DE19923378C2 - Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger, insbesondere flüssiger oder pastöser, Stoffe, die aufweist:

• - einen Behälter,
• - wenigstens einen diesem Behälter zugeordneten Homoge­ nisator,
• - eine Umlaufleitung, die den Ablauf des Homogenisators mit dem Behälter verbindet und mittels der die Stoffe aus dem Ablauf in einen vom Homogenisator beabstande­ ten Bereich des Behälters rückführbar sind.

Homogenisierungsmischer werden unter anderem in der pharma­ zeutischen, kosmetischen, chemischen und Nahrungsmittelindu­ strie zur Herstellung von Cremes, Salben, Pasten, Mayonnaisen und ähnlichen Produkten verwendet. Sie weisen einen Mischbe­ hälter auf, bei dem üblicherweise am Behälterboden ein Homo­ genisator zum Homogenisieren und Umwälzen der Stoffe im Mischbehälter angeordnet ist. Der Homogenisator ist häufig als Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausgebildet, kann aber auch ein Umwälzrührwerk zum Erzielen einer besseren Pumpwir­ kung sein.

Es ist bereits bekannt (DE 195 37 303 A1), eine Homogenisier­ vorrichtung so auszubilden, daß die Rückführung des aus dem Ablauf des Homogenisators austretenden Guts in den Mischbe­ hälter entweder in unmittelbarer Nähe des Homogenisators (üblicherweise am Behälterboden) oder über eine sogenannte Umlaufleitung in einem oberen Bereich des Mischbehälters er­ folgt. Man spricht hier im ersten Fall von einer sogenannten Homogenisierung im Kessel bzw. Mischbehälter und im zweiten Fall von einer sogenannten Homogenisierung im Umlauf. Im Be­ hälter können zusätzliche Rührwerke vorgesehen sein, um eine gute Durchmischung des Behälterinhalts zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein kostengünsti­ ges Mischen und Homogenisieren insbesondere flüssiger oder niedrigviskoser Produkte ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer eingangs genannten Vorrichtung dadurch, daß die Umlaufleitung im Inneren des Be­ hälters in Austrittsöffnungen wenigstens eines drehbaren Mischarms mündet, wobei dieser Mischarm durch den Impuls aus­ tretender Stoffe in eine Drehbewegung versetzbar ist.

Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Be­ griffe erläutert.

Unter einem Homogenisator ist jede Einrichtung zu verstehen, die unter Einsatz von Bewegungsenergie eine Misch- und/oder Homogenisierwirkung erzielt. Der Homogenisator kann als Ro­ tor-Stator-Dispergiermaschine ausgebildet sein, der die Bewe­ gungsenergie des Rotors in erster Linie durch eine starke Verwirbelung in Dispergierwirkung umsetzt und so eine intensive Homogenisierung erzielt. Aufgrund dieser Verwirbelungen erzeugen diese Rotor-Stator-Dispergiermaschinen nur eine ver­ hältnismäßig geringe Pumpwirkung, so daß hohe Antriebsenergi­ en erforderlich sein können.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, anstelle einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine als Homogenisator ein soge­ nanntes Umwälzrührwerk zu verwenden, das die Bewegungsenergie des Rotors in erster Linie in eine Pumpwirkung und damit in Bewegungsenergie des zu homogenisierenden Guts umsetzt und nur eine geringe Dispergierwirkung durch Verwirbelung hat. Zwischenstufen sind ebenfalls möglich, es ist beispielsweise denkbar, am Rotor einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine Zu­ satzflügel anzubringen, um die Pumpwirkung zu verbessern, wie es für sich genommen aus DE 34 17 242 A1 bekannt ist. Auch die Verwendung eines aus EP 0 290 033 B1 bekannten Homogenisators ist denkbar.

Die Verwendung eines Homogenisators mit höherer Pumpwirkung (Umwälzrührwerk) hat im Vergleich zu einer Rotor-Stator- Dispergiermaschine mit geringer Pumpwirkung verschiedene Vor­ teile. Aufgrund der hohen Umpumpgeschwindigkeit des Umwälz­ rührwerks kann eine CIP-Reinigung der gesamten Vorrichtung ohne Zuhilfenahme von Zusatzpumpen durchgeführt werden. Die mögliche hohe Umwälzgeschwindigkeit beim Homogenisieren im Umlauf unter Verwendung eines Umwälzrührwerks macht es mög­ lich, kleinere Pulvermengen in den Umlaufstrom einzusaugen und so dem zu homogenisierenden Gut zuzuführen.

