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Unter sterilen Bedingungen betreibbare Homogenisierpumpe Die Erfindung
betrifft eine unter sterilen Bedingungen betreibbare Homogenisierpumpe, insbesondere
für Milch oder milchhaltige Flüssigkeiten.
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Homogenisierpumpen bestehen in der Regel aus einer Kolbenpumpe, welche
die zu behandelnde Flüssigkeit auf einen Druck zwischen 200 und 500 kg/cm2 bringen,
worauf die Flüssigkeit in spaltförmigen Drosselstellen wieder entspannt wird. Die
Homogenisierwirkung besteht im wesentlichen bei Milch in einer weitgehenden Zerkleinerung
der Fettteilchen. Der Pumpenstößel ist gewöhnlich in einer stopfbüchsenartigen Abdichtung
geführt.
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Es besteht andererseits die Möglichkeit, Flüssigkeiten durch Erhitzung
auf ausreichende Temperaturen zu entkeimen. Für Milch und milchhaltige Flüssigkeiten
ist es insbesondere bekannt, die Milch kurzzeitig durch Zusammenführen mit Wasserdampf
zu erhitzen und unmittelbar anschließend durch Drucksenkung einer Verdampfungskühlung
zu unterziehen. Ferner kann eine Flüssigkeit natürlich auch durch mittelbare Erhitzung
in einem Wärmeaustauscher auf die zur Vernichtung der Keime nötige Temperatur erhitzt
werden. Derart behandelte Flüssigkeiten lassen sich in verschließbare sterile Behälter
abfüllen und behalten ihre sterilen Eigenschaften, sofern sie nach erfolgter Erhitzung
bis zum Verschließen der Behälter vor einer Reinfektion geschützt sind.
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Es wäre an und für sich möglich, das Homogenisieren der Flüssigkeit
vor ihrer Entkeimung durch Erhitzen vorzunehmen, was naturgemäß keinen sterilen
Betrieb der Homogenisierpumpe erfordern würde. Es hat sich allerdings gezeigt, daß
eine Homogenisierung vielfach erst nach erfolgter Erhitzung durchgeführt werden
kann. So ergeben sich gerade bei Milch, die vor ihrer Erhitzung homogenisiert wird,
ungünstige Veränderungen.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer unter sterilen Bedingungen
betreibbaren Homogenisierpumpe der eingangs geschilderten Art. Die Erfindung ist
gekennzeichnet durch einen den Pumpenstößel umgebenden Spaltraum, der sich von der
Abdichtung aus in zum Arbeitshub des Stößels entgegengesetzter axialer Richtung
erstreckt, sowie durch Mittel zum Zuführen eines Sterilisationsmittels in diesen
Spaltraum.
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Die Erfindung ermöglicht, mit einfachsten Mitteln einen Betrieb der
Pumpe unter sterilen Bedingungen für die durchströmende Flüssigkeit zu gewährleisten.
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Auch gestattet die Erfindung, bereits bestehende Pumpen leicht auf
erfindungsgemäße Art auszubilden.
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Vorteilhaft kann der Spaltraum sich vom Bereich der Abdichtung aus
mindestens um die Hublänge des Stößels in zum Arbeitshub entgegengesetzter axialer
Richtung erstrecken. Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß keine Oberflächenteile
des Pumpenstößels in den Zylinderraum der Pumpe gelangen können, die während des
Saughubes mit keimhaltiger Umgebungsluft in Berührung kommen.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform können zwei in Abständen zueinander
angeordnete Abdichtungen vorhanden sein, wobei der Spaltraum an die vom Zylinderraum
weiter entfernte Abdichtung anschließt. Es können dann Mittel zum wahlweisen Zuführen
des Sterilisationsmittels oder eines sterilen Kühlmittels in einen weiteren Spaltraum
zwischen den beiden Ab dichtungen vorgesehen sein; das Sterilisationsmittel dient
dann der Anfangssterilisierung, während das Kühlmittel während des Betriebes für
eine Kühlung von Pumpenstößel und Ab dichtungen sorgt, was allenfalls mit Rücksicht
auf die Zufuhr eines heißen Sterilisationsmittels in den ersten Spaltraum wünschbar
ist. Weiter können vorteilhaft die Mittel zum Zuführen des Sterilisationsmittels
derart ausgebildet und gerichtet sein, daß eine Umlaufströmung des Sterilisationsmittels
um den Pumpenstößel erfolgt. Mit dieser Anordnung resultiert ein gleichmäßiges Anströmen
des Pumpenstößels durch das Sterilisationsmittel und eine sichere Sperrwirkung gegen
die keimhaltige Umgebungsluft.
