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Vorrichtung zum Homogenisieren flüssiger und breiiger Substanzen Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren von flüssigen und breiigen
Substanzen, welche einen zweiteiligen Homogenisierungskopf aufweist, dessen äußerer
Teil eine gestufte, sich nach der Ausstoß seite zu erweiternde Bohrung besitzt,
in welche der entsprechend gestufte innere Teil mit einstellbarer Vorspannung angedrückt
wird.
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Die Homogenisierung bzw. Emulgierung wird bei derartigen Vorrichtungen
dadurch bewirkt, daß die Flüssigkeit unter mehrmaliger Umlenkung durch verhältnismäßig
enge Spalte unter periodisch wechselndem Druck hindurchgepreßt wird.
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Bekannte Vorrichtungen der genannten Bauart weisen den Nachteil auf,
daß der durch die beiden Teile des Homogenisierungskopfes gebildete Stufen-Ringkanal
in jedem beliebigen Querschnitt eine Ringfläche aufweist, deren radialer Abstand
über dem Umfang unterschiedlich ist, d. h., es werden in dem Ringkanal bevorzugte
Durchtrittskanäle für die zu homogenisierende Masse geschaffen, und zwar sind dies
naturgemäß jene Teile des Ringkanals, die den größten Abstand voneinander haben,
d. h. den geringsten Widerstand bilden.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Homogenisiereinrichtung zu schaffen,
bei welcher der Ringkanal bei jeder Einstellung in jeder Querschnittsebene exakt
konzentrisch liegt, so daß der Ringspalt an allen Stellen einer Querschnittsebene
gleich ist und der Strom der zu homogenisierenden Flüssigkeit bzw. der breiigen
Substanz gleichmäßig und zuverlässig homogenisiert wird.
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Zu diesem Zweck ist eine Homogenisiervorrichtung der genannten Bauart
gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß die stirnseitigen Ringflächen
des axial verkantungssicher geführten inneren Teiles Kegelflächen bilden, wobei
die Kegelspitzen auf der Achse in Strömungsrichtung gesehen jenseits der jeweils
von ihnen gebildeten Stufe liegen.
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Durch die verkantungssichere Führung wird eine Konzentrizität zwischen
den beiden Teilen des Homogenisierungskopfes gewährleistet, und die kegelförmige
Ausbildung bewirkt, daß die Homogenisierungsmasse bei jeder Stufe um mehr als 900
umgelenkt wird und durch die so gebildeten Ringschneiden hindurchgepreßt wird, wobei
mit Sicherheit die Mikropartikelchen zwischen den scharfen Kanten des Konus und
der Stufe des äußeren Homogenisierungskopfes zerschnitten, zerrissen, durchwirbelt
und vermischt werden.
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Hierdurch wird es möglich, mit einem relativ niedrigen Druck eine
außerordentlich hohe Dispersion zu erreichen.
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Der äußere Teil des Homogenisierungskopfes kann zweckmäßigerweise
in Form eines Doppelnippels ausgebildet sein, dessen druckbeaufschlagte Seite unmittelbar
mit dem Zylinder und dessen Entspannungsseite unmittelbar mit einem aus zwei zylindrischen
Kammern mit axial durchbohrter Zwischenwand bestehenden Führungsstück verbunden
ist. Diese Ausbildung gewährleistet eine einfache Montage und Demontage des Homogenisierungskopfes.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist der innere
Teil des Homogenisierungskopfes einen sich durch die Abfiußkammer erstrekkenden
Schaft auf, der flüssigkeitsdicht in der Axialbohrung der Zwischenwand, hindurch
in die benachbarte Kammer des Führungsstückes geführt ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. In
der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Vorrichtung
zum Homogenisieren flüssiger und breiiger Substanzen, bei welcher die Lagerungsteile
und die Antriebsvorrichtung nicht dargestellt sind, Fig. 2 eine Draufsicht auf diese
Vorrichtung, teiI-weise im Schnitt, und Fig. 3 einen axialen Schnitt durch den Homogenisierkopf
dieser Vorrichtung in größerem Maßstab.