Der Homogenisator ist dem Behälter zugeordnet. Dies bedeutet, daß Behälterinhalt in den Zulauf des Homogenisator strömen und von diesem dispergiert und weiter gefördert werden kann.

Üblicherweise ist der Homogenisator im oder unterhalb des Be­ hälterbodens angeordnet.

Eine Umlaufleitung ist jede Einrichtung, die eine Verbindung zwischen dem Homogenisatorablauf und einem vom Homogenisator beabstandeten Bereich des Behälters schafft. Diese Umlauflei­ tung wird vom Ablauf des Homogenisators gespeist, verläuft vorzugsweise teilweise außerhalb des Behälters und führt das Mischgut durch Wand oder Deckel des Behälters in einen mitt­ leren oder oberen Bereich dieses Behälters zurück.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Umlaufleitung im in­ neren des Behälters in Austrittsöffnungen wenigstens eines drehbaren Mischarms mündet, der durch den Impuls austretenden Mischguts in eine Drehbewegung versetzbar ist. Der Kern der Erfindung liegt somit darin, die aus der Umlaufleitung in den Behälter zurückzuführenden Stoffe nicht einfach durch eine stationäre Öffnung in den Behälter zu leiten, sondern deren kinetische Energie auszunutzen, um sie mittels wenigstens ei­ nes Mischarms in einem größeren Bereich des Behälters gleich­ mäßig zu verteilen. Gleichzeitig übt dieser durch die kineti­ sche Energie des Mischguts in eine Drehbewegung versetzte Mischarm die Funktion eines Rührwerks aus.

Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, daß die Vorrich­ tung ausschließlich eine Betriebsart aufweist, bei der das Mischgut über die Umlaufleitung mittels des Mischarms in dem Behälter zurückgeführt wird. Zusätzliche andere Betriebsarten können vorgesehen sein, beispielsweise das in der Beschrei­ bungseinleitung und der Hinweis auf die DE 195 37 303 A1 be­ schriebene Mischen oder Homogenisieren im Kessel oder aber das Rückführen der Stoffe bzw. des Mischguts aus der Umlaufleitung durch weitere, herkömmliche Verbindungen mit dem Be­ hälter, beispielsweise durch herkömmliche Einspeisung in eine Seitenwand.

Die Austrittsöffnungen des drehbaren Mischarms sind so ange­ ordnet, daß das Mischgut in einer Richtung austritt, die eine Richtungskomponente in Tangentialrichtung der Rotationsebene des Mischarms aufweist. Der Rückstoß des austretenden Misch­ guts versetzt auf diese Weise den Mischarm in eine Drehbewe­ gung. Im Rahmen der Erfindung kann der Mischarm oder jeder Mischarm jeweils nur eine Austrittsöffnung aufweisen, bevor­ zugt sind jedoch zwei oder mehr Austrittsöffnungen, die be­ vorzugt im radial äußeren Bereich des Mischarms angeordnet sind.

Besonders bevorzugt ist es im Rahmen der Erfindung, daß der Homogenisator als sogenanntes Umwälzrührwerk ausgebildet ist und eine gewisse Pumpleistung aufweist, um genügend kineti­ sche Energie für den Betrieb der Mischarme zur Verfügung zu stellen. Übliche Förderdrucke eines solchen Homogenisators liegen beispielsweise zwischen 1,5 und 4 bar. Die Erfindung eignet sich besonders gut zur Herstellung niedrig- oder mit­ telviskoser Produkte, wie beispielsweise Gelen, Shampoos oder dergleichen.

Der Mischarm ist vorzugsweise drehbar auf einem in das Behäl­ terinnere ragenden Abschnitt der Umlaufleitung gelagert. Be­ vorzugt ragt zu diesem Zweck das Ende der Umlaufleitung von oben senkrecht nach unten in den Behälter und dient als Dreh­ achse für einen oder mehrere darauf gelagerte Mischarme. Zur Speisung der Mischarme mit dem Mischgut aus der Umlaufleitung weist diese Leitung in demjenigen Längenabschnitt, auf dem ein Mischarm angeordnet ist, eine oder mehrere am Umfang an­ geordnete Öffnungen auf, der entsprechende Längenabschnitt wird von einem drehbar darauf angeordneten Zufuhrgehäuse des Mischarms umschlossen. Mittels des Zufuhrgehäuses wird das Mischgut zu den Austrittsöffnungen des Mischarms geführt.