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Schließlich kann der Spaltraum an seinem der Abdichtung gegenüberliegenden
Ende durch eine
weitere Abdichtung abgeschlossen sein und ferner
können Mittel vorgesehen sein zum Abführen des zugeführten Sterilisationsmittels
aus dem Spaltraum.
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Diese Anordnung ermöglicht, im Spaltraum einen über Atmosphärendruck
liegenden Druck des zugeführten Sterilisationsmittels aufrechtzuerhalten.
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Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale sind
nachstehend an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Homogenisierpumpe
nach der Erfindung, F i g. 2 im Schnitt nach der Linie II-II in F i g. 1 eine besondere
Anordnung des Kanals für das Zu führen des Sterilisationsmittels in den Spaltraum,
F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Fig. 1 entsprechenden
Darstellung und F i g. 4 eine Ausführungsform mit an jedem Ende abgeschlossenem
Spaltraum.
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Die Pumpe besteht aus dem Zylinderblock 1, dem die zu behandelnde
Flüssigkeit durch die Bohrung 2 zugeführt wird. An die Bohrung 2 schließt der Saugkanal
3 mit Saugventil 4 an, der in den Zylinderraum 5 mündet. Der Pumpenstößel 6 wird
in Richtung des Pfeiles 7 durch ein nicht gezeichnetes Kurbelgetriebe um den der
Länge des Pfeiles 7 entsprechenden Hub hin- und herbewegt und fördert die über den
Kanal 3 angesaugte Flüssigkeit unter hohem Druck über den Kanal 8 und das Druckventil
9 in den Raum 10, aus welchem die Flüssigkeit in ein am Zylinderblock 1 angebrachtes,
nicht gezeichnetes Homogenisierventil bekannter Bauart abströmen kann. Der Pumpenstößel
ist in einer stopfbüchsenartigen Abdichtung geführt, welche aus den Ringstücken
11 und 12 mit dazwischenliegenden Packungsteilen 13 besteht. Die Teile 11, 12 und
13 werden durch die den Purnpenstößel umschließende Druckfeder 14 zusammengepreßt.
Die Feder 14 stützt sich auf den Deckel 15, mit dessen Hilfe der Zylinderraum 5
verschlossen ist.
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Erfindungsgemäß ist der Pumpenstößel 6 durch einen Spaltraum 1 umgeben.
Dieser Spaltraum wird nach außen umschlossen durch den vorspringenden Teil 17 des
Zylinderblockes 1 und die am Teil 17 angeschweißte Hülse 18.
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In den Spaltraum 16 kann durch die Bohrung 19 und eine an diese anschließende
nicht gezeichnete Zuführleitung ein geeignetes Sterilisationsmittel, z. B.
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Wasserdampf mit einer Temperatur von etwa 1500 C zugeführt werden.
Die axiale Länge der Hülse 18 ist so gewählt, daß der Abstand a zwischen Hülsenende
und Packung 13 mindestens so groß ist wie der- Hub des Stößels 6.
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Zur Inbetriebnahme der geschilderten Pumpe sind vorerst alle von
der Flüssigkeit durchströmten Kanäle und Räume einer Anfangssterilisierung zu unterwerte.
Dies kann zweckmäßig so erfolgen, daß bei laufender Hnpe in die Bohrung 2 Heißwasser
oder *berhitzter Dampf ausreichender Sterilisationstemperatur eingeflilirt wird.
Gleichzeitig wird während dieser Anfangperiode Sterilationsdampf durch int Garung
1! in den Spaltraum 16 eingeführt.
