DE3342304A1

DE3342304A1 - Homogenisiermaschine

Info

Publication number: DE3342304A1
Application number: DE19833342304
Authority: DE
Inventors: Peter 5060 Bergisch-Gladbach Hallet; Erwin Dr.-Ing. 5142 Hückelhoven-Baal Heß; Hans-Jürgen 4048 Grevenbroich Mertens
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: BWS Technologie GmbH
Priority date: 1983-11-23
Filing date: 1983-11-23
Publication date: 1985-05-30
Anticipated expiration: 2003-11-24
Also published as: US4610548A; CH664092A5; DE3342304C2

Description

Homogenisiermaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung von Emulsionen bzw. Suspensionen, bestehend aus einer Kreisel-Homogenisiermaschine, die aus einem Gehäuse besteht, in dem ein umlaufender Rotor angeordnet ist, dessen Stirnfläche mit Aussparungen aufweisenden Kränzen versehen ist, die zwischen eben solchen am Gehäuse angeordneten Kränzen umlaufen, wobei der axiale Zulauf unter Belastung eines Spaltes zentrisch gegen die Stirnflädhö des Rotors mündet und die Austrittsöffnung radial angeordnet ist.

Derartige Rotations-Homogenisiermaschinen sind bekannt, wie der DE-AS 11 82 043 zu entnehmen ist. Die Rotoren und Statoren weisen schlitzförmige oder auch kreisförmige öffnungen auf, sie rotieren konzentrisch ineinander und haben aufgrund der Öffnungsverhältnisse der konzentrischen Ringe und aufgrund des geringen Abstandes zwischen Rotor und Stator eine ausgezeichnete Misch- und Homogenisier-

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wirkung und weisen aufgrund der endlichen Höhe von Stator und Rotor auch eine geringe Förderwirkung auf.

Bei z.B. strukturviskosem Mischgut ist die Antriebsleistung der Homogenisiermaschine nahezu unabhängig von der Viskosität. Der Grad der Durchmischung hängt ausschließlich von der Anzahl der öffnungen an den einzelnen Kranzwänden sowie von der Drehzahl ab. Wenn die Zahl der öffnungen bzw. Zähne erhöht wird, kann die Drehzahl herabgesetzt werden, ohne daß eine Verschlechterung des Mischerergebnis stattfindet. Daher kann bei entsprechender Ausbildung der Kränze die elektrische Antriebsleistung minimiert werden.

Bei der Anwendung der Homogenisiermaschine wird durch die Begrenzungswände der öffnungen bzw. durch die Zähne der Kranzkörper jeweils ein über die benachbarte Kranzwand vorgeschobener Abschnitt abgeschnitten und an eine andere Stelle gebracht, wo sich die abgeschnittene Scheibe wieder mit anderem Material vermischt. Den Mischvorgang kann man sich

etWa so vorstellen, daß das Mischgut beim Verlassen jjödor der Öffnungen von dem benachbarten Kranzkörper erfaßt und scheibchenweise mitgenommen wird. Es erfolgt also ständig ein Abschneiden kleiner Materiälstucke und anschließendes Umordnen und ,neuerliches Zerkleinern der abgeschnittenen Stücke. Der Zerkleinerungs- und Umordnungsprozeß ist um so intensiver, je höher die Anzahl der Öffnungen an den Krarlzwänden ist. Der Grad der Durchmischung hängt ab vori dem Produkt, der Anzahl der Durchbrechungen an den einzelnen Kranzwänden und der Drehzahl.

Die Homogenisiermaschine arbeitet derart, daß nur eine geringe Eigenförderung bewirkt wird. Somit beträgt die hydraulische Leistung an der zu installierenden elektrischen Antriebsleimung einer solchen Mäsdhine ca. 5 %. Die verbleibenden 95 % elektrische Antriebsleistung sind Homogenisierleistung.

Der" Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Homogenisierleiötüng bei unverändert guter Homogenisierung minimiert und gleichzeitig die Förderleistung

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gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die mittels der Aussparungen gebildeten freien Querschnitte in den Kränzen des Rotors und des Gehäuses von Kranz zu Kranz konstant sind und daß in den die Kränze umschließenden freien Raum über dessen Gesamttiefe ein Stauelement eingesetzt ist.

Aufgrund des konstanten freien Querschnittes sinkt die elektrische Antriebsleistung. Dieser Energie7 gewinn wird für die hydraulische Leistung eingesetzt, wobei der freie Raum mittels des Stauelementes hydrodynamisch optimal ausgenutzt wird* Damit wird aufgrund der erfindungsgemäßen Kombination bei unveränderter elektrischer Leistung und unveränderter Homogenisierung die Förderhöhe der Homogenisiermaschine gesteigert.

