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Homogenisiervorrichtung.
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Die Erfindung betrifft einen Apparat zum Homogenisieren von flüssigen
und breiigen Substanzen, bestehend aus einer Hochdruckpumpe,mit einem Kurbelantrieb
und mindestens einen in einem Zylinderblock geführten, über auf dem Pleuelstangen
und Schubstangen angetriebenen Kolben, verbunden mit einer/ Zylinderkopf angeordneten
Homogenisiervorrichtung, welche einen Homogenisierkopf aufweist, der aus einer Buchse
mit einer glattwandigen, sich nach der Auslaßseite zu erweiternden kegelförmigen
Durchlaßbohrung und einem in dieser angeordneten, durch axiale Vorspannung gehaltenen
Stempel besteht, welcher einen massiven Körper von im wesentlichen kegelstumpfförmiger
Mantelfläche besitzt, an
der axial aufeinanderfolgende ringförmige
Stufen ausgebildet sind, die jeweils mit ihrem Außenumfang an der Durchlaßbohrung
anliegen.
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Solche bekannten Homogenisiervorrichtungen bestehen im wesentlichen
aus einem Kolbenpumpenteil und einem verstellbaren, unmittelbar auf dem Zylinderblock
der Pumpe angeordneten Homogenisierkopf. Der Kolbenpumpenteil wird über ein Kurbel
getriebe mit angeflanschtem Motor angetrieben. Größere Homogenisiervorrichtungen
haben über Kurbelgetriebe parallel arbeitende Mehrfachkolben. Bei dieser Ausbildung
wirken der bzw. die Kolben auf einen einzigen Homogenisierkopf, wobei die zu homogenisierende
Flüssigkeit durch Einlaßstutzen von den Kolben beim Rückwärtsgang in den Zylinder
gesaugt und beim Verdichtungsvorgang durch den Homogenisierkopf gedrUckt werden.
Bei einer solchen Ausbildung kann ohne Ein- bzw. Auslaßventile gearbeitet werden.
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Anders ist es jedoch bei mehrzylindrigen Ausftlhrungen, bei denen
die Kolben nicht parallel, sondern je nach Zahl der Kolben versetzt zueinander arbeiten.
Um bei einer solchen AusfUhrung, die lauftechnische Vorteile aufweist, ohne Ventile
auszukommen, muß jedem Zylinder ein eigener Homogenisierkopf zugeordnet werden.
Bei diesen vorstehend beschriebenen Ausführungsfonmen ergibt sich ein diskontinuierlicher
Durchfluß der Flüssigkeit durch die Homogenisiervorrichtung. Eine solche Diskontinuität
kann jedoch vermieden werden, wenn eine mehrzylindrige Ausführung mit mindestens
zwei Zylindern auf einen einzigen Homogenisierkopf wirken. Dann ist jedoch die Anordnung
von Ein- bzw.
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Auslaßventilen vorzusehen, welche die Bauweise der Homogenisiervorrichtung
wesentlich verkompl izieren.
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Alle mit Ventilen arbeitenden Homogenisiervorrichtungen weisen einen
wesentlichen Nachteil auf, nämlich die höhere Anfälligkeit auf Verstopfungen, Undichtigkeiten
und schlechtere Reinigungsmöglichkeiten.
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Da es sich bei den zu homogenisierenden Flüssigkeiten häufig um Produkte
handelt, z.B. Nahrungsmittel, insbesondere Milch, bei denen auf erhöhte Sauberkeit
bzw. Hygiene geachtet werden muß, macht sich ein häufiges Abbauen der Homogenisiervorrichtung
vom Zylinderkopf notwendig, um die Ventile und den Homogenisierkopf zu reinigen.
Wenn auch die Homogenisiervorrichtung leicht abbaubar und zerlegbar ist, stellt
sich jedoch das Problem, wie die Ventile, und da insbesondere die Auslaßventile
zwischen Zylinderraum und Homogenisierkopf leichter auswechselbar gestaltet werden
können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Apparat der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß die vorstehend genannten Nachteile entfallen und insbesondere
eine Homogenisiervorrichtung geschaffen wird, bei der die Zugänglichkeit sämtlicher
betriebstechnischen Teile wesentlich erleichtert wird, damit eine bessere Reinigungsmöglichkeit
gegeben ist und insbesondere die Funktionstüchtigkeit erhöht und die Betriebsanfälligkeit
vermindert wird.
