DE2729855C2 - Homogenisiervorrichtung zum Homogenisieren einer flüssigen oder breiigen Substanz - Google Patents
Homogenisiervorrichtung zum Homogenisieren einer flüssigen oder breiigen SubstanzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Homogenisiervorrichtung zum Homogenisieren einer flüssigen oder breiigen Substanz,
die der Homogenisiervorrichtung von einer Hochdruckpumpe zugeführt wird, mit einer Buchse, die
eine sich nach der Auslaßseite hin erweiternde kegelförmige, glattwandige Durchlaßbohrung aufweist, mit einem
in der Buchse koaxial angeordneten, massiven Stempel, der axial verschieblich gelagert und durch
axiale Vorspannung gehalten ist und der eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Mantelfläche aufweist,
wobei an der Mantelfläche axial aufeinanderfolgende Ringschneiden ausgebildet sind, von denen je zwei Flanken
aufweist die in einem die Stempel-Längsachse enthaltenden Schnitt einen spitzen Winkel bilden, wobei
die Spitze der Ringschneide an der Durchlaßbohrung anliegt
Bei einer bekannten Vorrichtung (DE-AS 11 92 157) sind die einzelnen Ringschneiden in gleichem Abstand
voneinander angeordnet so daß die Zwischenräume stets gleich große Volumina aufweisen, in denen sich die
zu homogenisierende Substanz nach einem Vcrschncidevorgang
vermischen kann, bevor sie von der nachfolgenden Ringschneide erneut homogenisiert wird. Darüber
hinaus sind die geometrischen Abmessungen der Ringschneiden wie auch der Zwischenräume nicht definiert
so daß eine optimale Konfiguration des Stempels nicht vorgegeben wird.
Aufgabe der Erfindung ist es. eine Homogenisiervorrichtung zum Homogenisieren von flüssigen oder breiigen
Substanzen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß insbesondere ein Homogenisierkopf geschaffen
wird, der ein noch besseres Dispergiervermögen und gleichzeitig eine bessere Stundenleistung aufweist
Weiterhin soll erreicht werden, daß die bessere Dispergierleistung
bei geringerem Druck möglich wird, damit die zu homogenisierende Substanz schonender
behandelt wird und z. B. eine geringere Erhitzung erleidet und die Substanz nicht nur fein dispergiert sondern
auch besonders gut vermischt wird. Gleichzeitig soll auch erreicht werden, daß der Homogenisierapparat für
dickflüssige bzw. breiigen Substanzen eingesetzt werden kann.
Die genannten Aufgabe wird, ausgehend von der vorgenannten
Homogenisiervorrichtung, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei jeder Ririgschneidc der Winkel
der Flanken 60° beträgt, daß die Winkelhalbierende dieses Winkels im wesentlichen in einer Radialebene des
Stempels liegt und daß die durch die Ringschneiden gehenden Radialebenen alternierend unterschiedliche
Abstände aufweisen, wobei der erste Abstand ebenso lang wie die Länge jeder der beiden Flanken zweier
benachbarter Ringschneiden ist und der zweite Abstand doppelt so lang ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht,
daß bei der Beibehaltung der glattwandigen. kegeiförmigen und daher leicht herstellbaren Durchlaßbohrung
die Berührungsfläche zwischen dieser und dem mit axialer Vorspannung eingepreßten Stempel auf ein
Minimum begrenzt wird.
In erfindungsgemäßer Weiterbildung sind zwischen
den Ringschneiden mit dem großen Abstand in dem Körper ringförmige Ausnehmungen ausgebildet, welche
jeweils in einem die Körper-Längsachse enthaltenden Schnitt die Form eines Dreiecks aufweisen, wobei
sich die Flanken der Ausnehmungen in die Flanken der
beiderseits angrenzenden Ringschneiden verlängern.
Diese erfindungsgemäße Weiterbildung hat den Vorteil,
daß die ringförmigen Ausnehmungen zwischen den Ringschneiden ein Vermischen der zu homogenisierenden
Substanz nach jedem Schneidvorgang ermöglichen.