Vorzugsweise weist das Zufuhrgehäuse einen Ringkanal auf, der den entsprechenden Längenabschnitt der Umlaufleitung um­ schließt. Aus den Öffnungen der Umlaufleitung austretendes Mischgut tritt in diesen Ringkanal ein, durch vorzugsweise am Außenumfang des Ringkanals angeordnete Öffnungen wird das Mischgut zu den Austrittsöffnungen der Mischarme weitergelei­ tet.

Ein Mischarm kann etwa in Radialrichtung weisende Rohre auf­ weisen, deren in Radialrichtung äußere, mit einer Austritts­ öffnung versehener Endabschnitt eine Richtungskomponente in Tangentialrichtung aufweist. Die Begriffe "Radialrichtung" und "Tangentialrichtung" beziehen sich auf die Rotationsebene des Mischarms. Diese Rohre können unmittelbar an den Ringka­ nal des Zufuhrgehäuses angeschlossen sein. Die Rohre können mit ihrem radial inneren Abschnitt zunächst genau in Radial­ richtung weisen, ihr radial äußeres Ende kann in Tangential­ richtung abgeknickt sein, damit aus dem Rohrende austretendes Mischgut den gewünschten Rückstoß in Tangentialrichtung be­ wirkt. Alternativ können die Rohre insgesamt in der Rota­ tionsebene einen Winkel mit der Radialrichtung einschließen, so daß auch ohne ein Abknicken am radial äußeren Ende sich der gewünschte Impuls bzw. Rückstoß in Tangentialrichtung er­ gibt.

Es kann vorgesehen sein, daß das Rohr oder dessen abgeknick­ ter Endabschnitt zusätzlich eine aus der Radial- bzw. Rotati­ onsebene heraus weisende Richtungskomponente aufweist. Beson­ ders vorteilhaft ist dies dann, wenn der Mischarm zwei oder mehr solcher Rohre aufweist, die bzw. deren Endabschnitte das Mischgut abwechselnd mit unterschiedlichen aus der Rotations­ ebene heraus weisenden Richtungskomponenten ausstoßen. Bei einem Mischarm mit zwei Rohren kann beispielsweise das eine Rohr das Mischgut schräg nach oben, das andere Rohr schräg nach unten ausstoßen. Man erreicht so eine besonders gleich­ mäßige Verteilung der Stoffe bzw. des Mischguts im Behälter auch außerhalb der Rotationsebene des Mischarmes oder der Mischarme. Die Enden der Arme können beispielsweise in einem Winkel von 45° oder weniger aus der Rotationsebene heraus ge­ knickt sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2 schematisch einen Horizontalschnitt auf Höhe eines Mischarms.

Die Vorrichtung weist einen Mischbehälter 1 und einen unter­ halb des Behälterbodens angeordneten Homogenisator 2 auf. Der Homogenisator 2 kann ausgebildet sein wie in DE 195 37 303 A1 beschrieben. Er kann, wie in der genannten Schrift beschrie­ ben, die Betriebsarten "Homogenisieren im Kessel" und "Homogenisieren im Umlauf" aufweisen.

Bei der Betriebsart "Homogenisieren im Umlauf" wird das Mischgut aus dem Ablauf des Homogenisators in die Umlauflei­ tung 3 gepumpt. Die Umlaufleitung 3 weist zwei Abzweige 8, 9 auf, die mit Absperreinrichtungen 10, 11 versehen sind und es ermöglichen, das Mischgut bzw. einen Teilstrom davon seitlich in den Behälter 1 zurückzuführen. Dies kann insbesondere nützlich sein während des Befüllens des Behälters, wenn die bereits eingefüllte Teilmenge mittels des Homogenisators 2 umgewälzt werden soll.

Die Umlaufleitung 3 weist einen von oben senkrecht nach unten in den Behälter 1 ragenden Abschnitt 4 auf, dessen unteres Ende, wie bei 12 angedeutet, verschlossen ist. Der Leitungs­ abschnitt 4 weist an seinem Umfang bei 5 angedeutete Bohrun­ gen auf, durch die Mischgut austreten kann. Im Bereich der Bohrungen 5 ist der Leitungsabschnitt 4 umschlossen von Zu­ fuhrgehäusen 13 zweier insgesamt mit 6 bezeichneter Mischar­ me. Das Zufuhrgehäuse 13 ist drehbar auf dem Leitungsab­ schnitt 4 gelagert, es weist zu diesem Zweck Lagerbuchsen aus Kunststoff in Lebensmittelqualität auf. An dem Zufuhrgehäuse 13 sind sich radial erstreckende Rohre 14 angeordnet, die in ihrem radial äußeren Endabschnitt 15 sowohl in Tangential­ richtung (siehe Fig. 2) als auch nach oben bzw. unten (siehe Fig. 1) abgeknickt sind. Diese Rohre 14 stehen in Flüssig­ keitsverbindung mit einem inneren Ringkanal 16 des Zufuhrge­ häuses 13, der wiederum aus den Öffnungen 5 mit Mischgut ge­ speist wird. Die Öffnungen 5 können mittels nicht dargestell­ ter Einrichtungen verschließbar ausgestaltet sein, um einzel­ ne oder alle Mischarme 6 außer Betrieb setzen zu können.