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Diese Wirkungsweise der er&ingsgemäßen Anordnung ist fr>gedde.
fSde. ch die Anfangssterilisie rung des ylivlerraumes 5 wird auch der in diesem
befindliche Teil des Pumpenstößels 6 auf Sterilisa-
tionstemperatur erhitzt. Wird
diese Anfangssterilisierung zeitlich entsprechend lange ausgedehnt, können durch
Wärmeleitung auch die Abdichtungsteile 11, 12, 13 und weitere Teile des Pumpenstößels
genügend hoch erhitzt werden, um auf ihnen befindliche Keime zu vernichten. Wird
dann aber auf die zu homogenisierende kalte Flüssigkeit umgeschaltet, würden sich
ohne Zufuhr von Sterilisationsmittel in den Spaltraum 16 alle Teile abkühlen. Gleichzeitig
kämen solche Oberflächenteile des Pumpenstößels mit keimhaltiger Atmosphäre in Berührung,
die beim Arbeitshub des Pumpenstößels in den rechts der strichpunktierten Linie
20 befindlichen Bereich gelangen. Es ist somit ersichtlich, daß bei jedem Arbeitshub
Keime von außen in den Zylinderraum 5 transportiert werden können, was einen sterilen
Betrieb der Homogenisierpumpe von vornherein ausschließen würde.
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Eine solche Infektion wird mit Sicherheit durch die Erfindung verhindert.
Sämtliche Oberflächenteile, welche sich beim Arbeitshub über die etwa durch die
Linie 20 angedeutete Vertikalebene hinaus nach rechts bewegen, befinden sich dauernd
im Spaltraum 16 und werden vom zugeführten Sterilisationsmittel auf genügender Temperatur
gehalten, um allfällig eindringende Keime zu vernichten. Vorteilhaft wird der Abstand
a des Hülsenendes aus Sicherheitsgründen etwas größer als der Pumpenhub bemessen.
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Fig. 2 zeigt eine zweckmäßige Ausbildung der Bohrung für das Zuführen
des Sterilisationsmittels, und zwar ist die Bohrung 21 etwa tangential zum Umfang
des Pumpenstößels 6 gerichtet. Es wird damit erreicht, daß das zugeführte Sterilisationsmittel
eine Umlaufströmung um den Pumpenstößel ausführt und etwa gemäß einer schraubenlinienförmigen
Strömung durch das offene Ende der Hülse 18 austritt. Mit dieser Maßnahme ergibt
sich eine gleichmäßige Erhitzung des Pumpenstößels.
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Im Unterschied zur Fig. 1 schließt bei der in F i g. 3 gezeichneten
Ausführungsform der Erfindung die den erfindungsgemäßen Spaltraum umschließende
Hülse nicht unmittelbar am Gehäuseteil 17 der Pumpe an. Vielmehr ist an letzterem
der Gehäuseteil 25 befestigt, der zur Aufnahme einer weiteren Abdichtung dient.
Diese Abdichtung besteht aus der Feder 26, den Ringstücken 27 und 28 sowie der Packung
29. Die erfindungsgemäß den Pumpenstößel umgebende Hülse 30 ist am Gehäuseteil 25
befestigt. In den die Feder 26 enthaltenden Raum 31 mündet die Bohrung 32. Diese
kann wahlweise über eine nicht gezeichnete Anschlußleitung mit einer Quelle für
erhitztes Sterilisationsmittel oder aber mit einer Kühlmittelquelle verbunden werden.
Das zugeführte Mittel kann über die Bohrung 34 und die Leitung 35 abströmen. In
den von der Hülse 30 umschlossenen Spaltraum kann durch die Bohrung 33 wie beim
Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 dauernd ein Sterilisationsmittel, z. B. Wasserdampf
geeigneter Temperatur, geführt werden.
