CH688268A5

CH688268A5 - Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen.

Info

Publication number: CH688268A5
Application number: CH365892A
Authority: CH
Inventors: Eckhard Huebner
Original assignee: Heidenauer Maschf Gmbh
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1997-07-15
Also published as: DE4140435A1

Description

1

CH 688 268 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung wird angewendet zur kontinuierlichen Behandlung von Dispersionen und betrifft einen Strukturwandler, bestehend aus einem senkrecht stehenden zylindrischen Versalberbehälter, dessen Durchmesser im Verhältnis zur Höhe gering ist und in dessen Inneren eine Versalberwelle angeordnet ist, die Rührflügel aufweist, deren Anstellwinkel veränderlich ist.

Zur gezielten Beeinflussung der Struktur und damit der stofflichen Eigenschaften von Dispersionen muss Energie in die zu bearbeitende Masse eingebracht werden. Von besonderer Bedeutung ist das bei Dispersionen, die eine fetthaltige Phase und disperse Feststoffe aufweisen, wie beispielsweise Schokoladenmassen. Hierbei hat insbesondere die exakte Dosierung des Energieeintrages einen grossen Einfluss auf die Eigenschaften des Zielproduktes, wobei insbesondere definierte Fliesseigenschaften gewünscht sind.

Aus der DE-PS 3 043 327 ist ein senkrecht stehender, zylindrischer Strukturwandler bekannt. Zentrisch im Innern des Behälters ist ein Rotor angeordnet, dessen Durchmesser im Verhältnis zum Innendurchmesser des Behälters relativ gering ist. Der Rotor ist in regelmässigen Abständen mit Rührflügeln bestückt. Der Anstellwinkel der Rührflügel ist zur gezielten Beeinflussung der Förderwirkung verstellbar. Das Verarbeitungsgut wird im unteren Teil des Strukturwandlers eingespeist und durchläuft den Behälter von unten nach oben.

Die Rotation des Rotors und die damit entstehenden Turbulenzen sowohl zwischen den Rührflügeln als auch zwischen den Rührflügeln und der Behälterwandung führt zu einer Scherwirkung, die dem Verarbeitungsgut die in der betreffenden Prozessstufe gewünschte Fliesseigenschaft verleihen soll.

Der Energieeintrag kann einerseits durch die Veränderung der Drehzahl des Rotors oder andererseits durch die Veränderung der geometrischen Verhältnisse in der Bearbeitungszone erfolgen. Die Veränderung der Drehzahl des Rotors ändert neben dem Energieeintrag auch die Förderwirkung des Rotors und damit die Verweilzeit der Masse innerhalb des Behälters. Das kann in technologischer Hinsicht für die Anpassung an den Verarbeitungs-prozess von Nachteil sein. Darüberhinaus sind die erwünschten definierten Theologische und sensorischen Eigenschaften des Produktes nur durch eine eng begrenzte Verweilzeit zu erzielen.

In der DE-OS 4 008 472 ist eine Lösung beschrieben, bei der die Geometrie des Rotors gezielt verändert wird. Der Rotor weist hier eine konische Gestalt auf, wobei der Durchmesser des Rotors in Flussrichtung des Vearbeitungsgutes grösser wird. Das bedeutet, dass der Spalt zwischen Rotor und Innenwandung des Behälters kleiner wird. Damit soll über die Veränderung der Verweilzeit, bezogen auf den Ort der Scherbehandlung innerhalb des Behälters, ein gleichmässiger Energieeintrag über den gesamten Verarbeitungsprozess erreicht werden. Zur Unterstützung dieses Prozesses ist die Verstellbarkeit des Anstellwinkels der Rührflügel vorgesehen. Die optimale Form des Rotors und die Einstellung des Anstellwinkels der Rührflügel muss empirisch ermittelt werden.

Nachteilig hierbei ist, dass die beim Wechsel von Rezepturen oder beim Einsatz von Rohstoffen mit abweichenden Qualitätsmerkmalen erforderliche Veränderung der geometrischen Verhältnisse nur bei ausgebautem Rotor erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu entwickeln, die die Veränderung der geometrischen Verhältnisse des Rotors ermöglicht, ohne dass eine komplette oder auch teilweise Demontage der Einrichtung erfolgen muss.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des 1. Anspruchs genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemässe Lösung hat den Vorteil, dass die Verstellung der Rührflügel ohne Ausbau der Versalberwelle vorgenommen werden kann. Die Verstellung erfolgt von aussen mit nur wenigen Handgriffen. Bei der Ausführung mittels einer hydraulischen Vertelleinrichtung ist auch ein Verstellen während des Betriebes möglich.