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Diese Aufgabe wird bei einem Apparat der eingangs genannten Art erfinzwischen
dungsgemäß dadurch gelöst, daß Homogenisiervorrichtung unddem Zylinderblock
der
Hochdruckpumpe eine zu öffnende Zwischenkammer angeordnet ist.
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Durch diese erfiñdungsgemäBe Ausbildung der Homogenisiervorrichtung
wird erreicht, daß diese von mehr als einem Druckzylinder bei nicht paralleler Arbeitsweise
mit komprimierter Substanz beschickt werden kann und dadurch eine wesentlich kontinuierlichere
Zufuhr gewährleistet ist. Weiterhin ist durch die zweiteilige Ausbildung der Zwischenkammer
ein leichtes t'ffnen und Reinigen sowohl des Homogenisierkopfes wie auch der Auslaßventile
möglich.
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Vorteilhaft ist die Trennfuge der beiden Kammerteile in einer zu den
Achsen der im Zylinderblock parallelachsig angeordneten Zylinder senkrechten Ebene
angeordnet und die Homogenisiervorrichtung an einer zur Trennfugenebene parallelen
Wandung des zweiten Kammerteils dergestalt angebaut, daß die Längsachse des Stempels
parallel zu den Achsen der Zylinder ist. Weiter ist in vorteilhafter Ausbildung
das zweite Kammerteil durch ein Scharnier mit zur Trennfugenebene parallelen Scharnierachse
am ersten Kammerteil gehalten. Damit wird das Uffnen der Zwischenkamer wesentlich
erleichtert und kann ohne Absetzen des beweglichen Kammertelles geschehen.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist ein zwischen dem Kompressionsrauni
des jeweiligen Zylinders und der Zwischenkammer eingebautes Ausla8-ventil bei geöffnetem
zweiten Kammerteil ausbaubar.
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Hierdurch wird gewährleistet, daß die von der hochkomprimierten Substanz
durchflossenen Auslaßventile schnellstmöglich gereinigt
bzw. sogar
ausgewechselt werden können, ohne daß eine größere Montage bzw. Demontage der Homogenisiervorrichtung
notwendig wird.
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In vorteilhafter Weiterbildung sind in einer in den Ventilen enthaltenen
Ventil platte, ausgehend von einer kreisförmigen Grundplatte mit einem Außendurchmesser
da, der dem größten inneren Durchmesser der Ventile entspricht, in einem Winkelabstand
von jeweilsd= 300 in dem Außenrand der Grundplatte vier segmentförmige Ausnehmungen
24 angeordnet, die einen Winkel von 600 umfassen, wobei der diese kreisförmigen
Ausnehmungen berührende innere Durchmesser d. größer ist als der Durchmesser der
Einlaßöffnung und zwischen den Ausnehmungen Stege verbleiben. Durch diese Ausbildung
der Ventilplatte wird insbesondere bei der Verarbeitung von breiigen Substanzen
ein genaues Schließen und damit Dichten der Ventile gewährleistet.
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In erfindungsgemäßer Weiterbildung ist die mit liegenden Zylindern
ausgebildete Hochdruckpumpe durch eine Wanne mit dem den Kurbelwellen-und antrieb/dichtend
ausgebildeten Geradführungen aufnehmenden Kurbelgehäuse verbunden, nimmt die Wanne
die Geradführungen mit den die Kolben verbindenden Schubstangen auf und sind auf
den Schubstangen ringförmige Manschetten angeordnet.
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Durch die Anordnung einer Wanne zwischen den Geradführungen und dem
Zylinderblock der Hochdruckpumpe wird vermieden, daß das im Kurbelgehäuse enthaltene
Ol mit der zu homogenisierenden und aus den Zylindern eventuell heraustretenden
Substanz vermischt wird. Durch
die Anordnung der Manschetten auf
den Schubstangen ist es möglich, die Homogenisiervorrichtung in horizontaler Weise
anzuordnen, da ein Oberlaufen des oeles an den Schubstangen entlang durch die Manschetten
verhindert wird. Durch diese MUglichkeit, die Homogenisiervorrichtung in horizontaler
Weise anzuordnen, ergibt sich wiederum eine erleichterte Bedienung des Zwischenkammerteiles
mit Homogenisiervorrichtung und damit eine bessere Zugänglichkeit tu den Ventilen.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist der Zyllnderblock mit die Zylinder
wärmende oder kühlende Flüssigkeit beschickbare Bohrungen versehen.