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Zur Anfangssterilisierung wird sowohl in die Bohrung 32 wie in die
Bohrung 33 das erhitzte Sterilisationsmittel geleitet. Es wird damit erreicht, daß
sämtliche Oberftächenteile des Pumpenstößels, welche sich beim Arbeitshub über die
durch die Linie 20 angedeutete Vertikalebene hinaus nach rechts bewegen, einer Sterilisierung
unterworfen werden. Gleichzeiten verhindert das durch' den Spaltraum nach außen
abströmende Sterilisationsmittel das nachträgliche
Eindringen von
Keimen aus der Umgebungsluft.
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Nach erfolgter Anfangssterilisierung ist eine weitere Zufuhr von Sterilisationsmittel
durch die Bohrung 32 nicht mehr erforderlich. An seiner Stelle kann nun ein steriles
Kühlmittel, z. B. steriles Kühlwasser, durch die Bohrung 32 zugeführt werden. Dieses
Kühlmittel umströmt den Pumpenstößel und kann durch die Bohrung 34 weggeleitet werden.
Diese Maßnahme trägt zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Packungen 29 und
13 bei.
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Sowohl bei der Anfangssterilisierung wie bei der Zufuhr des sterilen
Kühlmittels wird vorteilhaft im Spaltraum 31 mit Hilfe des Druckhalteventils 36
ein erhöhter Druck eingestellt.
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F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der dem Teil
17 in F i g. 1 entsprechende Gehäuseteil 41 zusammen mit dem Pumpenstößel 42 den
Spaltraum 43 bildet. Der Zylinderraum ist wie in Fig. 1 durch eine Abdichtung 44
abgeschlossen, an welche der Spaltraum 43 anschließt. Im Unterschied zu F i g. 1
ist nun aber der Spaltraum 43 nicht gegen die Atmosphäre geöffnet, sondern an seinem
anderen Ende durch eine aus den Ringen 45 und 46 mit dazwischenliegender Packung
47 bestehende Abdichtung abgeschlossen. Das Sterilisationsmittel wird durch die
Leitung 48 und die Bohrung 49 in den Spaltraum 43 geführt und kann über die Bohrung
SO und die Leitung 51 abströmen. In der Leitung 51 befindet sich das Druckhalteventil
52.
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Die geschilderte Anordnung erlaubt, Wasserdampf mit erhöhtem Druck,
z.B. 4 kg/cm2, in den Spaltraum 43 einzuführen. Diesem Dampfdruck entspricht eine
Sattdampftemperatur von 1430 C.
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Im Betrieb wird dem durch das Sterilisationsmittel erhitzten Pumpenstößel
Wärme entzogen, und zwar durch die von ihm geförderte Flüssigkeit sowie durch Wärmeabgabe
an die Abdichtungen und an die Umgebungsluft. Durch entsprechende Wahl der Temperatur
eines thermisch wirkenden Sterilisationsmittels kann erreicht werden, daß trotz
des geschilderten Wärmeabflusses die iiber die Abdichtung 44 gegen den Zylinderraum
hinaus bewegten Oberflächenteile des Pumpenstößels eine solche Temperatur annehmen,
daß auch hitzeresistente Keime auf solchen Oberfl ächenteilen bei einmaligem Durchgang
durch den Spaltraum 43 vernichtet werden. Es ist dann nicht mehr unbedingt erforderlich,
die von der Abdichtung 44 aus gemessene Länge des Spaltraumes gleich oder größer
als den Pumpenhub zu bemessen.
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Vielmehr könnte die axiale Länge des Spaltraumes auch kleiner als
der Pumpenhub sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Statt einer Pumpe mit Stößel könnte auch eine Pumpe mit Kolben und Kolbenstange
vorliegen. Ferner kann als Sterilisations-
mittel nicht nur ein thermisch wirkendes
Mittel wie Wasserdampf oder Heißwasser dienen, sondern es könnte auch ein chemisch
wirkendes Sterilisationsmittel, z. B. eine Lösung von Wasserstoffsuperoxyd, in den
erfindungsgemäßen Spaltraum geführt werden.
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Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch bei Pumpen mit mehreren
parallel wirkenden Kolben anwenden, und schließlich wären auch anders ausgebildete
Abdichtungen möglich, als sie in den Figuren dargestellt sind.