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Die dargestellte Vorrichtung zum Homogenisieren flüssiger und breiiger
Substanzen besitzt einen Zylinder 1, welcher auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten
Gehäuse, in welchem ein Antriebsmotor angeordnet ist, in horizontaler Lage befestigt
ist. In dem Zylinder 1 ist ein Kolben 2 verschiebbar, welcher über ein in der Zeichnung
nicht dargestelltes Kurbelgetriebe
oder anderes Getriebe vom Antriebsmotor
hin und her bewegt wird. Der Zylinder 1 besitzt an seinem vom Kolben 2 abgewendeten
Ende ein Innen gewinde, in welches der die Form des Doppelnippels mit Bund aufweisende
äußere Teil 3 eines Homogenisierkopfes eingeschraubt ist. Der Zylinder 1 weist an
seiner Oberseite, in der Nähe seines mit Innengewinde versehenen Endes einen Stutzen
4 mit Außengewinde auf, auf welches ein Anschluß stück 5 aufgeschraubt ist, an welches
ein in der Zeichnung nicht dargestellter Vorratsbehälter oder eine Ansaugleitung
für die zu homogenisierende Substanz anschließbar ist. Im Stutzen 4 ist eine Ventilplatte
6 angeordnet, welche an ihrem Rand Ausschnitte aufweist, durch welche die zu homogenisierende
Substanz beim Ansaugen des Kolbens 2 hindurchtreten kann und welche sich beim Drücken
des Kolbens 2 unter der Wirkung der durch den Stutzen 4 zurückweichenden Substanz
hebt und an einen Anpaß des Anschlußstückes 5 anlegt, so daß die Bohrung des Anschluß
stückes 5 geschlossen und ein Zurückfließen der zu homogenisierenden Substanz durch
dieses Anschlußstück 5 verhindert wird.
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Auf das außenseitig des Zylinders 1 befindliche Gewinde des äußeren
Teiles 3 des Homogenisierkopfes ist ein Führungsstück 7 aufgeschraubt, das zwei
zylindrische Kammern 8 und 13 aufweist, welche von einer durchbohrten Zwischenwand
9 voneinander getrennt sind. Die Kammer 8 besitzt eine untere Auslauföffnung, in
welche ein Ablaufrohr 10 eingesetzt ist. In der Abfiußkammer 8 ist der einen gestuften
Kegel aufweisende innere Teil 11 des Homogenisierkopfes angeordnet, welcher an einem
Schaft 12 sitzt, der in einer Axialbohrung der Zwischenwand 9 geführt ist.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die stirnseitigen Flächen 11 a des
inneren Teiles 11 des Homogenisierungskopfes kegelförmig ausgebildet, so daß ringsumlaufende
scharfkantige Schneiden 11 b ringförmiger Gestalt entstehen, welche eine besonders
günstige Homogenisierungswirkung auszuüben vermögen.
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In der zylindrischen Kammer 13 ist in an sich bekannter Weise ein
auf den Schaft 12 wirkendes Druckstück 14 geführt, auf das eine zylindrische Schraubenfeder
15 mit Hilfe einer das Ende des Führungsstückes 7 übergreifenden Spannschraube 17
und eines zylindrischen Ansatzes 16 einwirkt. Die Spannschraube 17 ist mit einem
Handrad 18 versehen.
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Der Zylinder 1 besitzt an seinem gegen den inneren Teil 3 des Homogenisierkopfes
zu liegenden Ende in bekannter Weise einen seitlichen Ansatz 19, welcher mit einem
Gewindeansatz 20 versehen ist, auf welchen das Anschlußstück 21 eines Manometers
22 aufgeschraubt ist. Im Ansatz 19 ist eine Kammer 23 vorgesehen, welche durch einen
Kanal 24 mit dem Innern des Zylinders 1 verbunden ist. Die Mündung des Kanals 24
in der Kammer 23 ist als Ventilsitz für einen Ventilkegel 25 ausgebildet. Der Ventilkegel
25 ist auf einer Führungsstange 26 verschiebbar geführt, welche in eine Lagerplatte
27 eingeschraubt ist, die an einem Anpaß im Anschlußstück 21 des Manometers 22 anliegt.