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Je nachdem, welche Substanz homogenisiert werden soll bzw. welche
Konsistenz die zu homogenisierende Substanz aufweist, kann der Zylinderblock der
Hochdruckpumpe durch-eine entsprechend vorgerichtete Flüssigkeit gekühlt oder gewärmt
werden.
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Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Apparates zum Homogenisieren
mtt der Homogenisiervorrichtung, der Zwischenkammer mit Manometer, dem Zylinderblock
mit den Einlaßventilen und dem aufgeschnittenen Kurbelwellenantrieb mit Schubstangen
und Geradführungen,
Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Aufsicht
auf die Homogenisiervorrichtung, die Zwischenkammer und den Zylinderblock, Fig.
3 einen Schnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine Ansicht einer Ventil
platte.
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Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Homogenisiervorrichtung
1, die im wesentlichen aus dem Antriebslock 2, der Hochdruckpumpe 3, der Zwischenkammer
4 und der Dispergiervorrichtung 5 besteht Die Homogensiervorrichtung 1 arbeitet
in liegender Anordnung und wird von einem nicht dargestellten Motor über eine Kurbelwelle
6 angetrieben.
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In diesem Ausführungsbeispiel 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 Geradführungen 10 gelagert. Die Schubstangen
9 treten aus den Geradführungen 10 heraus und sind gegenüber dem mit Ul gefüllten
Kurbelgehäuse 11 mit Schubstangendichtungen 12 abgedichtet.
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Die Schubstangen 9 übertragen die Hubbewegungen der Pleuelstangen
8 auf in Laufbuchsen 13 bewegliche Kolben 14 (dargestellt in Fig. 2 und 3).
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Vor Eintritt in die Laufbuchsen 13 überbrücken die Schubstangen 9
eine Wanne 15, die eventuell aus dem Kurbelgehäuse 11 heraustretendes Ul auffangen
soll. Damit etwa heraustretendes Ul nicht durch die Hubbewegungen
der
Schubstangen an diesen entlang in die Laufbuchsen gelangen kann, sind auf den Schubstangen
9 Manschetten 16 angeordnet, die durch die Bewegung der Schubstangen 9 ein Abschleudern
des Ules 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.
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In dem Zylinderblock 3 sind Bohrungen 17 a vorgesehen, die je nach
Erfordernis mit die Zylinder wärmende oder kühlende Flüssigkeit beschickt werden
können.
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In den Figuren 2 und 3 sind die Hochdruckpumpe 3, die Zwischenkanner
4 und die Dispergiervorrichtung 5 dargestellt.
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Das in den Figuren 2 und 3 dargestellte Ende des Kolbens 14 läuft
in einer vorzugsweise aus Bronze hergestellten Laufbuchse 13, die im Zylinderblock
17 der Hochdruckpumpe 3 gelagert ist. Am Ende der Laufbuchse 13 schließt sich der
Kompressionsraum 18 an, in den senkrecht zur Achse des Kolbens 14 bzw. des Kompressionsraumes
18 die mit einem Einlaßventil 19 versehene Einlaßöffnung 20 fuhrt. Das Einlaßventil
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 homogenisierende Substanz zuführende Leitung angeschlossen.
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Die Ventil platte 21 ist in Fig. 4 dargestellt. Ausgehend von einer
kreisförmigen Grundplatte mit einem Aussendurchmesser da, der dem größten inneren
Durchmesser des Ventils 19 entspricht, sind in einem Winkelabstand von jeweils d
= 300 in dem Außenrand der Grundplatte kreissegmentförmige Ausnehmungen 24 angeordnet,
die einem Winkel von 600 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 Kompressionsraum 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.
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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
27 a entfernt wurde.