Dadurch, daß die Abstände zwischen den Ringschneiden
in ihrer Größe alternieren, ergeben sich kleine und große Ausnehmungen, in denen die Substanz jeweils in
verschieden großen Mengen wieder vermischt wird.
Dadurch, daß die Ausnehmungen ebenfalls im Querschnitt
dreieckförmig sind, ergibt sich eine einfache Herstellung des Stempels.
In vorteilhafter Weiterbildung weist der Stempel insgesamt
neun Ringschneiden auf, wobei am Auslaßende zwei Stufen mit dem kleinen Abstand vorgesehen sind.
In erfindungsgemäßer Weiterbildung ist der Abstand zwischen den dem Einlaßende und dem Auslaßende zugeordneten
Ringschneiden im wesentlichen gleich dem Durchmesser air letzteren Ringschneide, liegt die Kegelsteigung
der Durchlaßbohrung in dem Bereich 1 :0,15 bis 1 :0,05 und der Durchmesser der dem Auslaßende
zugeordneten Ringschneide beträgt 5 Zentimeter.
Durch diese vorteilhafte Weiterbildung ist gewährleistet,
daß der Stempel nicht durch die komprimierte Substanz zu stark von der kegelförmigen Durchlaßbohrung
abgedrückt wird und die Substanz dadurch weniger gut homogenisiert wird. Gleichzeitig ergibt sich hierdurch
eine höhere Stundenleistung.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargesteik
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des Apparates zum Homogenisieren mit der Homogenisiervorrichtung,
der Zwischenkammer mit Manometer, dem Zylinderblock mit den Einlaßventilen und dem aufgeschnittenen
Kurbelwellenantrieb mit Schubstangen und Geradführungen,
F i g. 2 eine teilweise aufgeschnittene Aufsicht auf die Homogenisiervorrichtung, die Zwischenkamtner und
den Zylinderblock,
F i g. 3 einen Schnitt gemäß Linie IH-HI in F i g. 2,
F i g. 4 einen Schnitt durch den Homogenisierkopf mit kegelförmiger Durchlaßbohrung und Stempel,
F i g. 5 eine Ansicht einer Ventilplatte.
Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt den Apparat zum Homogenisieren, der im wesentlichen
aus dem Antriebsblock 2, der Hochdruckpumpe 3, der Zwischenkammer 4 und der Homogenisiervorrichtung
5 besteht
Die Homogenisiervorrichtung 5 arbeitet in liegender Anordnung und wird von einem nicht dargestellten Motor
über eine Kurbelwelle 6 angetrieben. In diesem Ausrührungsbeispiel 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 Geradführungcn 10 gelagert. Die Schubstangen 9 treten aus den
Geradführungen 10 heraus und sind gegenüber dem mit Öl gefüllten Kurbelgehäuse 11 mit Schubstangendichlungcn
^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 l.uufbuchscn 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 Kubbewegungen der
Schubstangen an diesen entlang in die Laufbuchsen gelangen kann, sind auf den Schubstangen 9 Manschetten
Ifc angeordnet, die durch die Bewegung der Schubstangen
9 ein Abschleudern des Öles bewirken. Andererseits 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 wärmende oder kühlende Flüssigkeit beschickt werden können.
Das in den Fig.2 und 3 dargestellte Ende des Kolbens
14 läuft in einer vorzugsweise aus Bronze hergi> stellten Laufbuchse 13, die im Zylinderblock 17 der
Hochdruckpumpe 3 gelagert ist. Am Ende der Laufbuchse 13 schließt sich der Kompressionsraum 18 an, in
welchen senkrecht zur Achse des Kolbens 14 bzw. des Kompressionsraumes 18 die mit einem Einlaßwertventil
19 versehene Einlaßöffnung 10 führt. Das Einlaßventil
to 19 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 homogenisierenden Substanz
zuführende Leitung angeschlossen.
