DE3342304C2

DE3342304C2 - Vorrichtung für die Herstellung von Emulsionen

Info

Publication number: DE3342304C2
Application number: DE3342304A
Authority: DE
Inventors: Peter Hallet; Erwin Dr Ing Hes; Hans-Juergen Mertens
Original assignee: Dorr Oliver Deutschland GmbH
Current assignee: BWS Technologie GmbH
Priority date: 1983-11-23
Filing date: 1983-11-23
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2003-11-24
Also published as: CH664092A5; DE3342304A1; US4610548A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung von Emulsionen bzw. Suspensionen, nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 21 26 678 bekannt.

Derartige Rotations-Homogenisiermaschinen sind bekannt, wie unter anderem 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 Ab standes zwischen Rotor und Stator eine ausgezeichnete Misch- und Homogenisierwirkung und weisen aufgrund der endlichen Höhe von Stator und Rotor auch eine geringe Förderwirkung auf.

Bei z. B. strukturviskosem Mischgut ist die Antriebslei stung der Homogenisiermaschine nahezu unabhängig von der Viskosität. Der Grad der Durchmischung hängt ausschließ lich von der Anzahl der Öffnungen an den einzelnen Kranz wänden sowie von der Drehzahl ab. Wenn die Zahl der Öff nungen bzw. Zähne erhöht wird, kann die Drehzahl herabge setzt werden, ohne daß eine Verschlechterung des Mischer ergebnis stattfindet. Daher kann bei entsprechender Aus bildung der Kränze die elektrische Antriebsleistung mini miert werden.

Bei der Anwendung der Homogenisiermaschine wird durch die Begrenzungswände der Öffnungen bzw. durch die Zähne der Kranzkörper jeweils ein über die benachbarte Kranz wand 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 jeder der Öffnungen von dem benachbarten Kranz körper erfaßt und scheibchenweise mitgenommen wird. Es erfolgt also ständig ein Abschneiden kleiner Material stücke und anschließendes Umordnen und neuerliches Zer kleinern der abgeschnittenen Stücke. Der Zerkleinerungs- und Umordnungsprozeß ist um so intensiver, je höher die Anzahl der Öffnungen an den Kranzwänden ist. Der Grad der Durchmischung hängt ab von 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 elektri schen Antriebsleistung einer solchen Maschine ca. 5%. Die verbleibenden 95% elektrische Antriebsleistung sind Homogenisierleistung.

Die DE-OS 21 26 678 zeigt die Merkmale der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 5. Die dort offenbarte Zwischenplatte einschließlich ihres oberen Endes dient dem Anlegen der Randströmung. Sie staut nicht, zumal keine nennenswerte Querschnittserweiterung stattfindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Homogenisierleistung bei unver ändert guter Homogenisierung minimiert und gleichzeitig die Förderleistung gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Vorrichtungen mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 5 ge löst.

Unteransprüche sind auf Merkmale bevorzugter Ausführungs formen gerichtet.

Aufgrund des konstanten freien Querschnitts sinkt die elektrische Antriebsleistung. Dieser Energiegewinn wird für die hydraulische Leistung eingesetzt, wobei der freie Raum mittels des Stauelementes hydrodynamisch optimal ausgenutzt wird. Damit wird aufgrund der erfindungsge mäßen Kombination bei unveränderter elektrischer Leistung und unveränderter Homogenisierung die Förderhöhe der Homo genisiermaschine gesteigert.

Zur Verbesserung der Hydrodynamik der Maschine kann das Stauelement als Keil ausgebildet sein, der in Dreh richtung des Rotors gesehen hinter der Austrittsöffnung sitzt. Anstelle des Keils kann auch eine bewegliche Klappe am Austrittsstutzen vorge sehen sein. Diese Klappe legt sich je nach Dreh richtung des Rotors von alleine an die entsprechende Wand des Austrittsstutzens an. Die Wirkungsweise dieser Klappe ist ähnlich wie die des Keiles. Außerdem ist damit der Vorteil verbunden, daß dort ohne Umbaumaßnahmen der Maschine diese in beide Drehrichtungen 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 besteht.

In vielen Fällen wird hinter einer Homogenisier maschine ein bestimmter Förderdruck bei einer vorgegebenen Durchsatzmenge verlangt. Die erfin dungsgemäße Aufgabe kann auch dann gelöst werden, wenn 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 einge setzt.

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 Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Homogenisiermaschine,

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

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Homogenisiermaschine,

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

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Homogenisiermaschine,

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

Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte Homogeni siermaschine weist im Gehäuse 3 einen als Stator bezeichneten ersten Kranzkörper 1 und einen als Rotor bezeichneten zweiten Kranzkörper 2 auf. Der Stator 1 ist beispielsweise als Innenkegel und der Rotor 2 demgemäß als Außenkegel ausgebildet, wobei die Kegelflächen einander zugewandt sind. Der Stator 1 weist mehrere koaxiale Kranzwände 4, 5, 6 auf, die aus einzelnen Zähnen bestehen, welche mit gegen seitigen Abständen angeordnet sind. Zwischen den Zähnen einer jeden Kranzwand befinden sich die Durchbrechungen oder Zahnlücken. Diese Zahnlücken bilden den freien Querschnitt eines jeden Kranzes.

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 ange ordnet 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 Fig. 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 Zulauf öffnung 12 hineingedrückt, die dem vorderen Ende der Welle 10 direkt gegenüber liegt, so daß das Mischgut axial gegen den zweiten Kranzkörper 2 gedrückt wird.

