen, sich nach der Auslassseite zu erweiternden kegeligen Durchlassbohrung und einem in dieser angeordneten, durch axiale Vorspannung gehaltenen Stempel besteht, welcher einen massiven Körper mit axial aufeinanderfolgenden ringförmigen Stufen aufweist, die jeweils mit ihrem Aussenumfang an der Durchlassbohrung anliegen und von der Mantelfläche (62') eines Kegelstumpfes vorstehen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Homogenisiervorrichtung (5) und dem Zylinderkopf (17) der Hochdruckpumpe (3) eine zu öffnende Zwischenkammer (4) angeordnet ist.
2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkammer (4) aus einem ersten, stirnseitig an dem Zylinderblock (17) angebauten Kammerteil (28) und einem lösbar damit verbundenen, die Homogenisiervorrichtung (5) tragenden zweiten Kammerteil (29) besteht.
3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfuge (30) der beiden Kammerteile (28 bzw. 29) in einer zu der oder den Achsen des oder der im Zylinderblock parallelachsig angeordneten Zylinders oder Zylinder senkrechten Ebene angeordnet ist und dass die Homogenisiervorrichtung (5) an einer zur Trennfugenebene parallelen Wandung des zweiten Kammerteils (29) dergestalt angebaut ist, dass die Längsachse des Stempels (36) parallel zu der oder den Achsen des oder der Zylinder ist.
4. Apparat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kammerteil (29) durch ein Scharnier (31) mit zur Trennfugenebene parallelen Scharnierachsen (32) am ersten Kammerteil (28) gehalten ist.
5. Apparat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Kompressionsraum (18) des jeweiligen Zylinders und der Zwischenkammer (4) eingebautes Auslassventil (27) bei geöffnetem zweiten Kammerteil (29) ausbaubar ist.
6. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer in den Ventilen enthaltenen Ventilplatte (19), ausgehend von einer kreisförmigen mit einem Aussendurch-messer (da), der dem grössten inneren Durchmesser der Ventile entspricht, in einem Winkelabstand (a) von jeweils 30° in dem Aussenrand der Grundplatte vier segmentförmige Ausnehmungen (24) angeordnet sind, die einen Winkel von 60° umfassen, wobei der Durchmesser (dj) des diese kreisförmigen Ausnehmungen (24) berührenden inneren Kreises grösser ist als der Durchmesser der Einlassöffnung (20) und zwischen den Ausnehmungen (24) Stege (25) verbleiben.
7. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit liegenden Zylindern ausgebildete Hochdruckpumpe (3) mit einem Antriebsblock (2) versehen ist, welcher eine Kurbelwelle (6) in einem Kurbelgehäuse (11) und dichtend ausgebildete Geradführungen (10) aufweist, die mit den die Kolben (14) verbindenden Schubstangen (9) in einer Wanne (15) aufgenommen sind, und dass auf den Schubstangen (9) ringförmige Manschetten (16) angeordnet sind.

5 8. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderblock (17) mit Bohrungen (17a) versehen ist, um ihm die Zylinder wärmende oder kühlende Flüssigkeit zuzuführen.
9. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

io dass bei dem durch axiale Vorspannung gehaltenen Stempel

(36) jede Stufe (63) zwei sich in einer Ringschneide (64) treffende Flanken (65) aufweist, die in einem die Körper-Längsachse enthaltenden Schnitt in Form eines Dreiecks angeordnet sind, dessen durch die an der Durchlassbohrung (43) an-

15 liegende Spitze gehende Winkelhalbierende im wesentlichen in einer Radialebene des Körpers (62) liegt.
10. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenwinkel (y), welcher von den die Ringschneide (54) jeder Stufe (63) bildenden beiden Flanken (65)

20 eingeschlossen ist, 60° beträgt.
11. Apparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (A) der durch die Ringschneiden (64) aufeinanderfolgender Stufen (63) gehenden Radialebenen alternierend im wesentlichen gleich der Länge der der

25 Spitze gegenüberliegenden Dreieckseite und im wesentlichen gleich dem doppelten Wert ist.
12. Apparat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Stufen (63) mit dem grossen Abstand in dem Körper (62) ringförmige Ausnehmungen (67) ausgebil-

30 det sind.
13. Apparat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Ausnehmungen (67) jeweils in einem die Körper-Längsachse enthaltenden Schnitt die Form eines Dreiecks aufweisen, wobei sich die Flanken (68) der Ausneh-

35 mungen in die Flanken (65) der beidseits angrenzenden Stufen verlängern.
14. Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (36) insgesamt sieben Stufen (63) mit jeweils einer Ringschneide (64) aufweist, wobei am Auslass-

40 ende zwei Stufen mit dem kleinen Abstand vorgesehen sind und dass der Stempel (36) am Auslassende, den Ringschneiden nachgeordnet, mindestens drei über den Umfang der Ringschneiden hinausragende Zentriernasen (44) aufweist, welche in Ausnehmungen (45) mit zylindrischen Man-

45 telflächen (45a), die in der Durchlassbohrung (43) der Buchse (40) vorgesehen sind, geführt sind.
15. Apparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den dem Einlassende und dem Auslassende zugeordneten Ringschneiden (64) im wesentli-

50 chen gleich dem Durchmesser der letzteren Ringschneide ist.
16. Apparat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelsteigung der Durchlassbohrung (43) in dem Bereich von 1: 0,15 bis 1: 0,05 liegt.
17. Apparat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

55 dass der Durchmesser der dem Auslassende zugeordneten

Ringschneide (64) 5 cm beträgt.