Die Ventilplatte 21 ist in Fig.5 dargestellt Ausgehend
von einer kreisförmigen Grundplatte mit einem Außendurchmesser (J11, der dem größten inneren Durchmesser
des Ventils 19 entspricht, sind in einem Winkelabstand von jeweils cc — 30° in dem AuÜenrand der
Grundplatte kreissegmentförmige Ausnehmungen 24 angeordnet, die einen Winke! von ,/:■= 60° umfassen.
Der diese kreisförmigen Ausnehmungen 24 berührende innere Durchmesser d, ist dabei größer als der Durchmesser
der Einlaßöffnung 20. Zwischen den Ausnehmungen 24 verbleiben Stege 25. Bei steigendem Kompressionsdruck
im Kompresssionsraum 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 Kamrn^.rte:'e
28 bzw. 29 ist in einer in den Achsen der im Zylinderblock 17 parallelachsig angeordneten Zylinder
senkrechten Ebens angeordnet und das zweite Kammerteil
29 wird durch ein Scharnier 31 mit zur Trennfugenebene parallelen Scharnierachsen 32 am ersien
Kammerteil 28 gehalten, so daß nach Entfernen der Flü-
bO gelschrauben 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 dor Zugang zu den Auslaßventilen 27 frei ist und genügend Spielraum
bleibt, dieseVentile 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
5 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 Kammerteils
29 der Zwischenkammer 4 vorgesehene AuslaOöffnung 39 schließt sich die Buchse 40 des zweiteiligen Homogenisierkofes
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
10
15
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des Homogcnisicrkopfcs 37 angedrückt ist. Der Sternpel
45 ist 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 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 Oehäuses 47 ist eine Dichtung 52 vor- jo
gesehen.
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 anschließt. Gegen diese obere Druckplatte 57 ist eine Spindel 58 durch die Gehäuseplattc 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 Homogenisierkopies 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 63 r.ngeordnete Ringschneiden 44 auf, die
in einem die Körper-Längsachse enthaltenden Querschnitt eine dreieckige Form aufweisen und mit ihren
Flanken 65 an der Wand der kegelförmigen Bohrung 43 der Buchse 40 anliegen. Die durch die Spitze des zwisehen
den von den Flanken 65 eingeschlossenen spitzen Winkels γ von ca. 60° gehende Winkelhalbierende liegt
im wesentlichen in einer Radialebene des Körpers 6Z
Die Ringschneiden 44 sind alternierend in einem Abstand A, welcher im wesentlichen gleich der Länge der
der Spitze gegenüberliegenden Dreieckseite ist, und einem Abstand A'. welcher im wesentlichen gleich dem
doppelten Wert ist. auf der Mantelfläche 63 angeordnet.
Zwischen den Ringschneiden 44 mit dem Abstand A' sind im Körper 62 des Stempels 36 ringförmige Ausnch- hr,
imingen 67 ausgebildet, die jeweils in einem die Körpcr-Längsachse
enthaltenden Schnitt die Form eines Dreiecks aufweisen, wobei sich die Flanken 68 der Ausnehmungen
in die Flanken 65 der beiderseits angrenzenden Ringschneiden 44 verlängern.
Der Stempel 36 des Homogenisierkopfes 37 weist insgesamt neun Ringschneiden 44 auf. wobei zunächst
vom Auslaßende her gesehen zwei Stufen mit dem Abstand
A angeordnet sind.
Der Abstand der jeweils ersten am Einlaßende und am Auslaßende angeordneten Ringschneiden voneinander
ist im wesentlichen gleich dem Durchmesser der am Auslaßende angeordneten Ringschneide. Der Durchmesser
dieser Ringschneide beträgt 5 cm, während die Kegelsteigung der Durchlaßbohrung 43 im Bereich von
1 : 0,15 bis I : 0,05 liegt.
Der Stempel 36 ist schließlich an seinem Einlaßende mit einem stumpfwinkligen Kegel 69 versehen.