Dieser kann eine dem Einlaß 12 zugewandte Leitvor richtung 13 aufweisen, die das Mischgut radial nach außen leitet und in den Bereich zwischen den inein andergreifenden Kranzwänden 4 bis 9 befördert. Das Mischgut wandert zwischen den Kranzwänden hindurch radial nach außen. Da jeweils zwei benachbarte Kranzwände sich relativ zueinander drehen, erfolgt an jeder Durchbrechung bzw. Zahnlücke das Ab schneiden einer Materialmenge.

Das Mischgut, das die Durchbrechungen der Kranzwände radial durchlaufen hat, wird am Umfang der Kranz körper 1 und 2 gesammelt und verläßt die Mischkammer 11 durch die Austrittsöffnung 14.

In den die Kränze 4 bis 9 umschließenden freien Raum 18 ist ein Stauelement eingesetzt, das sich über die Gesamttiefe des Gehäuses 3 erstreckt. Nach den Fig. 1 und 2 ist das Stauelement als Keil 15 ausgebildet und befindet sich in Drehrichtung des Rotors 2 gesehen hinter dem Austrittsstutzen 14.

Nach den Fig. 3 und 4 ist das Stauelement als Pendelklappe 16 ausgebildet, die auf einer Welle 17 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 Fig. 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 er bringen die gleiche Wirkung wie die Stauelemente 15 und 16.

Nach den Fig. 5 und 6 weist die Homogenisier maschine eine zweite Stufe 19 auf, in der ein mit der Welle 10 rotierende s 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 Misch kammer 11 einer Umlenkkammer 22 innerhalb eines Umlenksystems 23 und von dort dem Kreiselpumpen- Laufrad 20 zugeführt. Die Kammer 21 ist mit einem tangentialen Auslaßstutzen 24 versehen.

Das Pumpenlaufrad 20 mit einer entsprechend den Erfordernissen einer Kreiselpumpe ausgestalteten Pumpenkammer 21 erbringt die gleiche Wirkung wie die Stauelemente 15 und 16, bzw. wie die Schaufeln 26.

Claims

1. Vorrichtung für die Herstellung von Emulsionen bzw. Suspensionen, bestehend aus einer Kreisel-Homogeni siermaschine, die aus einem Gehäuse (3) besteht, in dem ein umlaufender Rotor (2) angeordnet ist, dessen Stirnfläche mit Aussparungen aufweisenden Kränzen (7, 8, 9) versehen ist, die zwischen eben solchen am Gehäuse (3) angeordneten Kränzen (4, 5, 6) umlaufen, wobei der axiale Zulauf (12) unter Belassung eines Spaltes zentrisch gegen die Stirnfläche des Rotors (2) mündet, die Austrittsöffnung (14) radial angeordnet ist, und die mittels der Aussparungen gebildeten freien Querschnitte in den Kränzen des Rotors und des Gehäuses (3) von Kranz zu Kranz konstant sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Kränze umschließenden freien Raum (18) über dessen Gesamttiefe ein Stauelement (15; 16; 26) eingesetzt ist, das in Drehrichtung des Rotors (2) gesehen hinter der Austrittsöffnung (14) sitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauelement als Keil (15) ausgebildet ist, der in Drehrichtung des Rotors gesehen hinter der Aus trittsöffnung (14) sitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauelement als Pendelklappe (16) ausgebildet und innerhalb der Austrittsöffnung (14) angeordnet ist, wobei sich die parallel zur Antriebsachse des Rotors verlaufende Drehachse der Klappe (16) im Wir kungsbereich des Rotors (2) und etwa in der Mitte der Austrittsöffnung (14) 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 (25) und daran befestigten Schaufeln (26) besteht.

5. Vorrichtung für die Herstellung von Emulsionen bzw. Suspensionen, bestehend aus einer Kreisel-Homogeni siermaschine, die aus einem Gehäuse (3) besteht, in dem ein umlaufender Rotor (2) angeordnet ist, dessen Stirnfläche mit Aussparungen aufweisenden Kränzen (7, 8, 9) versehen ist, die zwischen eben solchen am Gehäuse angeordneten Kränzen (4, 5, 6) umlaufen, wobei der axiale Zulauf unter Belassung eines Spaltes zen trisch gegen die Stirnfläche des Rotors (2) mündet, die Austrittsöffnung radial angeordnet ist, und die mittels der Aussparungen gebildeten freien Querschnitte in den Kränzen des Rotors und des Gehäuses von Kranz zu Kranz konstant sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisiermaschine zweistufig ausgebildet und in der vom Einlaß her gesehen zweiten Stufe (19) auf der Welle der Homogenisiermaschine ein Kreisel pumpen-Laufrad (20) installiert ist, wobei zwischen der ersten und zweiten Stufe ein gehäusefestes Umlenk system (23) für die Zuführung der Emulsion bzw. Suspension von der ersten zur zweiten Stufe (19) vorgesehen ist und daß das Gehäuse (3) im Bereich des Kreiselpumpen- Laufrades (20) entsprechend den Erfordernissen einer Kreiselpumpe ausgestaltet ist und einen tangentialen Austragsstutzen (24) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenksystem (23) aus einem ringförmigen Kanal be steht, der im Bereich der Homogenisiermaschine ein 90grädiges Winkelprofil und daran anschließend bis zum Eintritt in das Kreiselpumpen-Laufrad (20) ein S-förmiges Profil aufweist.