Zur Verbesserung der Hydrodynamik der Maschine kann das Stauelement als Keil ausgebildet sein, der in Drehrichtung des Rotors gesehen hinter der Austrittsöffnung sitzt. Anstelle des Keiles kann auch

elnfe bewegliche Klappe am Austrittsstutzen vorgesehen sein. Diese Klappe legt sich je nach Drehrichtung des Rotors von alleine an die entsprechende Wand des Austrittsstutzens an. Die Wirkungsweise dieäer Klappe ist ähnlich wie die des Keiles. Außerdem ist damit der Vorteil verbunden, daß dort ohne Umbaumaßnahmen der Maschine diese in beide Drehiiichtungen betrieben werden kann. Auch kann an Stelle des Keiles ein Schaufelkranz vorgesehen sein, der aus einem mit dem Kranz des Rotors fest Verbundenen Tragring und daran befestigten Schaufeln beöteht.

In vielen Fällen wird hinter einer Homogenisiermaschine ein bestimmter Förderdruck bei einer vorgegebenen Durchsatzmenge verlangt. Die erfindungsgemäße Aufgabe kann auch dann gelöst werden, weriri anstelle des Stauelementes eine zweite Stufe vorgesehen und darin ein Kreiselpumpen-Laufrad installiert wird. Auch mit dieser Maßnahme wird der Energiegewinn für die hydraulische Leistung eingesetzt.

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Ein Umlenksystem zwischen der ersten und der zweiten Stufe sorgt für eine einwandfreie Strömung der Emulsion bzw. Suspension von einer Stufe .zur anderen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Homogenisiermaschine,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie A-B in Figur 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Homogenisiermaschine,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie C-D in Figur 3,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Homogenisiermaschine,

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. 6 einen Schnitt gemäß Linie E - F in Figur 5,

* 7 einen Querschnitt durch eine weitere Homogenisiermaschine,

. 8 einen Schnitt gemäß Linie G - H in Figur 7.

Öie iri den Figuren 1 und 3 dargestellte Homogeniöietfittäsdhine weist im Gehäuse 3 einen als Stator bezeichneten ersten Kranzkörper 1 und einen als

bezeichneten zweiten Kranzkörper 2 auf. Der 1 ist beispielsweise als Innenkegel und der

2 demgemäß als Außenkegel ausgebildet, wobei die Segelflächen einander zugewandt sind. Der Stator 1 weiset mehrere koaxiale Kranzwände 4,5,6 auf, die aus einzelnen Zähnen bestehen, welche mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind. Zwischen den Zähnen einer jeden Kranzwand befinden sich die öüifchbiiechungen oder Zahnlücken. Diese Zahnlücken bilden den freien Querschnitt eines jeden Kranzes.

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Die Kranzwände des Rotors 2 sind mit 7, 8 und 9 bezeichnet. Jede dieser Kranzwände besteht ebenfalls aus Zähnen, die unter Bildung von Durchbrechungen oder Zahnlücken mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind. Auch hier bilden die Zahnlücken den freien Querschnitt.

Während der erste Kranzkörper (Stator) 1 in dem Gehäuse 3 fest angeordnet ist, ist der zweite Kranzkörper (Rotor) 2 an einer Welle 10 montiert, die von einem (nicht dargestellten) Antriebsmotor über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird. Die Lagerung und Abdichtung der Welle 10 ist aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich und bedarf keiner zusätzlichen Erläuterung. Das vordere Ende der Welle 10 trägt den zweiten Kranzkörper 2. Dieser befindet sich in der Mischkammer 11 im Inneren des Gehäuses 3.

Die zu mischenden Substanzen werden in die Zulauföffnung 12 hineingedrückt, die dem vorderen Ende der Welle 10 direkt gegenüber liegt, so daß das Mischgut axial gegen den zweiten Kranzkörper 2 gedrückt wird.

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Uieäät kann eine dem Einlaß 12 zugewandte Leitvorrichtung 13 aufweisen, die das Mischgut radial nach äüfteh leitet und in den Bereich zwischen den ineinandergreifenden Kranzwänden 4 bis 9 befördert. Das Misdhgut wandert zwischen den Kranzwänden hindurch nach außen. Da jeweils zwei benachbarte

sich relativ zueinander drehen, erfolgt an jeder Durchbrechung bzw. Zahnlücke das Abschneiden einer Materialmenge.

Das¹ Mischgut, das die Durchbrechungen der Kranzwände Radial durchlaufen hat, wird am Umfang der KranzkÖxpöii 1 und 2 gesammelt und verläßt die Mischkammer Ii durch die Austrittsöffnung 14.

In den die Kränze 4 bis 9 umschließenden freien Raum 18 ist fein Stauelement, eingesetzt, das sich über die Gesäntttiefe des Gehäuses 3 erstreckt. Nach den Figuren 1 und 2 ist das Stauelement als Keil 15 ausgebildet und befindet sich in Drehrichtung des Rotors 2 gesehen hinter dem Austrittsstutzen 14. Üaoh den Figuren 3 und 4 ist das Stauelement als Pendelklappe 16 ausgebildet, die auf einer Welle 17

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klappbar gelagert ist. Je nach Drehrichtung des Rotors 2 legt sich die Pendelklappe 16 entweder an die Wand 14a des Austrittsstutzens 14 oder wie strichpunktiert dargestellt an die Wand 14b an.