Durch die Anwendung der Lösung ist die Verweilzeit des Verarbeitungsgutes unabhängig von der Drehzahl der Versalberwelle wählbar und es kann eine schnelle Anpassung der Verweilzeit der Dispersion an die technologischen Randbedingungen (wie z.B. der Rezepturwechsel) erfolgen. Der Zeitaufwand bei der Ermittlung der optimalen Verweilzeit für neue Rezepturen sinkt erheblich.

Die erfindungsgemässe Einrichtung soll nun an Hand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.

Die dazugehörigen Zeichnungen haben folgende Bedeutung:

Fig. 1 Schematische Darstellung des Strukturwandlers

Fig. 2 Schnitt durch die Versalberwelle

Fig. 3 Darstellung der Einzelheit im unteren Bereich der Versalberwelle

Fig. 4 Weitere Variante der Verstellung

Fig. 5 Prinzipdarstellung (Schnitt A-A) der Funktion der in Fig. 4 dargestellten Lösung

Aus der Fig. 1 im Zusammenhang mit Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau des Strukturwandlers mit der erfindungsgemässen VerStelleinrichtung erkennbar. Der Strukturwandler besteht im wesentlichen aus einem Behälter 1 und einer zentrisch in dessen Innern angeordneter Versalberwelle 2. An dieser Versalberwelle 2, die aus einem quadratischen Vierkanthohlprofil besteht, sind an den Stirnseiten je ein Zapfen 3.1 bzw. 3.2 eingesetzt. Die Versalberwelle 2 ist im Behälter 1 gelagert und gegen axiales Verschieben gesichert. An den Seitenflächen der Versalberwelle 2 sind Rührflügel 4 angeordnet, die aus einer kreisförmigen Scheibe und einem rechtwinklig dazu stehenden Blatt bestehen. Die Blätter der Rührflügel 4 sind unter einem Winkel a zur Längsachse angebracht. Aus der Fig. 2 ist die Befestigung der Rührflügel 4 erkennbar. Diese sind über Bolzen 5 drehbar an den Seitenflächen der Versalberwelle 2 angeordnet, da die Bohrung des Rührflü-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 688 268 A5

4

gels 4 und der Bolzen 5 einen Spielsitz 6 bilden. Zwischen den Seitenwänden der Versalberwelle 2 und dem entsprechenden Rührflügel 4 sind Dichtelemente 7 angeordnet.

Fest mit dem Rührflügel 4 verbunden sind Stifte 8, die über nierenförmige, in den Seitenwänden der Versalberwelle 2 befindliche Aussparungen 9 in deren Inneres eingreifen. Zentrisch im Innern der Versalberwelle 2 ist über die gesamte Länge der Versalberwelle 2 eine in deren Längsachse verschiebbare Schubstange 10 angeordnet. Die Schubstange 10 besitzt Taschen 11, in welche die Stifte 8 eingreifen. Aus der Fig. 3 ist die Gestaltung der Lagerung des Zapfen 3.2 im unteren Bereich dargestellt. Im Zapfen 3.2 ist eine bzw. sind mehrere Längsnuten 12 eingefräst, in die Sicherungsstifte 13 eingreifen. Damit wird die Schubstange 10 gegen Verdrehen gesichert. An der Stirnseite der Schubstange 10 ist eine Gewindebohrung 14 eingebracht, der eine Stellschraube 15 zugeordnet ist. Diese wird durch eine auf dem Zapfen 3.2 sitzende Überwurfmutter 16 geklemmt.

Zur Wirkungsweise:

Die Dispersion wird über eine hier nicht dargestellte Schnecke in den Einlaufstutzen 20 eingebracht und durchläuft den Behälter 1 von unten nach oben. Am Auslaufstutzen 21 wird das Verarbeitungsgut entnommen.

Zum Verstellen des Winkels a wird wie folgt verfahren: Die Überwurfmutter 16 wird gelockert und die Stellschraube 15 verdreht. Dabei bewirkt die Gewindepaarung zwischen Stellschraube 15 und Schubstange 10 eine Axialverschiebung der Schubstange 10 in der Versalberwelle 2, da die in die Längsnut 12 eingreifenden Sicherungsstifte 13 ein Verdrehen der Schubstange 10 in der Versalberwelle 2 verhindern. Die Axialbewegung der Schubstange 10 wird auf die in die Taschen 11 eingreifenden Stifte 8 übertragen. Da die Stifte 8 aus-sermittig am Rührflügel 4 angeordnet sind, verdrehen sie bei Bewegung den Rührflügel 4 um den durch die Lagerung über den Bolzen 5 festgelegten Mittelpunkt. Der Stellbereich liegt innerhalb von 90°.