Die Homogenisierung b/w. Dispergierung einer flüssigen
bis breiigen Substanz geschieht auf folgender Weise:
Durch Rückzug des Kolbens !4 »vird durch das iiinlaßventil
19 und den Einlaßstutzen 23 die zu homogenisierende Substanz in den Kompressionsraum 18 hereingezogen.
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 schließt sich. Gleichzeitig wird das Auslaßventil
27 geöffnet und die sich in dem Kompressionsraum t8 befindliche Substanz verdichtet und in die Zwischenk.'Mmer
4 hineingepreßt. Gleichzeitig wird der Stempel 36 des zweiteiligen Homogenisierkopfes 37 gegen
die von der Tellerfeder 56 hervorgerufene Vorspannung minimal nach oben gedrückt, so daß die verdichtete
Substanz zwischen den Ringsihneiden 44 des Stempels 36 und der glatten Wand der Bohrung 43 der Buchse
40 hindurchtreten kann. Hierbei wird die Substanz zwischen den Ringschneiden 44 und der Wand der Bohrung
43 zerteilt bzw. zerschnitten und gleichzeitig in den verschiedenen großen Ausnehmungen 67 zwischen den
Ringschneiden 44 intensiv verwirbelt und durch die darauffolgenden Ringschneiden 44 wiederum weiterhin homogenisiert.
Nach Passieren des Homogenisicrkopfcs kann die Substanz aus dem Auslaßstutzen 61 heraustreten.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Homogenisiervorrichtung zum Homogenisieren einer flüssigen oder breiigen Substanz, die der
Homogenisiervorrichtung von einer Hochdruckpumpe zugeführt wird, mit einer Buchse, die eine
sich nach der Auslaßseite hin erweiternde kegelförmige, glattwandige Durchlaßbohrung aufweist, mit
einem in der Buchse koaxial angeordneten, massiven Stempel, der axial verschieblich gelagert und durch
axiale Vorspannung gehalten ist und der eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Mantelfläche aufweist,
wobei an der Mantelfläche axial aufeinanderfolgende Ringschneiden ausgebildet sind, von denen
jede zwei Flanken aufweist, die in einem die Stempel-Längsachse
enthaltenden Schnitt einen spitzen Winkel bilden, wobei die Spitzen der Ringschneide
an der Durchlaßbohrung anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Ringschneide (44)
der Wink« Jy) der Fianken 60" beträgt, daß die Winkeihaibierende
dieses Winkeis im wesentlichen in einer Radialebene des Stempels liegt, und daß die
durch die Ringschneiden (44) gehenden Radialebenen alternierend unterschiedliche Abstände (A, A')
aufweisen, wobei der erste Abstand (/ψ ebenso lang
wie die Länge jeder der beiden Flanken zweier benachbarter Ringschneiden (64) ist und der zweite
Abstand (A y doppelt so lang ist
2. Homogenisiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwischen den Ringschneiden
(4i) mit dem großen Abstand (A') in dem Körper (62) ringförmige Ausp°hmungen (67) ausgebildet
sind, welche jeweils in einem die Körper-Längsachse enthaltenden Schr'U die Form eines
Dreiecks aufweisen, wobei sich die Flanken (68) der
Ausnehmungen in die Flunken (65) der beiderseits angrenzenden Ringschneiden (44) verlängern.
3. Homogenisiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel
(36) insgesamt 9 Ringschneiden (44) aufweist wobei am Auslaßende zwei Ringschneiden (44) mit dem
kleinen Abstand (^vorgesehen sind.
4. Homogenisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet
daß der Abstand zwischen den dem Einlaßende und dem Auslaßende zugeordneten Ringschneiden (44)
im wesentlichen gleich dem Durchmesser der letzteren Ringschneide ist.
5. Homogenisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet
daß die Kegelsteigung der Durchlaßbohrung (43) in dem Bereich von 1 :0,15 bis 1 : 0,05 liegt.
6. Homogenisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser der dem Auslaßendc zugeordneten Ringschneide (44) 5 cm beträgt.
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