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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 Dispergiervorrichtung 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 Dispergiervorrichtung 5 tragenden
zweiten Kammerteil 29. Die Trennfuge 30 der beiden Kammerteile 28 bzw. 29 ist in
einer in den Achsen der im Zylinderblock 17 parallelachsig angeordneten Zylinder
senkrechten Ebene angeordnet und das zweite Kammerteil 29 wird durch ein Scharnier
31 mit zur Trennfugenebene parallelen Scharnierachsen 32 am ersten Kannierteil 28
gehalten, so daß nach Entfernen der Flügelschrauben 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 der
Zugang zu den Auslaßventilen 27 frei ist und genügend Spielraum bleibt, diese Ventile
herauszuschrauben und auch die Zwischenkammer reinigen zu können.
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Die Zwischenkammer 4 ist mit einem Spezialmanometer 34 verbunden,
welches den in dieser Kammer enthaltenen Druck anzeigt.
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An einer zur Trennfugenebene parallelen Wandung 35 des zweiten Kammerteiles
29 ist die Dispergiervorrichtung 5 dergestalt angebaut, daß die Längsachse des Stempels
36 parallel zu den Achsen der Zylinder ist.
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Die Dispergiervorrichtung 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
Auslaßöffnung 39 schließt sich die Buchse 40 des zweiteiligen Homogenisierkopfes
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 angeordneten ringförmigen Stufen 44 versehener
Stempel 36 des Homogenisierkopfes 37 angedrückt ist. Der Stempel 9e 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 49 auf die Buchse 40 des zweiteiligen Homogenisierkopfes
37 auf. Eine Oberwurfmutter 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 Gehäuses 47 ist eine Dichtung 52 vorgesehen.
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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 Gehäuseplatte 59 eingeschraubt und kann mit einem Handrad 60
verstellt werden, so daß die Tellerfeder 56 mehr oder weniger zusammengepresst wird
und dadurch der innere Stapel 36 des zweiteiligen Homogenisierkopfes 37 entsprechend
stark in die kegelförmige Bohrung der Buchse 40 angedrückt wird. Oberhalb des zweiteiligen
Homogenisierkopfes 37 ist ein Auslaßstutzen 61 vorgesehen.
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Der Stempel 36 des Homogenisierkopfes 37 kann in verschiedenster Art
ausgebildet sein, vorzugsweise weist er jedoch axial aufeinanderfolgend angeordnete
ringförmige Stufen auf, die in einem die Körperlängsachse enthaltenden Querschnitt
dreieckige Form aufweisen und mit Ihrem, jeweils eine Ringschneide bildenden Flanken
an der Wand der kegelförmigen Bohrung 43 der Buchse 40 anliegen. Eine bevorzugte
Ausführungsfomi ist in der Patentanmeldung P 27 29 855.1 desselben Anmelders beschrieben.
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Die Homogenisierung bzw. Dispergierung einer flüssigen bis breiigen
Substanz geschieht auf folgende Weise: Durch Rückzug des Kolbens 14 wird durch das
Einlaßventil 19 und den Einlaßstutzen 23 die zu homogenisierende Substanz in den
Konipressionsraum 18 hereingesogen. 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. Das
Auslaßventil
27 öffnet sich und die sich in dem Kompressionsraum 18 befindende Substanz wird
verdichtet und in die Zwischenkammer 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 Ringschneiden 64 des Stempels 36 und der glatten Wand der Bohrung 43 der Buchse
40 hindurchtreten kann. Hierbei wird die Substanz zwischen den Ringschneiden 64
und der Wand der Bohrung 43 zerteilt bzw. zerschnitten und gleichzeitig in den verschieden
großen Ausnehmungen 67 zwischen den Ringschneiden 64 intensiv verwirbelt und durch
die darauffolgenden Ringschneiden 64 wiederum weiterhin homogenisiert. Nach Passieren
des Homogenisierkopfes kann die Substanz aus dem Auslaßstutzen 61 heraustreten.
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Die Reinigung der Vorrichtung ergibt sich in einfachster Weise durch
Uffnen der Zwischenkammern 4. Hierzu werden die Flügelschrauben 33 gelöst und der
zweite Kammerteil 29 kann durch das Scharnier 31 gehalten von dem ersten Kammerteil
28 abgeschwenkt werden. Sodann ist es ohne weiteres möglich, den Gewindering 27
a zu lösen und damit die Auslaßventile 27 zu reinigen bzw. zu ersetzen.
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Das Reinigen bzw. Auswechseln der Einlaßventi-le 21 geschieht durch
einfaches Lösen der Zuleitungen bzw. Einlaßstutzen 23.