Auf der Führungsstange 26 ist eine an der Lagerplatte 27 sich abstützende, auf den
Ventilkegel 25 wirkende Druckfeder 28 aufgesetzt. Die Lagerplatte 27 ist mit Durchtrittsöffnungen
29 versehen. Der Ventilkegel 25 und die Druckfeder 28 bilden ein Rückschlagventil,
welches bewirkt, daß der Zeiger des Manometers 22 beim Hinundher-
gehen des Kolbens
2 nicht spielt, sondern dauernd den erreichten Maximaldruck anzeigt. Um das Manometer
22 entlasten zu können, ist am Ansatz 19 eine Entlastungsleitug 30 vorgesehen, welche
mittels einer Abschlußschraube 31 ab,schließbar ist. Um zu verhindern, daß die zu
homogenisierende Substanz ins Innere des Manometers 22 eindringt, ist in der Bohrung
des Anschlußstückes 21 des Manometers 22 ein in der Zeichnung nicht dargestellter
Kolben verschiebbar, auf welchen der Druck der zu homogenisierenden Substanz einwirkt.
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Der äußere Teil 3 des Homogenisierkopfes besitzt eine gestufte, nach
außen sich erweiternde Bohrung, in welche der entsprechend gestuft ausgebildete
innere Teil 11 des Homogenisierkopfes mit den stirnseitigen Kegelringtlächen 11a
einsteht, wobei zwischen den zylindrischen Flächen der Bohrung des äußeren Teiles
3 und den zylindrischen Flächen des inneren Teiles 11 des Homogenisierkopfes ein
geringer Zwischenraum gewahrt ist. Der innere Teil 11 des Homogenisierkopfes wird
durch die über das Druckstück 14 auf seine Führungsstange 12 wirkende Schraubenfeder
15 in die gestufte Bohrung des äußeren Teiles 3 des Homogenisierkopfes hineingedrückt,
so daß seine ringförmigen Ringschneiden llb an die ringförmigen Stufenflächen der
Bohrung des äußeren Teiles 3 angedrückt werden. Die Vorspannung der Schraubenfeder
15 und damit die Anpressung der genannten ringförmigen Stufenträchen des inneren
Teiles 11 des Homogenisierkopfes an die ringförmigen Stufenflächen der Bohrung des
äußeren Teiles des Homogenisierkopfes kann mittels des Schraubstückes 17, an dessen
Ansatz 16 die Schraubenfeder 15 sich abstützt, verändert werden. Zweckmäßig ist
an der Außenfläche des Führungsstückes 7 eine Skala vorgesehen, über welche der
Rand des Schraubstückes 17 gleitet, an welcher die jeweilige Einstellung der Vorspannung
der Schraubeufeder 15 abgelesen werden kann und welche es ermöglicht, Änderungen
der Vorspannung der Schraubenfeder 15 in bestimmtem, gewolltem Ausmaß vorzunehmen.
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Wird der Kolben 2 durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung
hin und her bewegt, so wird beim Auswärtsgang des Kolbens die zu homogenisierende
Substanz durch den Stutzen 4 aus einem Vorratsbehälter oder durch eine Ansaugleitung
in den Zylinder 1 angesaugt. Beim Einwärtsgang des Kolbens 2 wird die Ventilplatte
6 durch die zu homogenisierende Substanz an den Anpaß des Anschluß-,stückes 5 angedrückt,
so daß ein Zurückfließen der im Zylinder 1 befindlichen Substanz in den Vorratsbehälter
oder in die Ansaugleitung verhindert wird.
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Die im Zylinder 1 befindliche Substanz wird durch den Druck des Kolbens
2 in äußerst dünner Schicht zwischen dem äußeren und inneren Teil des Homogenisierkopfes
entgegen der Wirkung der Schraubenfeder 15 unter mehrmaliger Umlenkung über 900
hindurchgedrückt und dadurch homogenisiert, worauf sie in die Kammer 8 gelangt,
aus welcher sie durch das Ablaufrohr 10 abfließt.
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Der äußere Teil des Homogenisierungskopfes kann auch derart ausgebildet
sein, daß die Stirnflächen der Stufen Kegelflächen bilden, wobei die Spitze der
Kegel auf der gleichen Seite liegt wie die Spitzen der Ringflächenkegel des inneren
Teiles des Homogenisierungskopfes. Die Ausbildung wird dabei zweckmäßigerweise so
getroffen, daß der Kegelwinkel der Ringstufen des äußeren Teiles des Eomogenisierungskopfes
größer
ist als der Kegelwinkel der Ringflächen des inneren Teiles des Homogenisierungskopfes.
In der Zeichnung ist der Fall dargestellt, daß der Kegelwinkel bei den Stufen des
äußeren Teiles des Homogenisierungskopfes 1800 beträgt, d. h., es sind Stufenflächen
vorgesehen, die in einer senkrecht zur Achse stehenden Ebene liegen.