Vor der Inbetriebnahme der Vorrichtung wird in dem Behälter 1 wenigstens ein Teil der zu mischenden Stoffe vorgelegt. Der Homogenisator 2 wird in Betrieb genommen. Wird die Betriebs­ art "Homogenisieren im Umlauf" gewählt, wird das Mischgut aus dem Ablauf des Homogenisators in die Umlaufleitung 3 gepumpt. Zwecks Betrieb der Mischarme 6 muß die Absperreinrichtung 17 geöffnet sein, die Absperreinrichtungen 10, 11 vorzugsweise geschlossen. Das Mischgut tritt aus den Öffnungen 5 des Lei­ tungsabschnitts 4 aus, füllt den Ringkanal 16 des Zufuhrge­ häuses 13, strömt in die Rohre 14 und tritt aus deren Endab­ schnitten 15 aus. Beim Austritt beaufschlagt der Impuls bzw. Rückstoß des Mischgutes die Mischarme 6 mit einem Drehmoment, so daß diese in eine Drehbewegung um den Leitungsabschnitt 4 als Drehachse versetzt werden. Dies bewirkt eine gleichmäßige Verteilung des Mischguts im Behälter 1, zusätzlich wird von den Rohren 14 eine Rührwirkung auf den Behälterinhalt ausge­ übt.

Der einfache Aufbau der Mischarme 6 und die Verwendung le­ bensmittelechten Kunststoffes für die Lagerung des Zufuhrge­ häuses 13 auf dem Leitungsabschnitt 4 erlaubt eine allen hy­ gienischen Anforderungen gerecht werdende CIP-Reinigung des Behälterinneren.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger, insbesondere flüssiger oder pastöser Stoffe, die aufweist:
einen Behälter (1),
wenigstens einen diesem Behälter (1) zugeordneten Ho­ mogenisator (2),
eine Umlaufleitung (3, 4), die den Ablauf des Homoge­ nisators (2) mit dem Behälter (1) verbindet und mit­ tels der die Stoffe aus dem Ablauf in einen vom Homo­ genisator (2) beabstandeten Bereich des Behälters (1) rückführbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufleitung (3, 4) im Inneren des Behälters in Austrittsöffnungen (5) wenig­ stens eines drehbaren Mischarms (6) mündet, wobei dieser Mischarm (6) durch den Impuls austretender Stoffe in eine Drehbewegung versetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischarm (6) drehbar auf einem in das Behälterinnere ragenden Abschnitt (4) der Umlaufleitung (3, 4) gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in das Behälterinnere ragende Abschnitt (4) der Um­ laufleitung (3, 4) an seinem Umfang wenigstens eine Öff­ nung (5) aufweist, wobei dieser mit der Öffnung (5) ver­ sehene Abschnitt umschlossen wird von einem drehbar dar­ auf angeordneten Zufuhrgehäuse (13) des Mischarms (6), mittels dem aus dieser Öffnung austretende Stoffe zu den Austrittsöffnungen des Mischarms (6) geführt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrgehäuse (13) einen den mit wenigstens einer Öffnung (5) versehenen Abschnitt (4) der Umlaufleitung (3, 4) umschließenden Ringkanal (16) aufweist, aus dem die Austrittsöffnungen des Mischarms (6) gespeist werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Mischarm (6) etwa in Radialrichtung weisende Rohre (14) aufweist, deren in Radialrichtung äu­ ßerer, mit einer Austrittsöffnung versehener Endabschnitt (15) eine Richtungskomponente in Tangentialrichtung auf­ weist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Endabschnitt (15) zusätzlich eine aus der Radiale­ bene herausweisende Richtungskomponente aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischarm zwei oder mehr etwa in Radialrichtung wei­ sende Rohre (14) aufweist, deren Endabschnitte (15) ab­ wechselnd in unterschiedliche Richtungen aus der Radiale­ bene herausweisende Richtungskomponenten aufweisen.