Nach den Figuren 7 und 8 ist am äußeren Umfang des Kranzkörpers 2 ein Tragring 25 befestigt, der gleichmäßig verteilte Schaufeln 26 trägt. Die Schaufeln verbessern die Förderwirkung, ohne die Homogenisierleistung zu beeinträchtigen und 'erbringen die gleiche Wirkung wie die Stauelemente und 16.

Nach den Figuren 5 und 6 weist die Homogenisiermaschine eine zweite Stufe 19 auf, in der ein mit der Welle 10 rotierendes Kreiselpumpen-Laufrad 20 in einer Pumpenkammer 21 vorgesehen ist.

Das Mischgut, daß die Durchbrechungen der Kranzwände 4,5, 6 radial durchlaufen hat, wird am Umfang der Kranzkörper 1 und 2 gesammelt und über die Mischkammer 11 einer Umlenkkammer 22 innerhalb eines Umlenksystems 23 und von dort dem Kreiselpumpen-

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Laufrad 20 zugeführt. Die Kammer 21 ist mit einem tangentialen Auslaßstutzen 24 versehen.

Das JPÜitipenlaufrad 20 mit einer entsprechend den Erfordernissen einer Kreiselpumpe ausgestalteten PÜmpenkammer 21 erbringt die gleiche Wirkung wie die Staüelemente 15 und 16, bzw. wie die Schaufeln 26.

Claims

Patentansprüche

1* Vorrichtung für die Herstellung von Emulsionen bzw. Suspensionen, bestehend aus einer Kreiselkomogenisiermaschine, die aus einem Gehäuse beöteht, in dem ein umlaufender Rotor angeordnet ist, dessen Stirnfläche mit Aussparungen aufweisenden Kränzen versehen ist, die zwischen eben solchen am Gehäuse angeordneten Kränzen umlaufen, wobei der axiale Zulauf unter Beiassung eines Spaltes zentrisch gegen die Stirnfläche des Rotors mündet und die Austfittsöffnung radial angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels der Aussparungen gebildeten freien Querschnitte in den Kränzen des Rotors und des Gehäuses· von Kranz zu Kranz • konstant sind und dass in den die Kränze umsdhließenden freien Raum über dessen Gesamttiefe ein Stauelement eingesetzt ist.

2i Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauelement als Keil ausge-

bildet ist, der in Drehrichtung des Rotors gesehen hinter der Austrittsöffnung sitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauelement als Pendelklappe ausgebildet und innerhalb der Austrittsöffnung angeordnet ist, wobei sich die parallel zur Antriebsachse des Rotors verlaufende Drehachse der Klappe im Wirkungsbereich des Rotors und etwa in der Mitte der Austrittsöffnung befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stauelement ein Schaufelkranz vorgesehen ist, der aus einem mit dem Kranz des Rotors fest verbundenen Tragring und daran befestigten Schaufeln besteht.

5. Vorrichtung für die Herstellung von Emulsionen bzw. Suspensionen, bestehend aus einer Kreisel-Homogenisiermaschine, die aus einem Gehäuse besteht, in dem ein umlaufender Rotor angeordnet ist, dessen Stirnfläche mit Aussparungen aufweisenden Kränzen versehen ist, die zwischen

eben solchen am Gehäuse angeordneten Kränzen umlaufen, wobei der axiale Zulauf unter Belaösung eines Spaltes zentrisch gegen die Stirnfläche des Rotors mündet und die Austrlttsöffnung radial angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels der Aussparungen gebildeten freien Querschnitte in den Kränzen des" Rotors und des Gehäuses von Kranz zu Kranz konstant sind, daß die Homogenisiermaschine zweistufig ausgebildet und in der vom Einlaß her gesehenen zweiten Stufe auf der Welle der Homogenisiermaschine ein Kreiselpumpen-Laufrad installiert ist, wobei zwischen der ersten und zweiten Stufe ein gehäusefestes Umlenksystem für die Zuführung der Emulsion bzw. Suspension von der ersten zur zweiten Stufe vorgesehen ist und daß das Gehäuse im Bereich des Kreiselpumpen-Laufrades entsprechend den Erfordernissen einer Kreiselpumpe ausgestaltet ist und einen tangentialen Austragsstutzen aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenksystem aus einem ring-

förmigen Kanal besteht, der im Bereich der Homogenisiermaschine ein 90-grädiges Winkelprofil und daran anschließend bis zum Eintritt in das Kreiselpumpen-Laufrad ein S-förmiges Profil aufweist.