Durch nachfolgendes Festklemmen der Überwurfmutter 16 wird die Einstellung fixiert.

Eine andere Ausführungsform zeigen die Fig. 5 und 6. Hierbei sind in der Schubstange 10 Gewindebohrungen vorgesehen, in die Gewindebolzen 17 fest eingeschraubt sind und auf denen die Rührflügel 4 drehbar gelagert sitzen. Längliche Aussparungen 22 sind analog der nierenförmigen Aussparungen 9 der 1. Variante vorgesehen. Fest mit dem Rührflügel 4 verbunden sind aussermittig Zapfen 18 angeordnet, die in Nuten 19 auf den Seitenflächen der Versalberwelle 2 eingreifen.

Die Wirkungsweise der 2. Variante ist aus der Fig. 5 erkennbar. Beim Verschieben der Schubstange 10 wird der Gewindebolzen 17 mit dem Rührflügel 4 vertikal bewegt und gleichzeitig durch das Gleiten des Zapfens 18 in der Nut 19 quer zur Längsachse der Versalberwelle 2 und um den Gewindebolzen 17 (siehe hierzu Fig. 6) um den Winkel a geschwenkt.

Die oben beschriebenen Verstellmechanismen sind nur Beispiele. Durch diese Lösungen können alle Rührflügel 4 gleichzeitig um einen Winkel a verstellt werden. Das kann nur bei Stillstand der Versalberwelle erfolgen. Durch eine geeignete fernverstellbare hydraulische Einrichtung kann eine Verstellung auch während des Betriebes realisiert werden. Dabei wird der untere Teil der Schubstange zweckmässigerweise als Hydraulikzylinder ausgebildet, der über eine Servo-Fernverstellung betätigbar ist.

Claims

Patentansprüche

1. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen, bestehend aus einem senkrecht stehenden zylindrischen Versalberbehälter, dessen Durchmesser im Verhältnis zur Höhe gering ist, einer im Innern des Versalberbehälters angeordneten Versalberwelle, die Rührflügel aufweist, deren Anstellwinkel verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Versalberwelle (2) eine den Rührflügeln (4) zugeordnete VerStelleinrichtung zur Änderung des Anstellwinkels a der Rührflügel (4) vorgesehen ist, über die die Rührflügel (4) mechanisch gekoppelt sind, so dass der Anstellwinkel a aller Rührflügel (4) gleichzeitig verstellbar ist und die Betätigung der VerStelleinrichtung an einem von aussen zugänglichen Teil der Versalberwelle (2) erfolgt.

2. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die VerStelleinrichtung als eine gegenüber der Versalberwelle (2) nicht verdrehbare Schubstange (10) ausgeführt ist, die zentrisch innerhalb der Versalberwelle (2) angeordnet und über Verbindungselemente formschlüssig den Rührflügeln (4) zugeordnet ist.

3. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehpunkt des Rührflügels (4) ein Bolzen (5) angeordnet ist und dem Rührflügel (4) aussermittig ein Stift (8) fest zugeordnet ist, der über eine nierenförmige Aussparung (9) der Versalberwelle (2) in die an der Schubstange (10) angeordneten Taschen (11) eingreift.

4. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungselemente für die Rührflügel (4) Gewindebolzen (17) vorgesehen sind, die fest mit der Schubstange (10) verschraubt sind.

5. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen nach den Anprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass fest mit dem Rührflügel verbunden aussermittig Zapfen (18) angeordnet sind, die in auf den Seitenflächen der Versalberwelle (2) angeordnete Nuten (19) eingreifen.

6. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Versalberwelle (2) und der Schubstange (10) über eine Stellschraube (15) realisiert wird, wo-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 688 268 A5

bei eine Überwurfmutter (16) als Sicherung vorgesehen ist.

7. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil der Schubstange (10) als Hydraulikzylinder ausgebildet ist und über eine Servo-Fernverstellung betätigbar ist.

8. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtungselemente (7) zwischen den Rührflügeln (4) und der Versalberwelle (2) vorgesehen sind.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4