DE3715331A1 - Homogenisator fuer die herstellung fliessfaehiger produkte - Google Patents
Homogenisator fuer die herstellung fliessfaehiger produkteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Homogenisator für die Her
stellung fließfähiger Produkte wie Emulsionen, Salben,
Cremes, Mayonnaisen oder dergleichen, aufgebaut als
Kreiselhomogenisator mit einem Stator und einem durch
einen Motor angetriebenen Rotor mit einer Mehrzahl von
Rotorschaufeln.
Homogenisatoren solcher Bauart arbeiten zur Erzeugung einer
intensiven Homogenisierung mit starken Verwirbelungen und
damit ungünstigen Strömungsverhältnissen, so daß zur Ver
arbeitung von hochviskosen Produkten verhältnismäßig hohe
Antriebsenergien erforderlich sind. Solche Homogenisatoren
erzeugen wegen dieser Verwirbelungen nur eine sehr geringe
Pumpwirkung, so daß zur Umwälzung des fließfähigen Produktes
entweder Zusatzpumpen verwendet werden müssen oder am Rotor
des Homogenisators Zusatzflügel oder dergleichen angebracht
werden, um die Pumpwirkung zu verbessern (DE-OS 34 17 242).
Solche Lösungen oder Sonderkonstruktionen bedeuten
jedoch einen verhältnismäßig hohen Aufwand, eine Komplizierung
des Homogenisators sowie eine eventuell erhöhte Störanfällig
keit.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Homogenisator vorzuschlagen, mit dem auf einfache Weise auf
höhere Pumpwirkung umgestellt werden kann, ohne daß dies
einen höheren Aufwand bedeutet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Homogenisator
der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Rotorschaufeln mit in der einen Drehrichtung
wirksamen, für das Homogenisieren ausgebildeten, ersten
Förderflächen und mit in der anderen Drehrichtung wirksamen,
für ein optimales Pumpen ausgebildeten, zweiten Förderflächen
versehen sind, und daß der Rotor wahlweise zum Homogenisieren
oder Pumpen in der einen oder anderen Drehrichtung antreibbar
ist.
Diese Lösung hat den wesentlichen Vorteil, daß das Umschalten
des Homogenisators auf Pumpbetrieb auf sehr einfache, nämlich
bei Antrieb durch einen Elektromotor auf elektrische Weise
möglich ist, ohne daß hierzu Ventile oder dergleichen betätigt
werden müssen. Da Homogenisatoren wegen der zur Homogenisierung
notwendigen hohen Antriebsleistung für diese hohen Leistungen
bereits ausgelegt sind, können nach Umschalten der Drehrichtung
sehr hohe Pumpleistungen erzielt werden.
Der Homogenisator ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß
die ersten Förderflächen der Rotorschaufeln etwa radial ver
laufen und daß die zweiten Förderflächen einen spiralförmigen
Verlauf mit sich bei Drehung in der anderen Drehrichtung gegen
über dem Stator stetig verminderndem Abstand aufweisen. Die
ersten und zweiten Förderflächen der Rotorschaufeln sind vor
zugsweise derart geformt, daß ihre Richtungskomponenten in
den beiden Drehrichtungen etwa senkrecht zueinander verlaufen.
Eine solche extreme Form hat die Wirkung, daß während des
Homogenisierungsbetriebes praktisch nur eine Verwirbelung und
Homogenisierung ohne nennenswerte Pumpwirkung stattfindet,
während beim Pumpbetrieb optimale Strömungsverhältnisse vor
liegen, so daß mit verhältnismäßig geringer Energie hohe Pump
leistungen zu erzielen sind.
In Anpassung an die Ausbildung der Förderflächen der
Rotorschaufeln weist der Stator zweckmäßigerweise eine
Mehrzahl von am Umfang verteilten Leitschaufeln auf, deren
Durchflußöffnungen etwa parallel zu der Richtungskomponenten
bei Pumpbetrieb in der anderen Drehrichtung verlaufen.
Durch diese Ausbildung werden die Strömungswiderstände mini
miert, während bei Homogenisierbetrieb die Richtungskom
ponenten etwa rechtwinklig auf die Wände an den Durchfluß
öffnungen auftreffen, was zu starken Verwirbelungen und zu
einer wirksamen Homogenisierung führt.
Ein solcher auf Pumpbetrieb umschaltbarer Homogenisator kann
zweckmäßigerweise zum Abpumpen des fließfähigen Produktes nach
abgeschlossener Homogenisierung unter Umkehr der Drehrichtung
des Rotors und Umschaltung auf einen Abfluß verwendet werden.
Ein solcher Einsatz ist anlagenmäßig besonders einfach aufzu
bauen und hat gegenüber der Verwendung einer zusätzlichen
Pumpe den Vorteil, daß nicht die jeweils nicht benötigte Vor
richtung stillgelegt und eventuell vor Wiederinbetriebnahme
gereinigt werden muß.
Der erfindungsgemäße Homogenisator läßt sich aber auch besonders
einfach zum Umwälzen des fließfähigen Produktes oder zum Bei
mischen einer zusätzlichen Komponente zum Produkt unter Um
kehr der Drehrichtung des Rotors einsetzen. Beim Beimischen
einer solchen zusätzlichen Komponente ist ein Homogenisierbe
trieb meist nicht erforderlich, so daß die hohe Pumpleistung
des umgeschalteten Homogenisators zu einer hohen Umwälz- und
damit Mischgeschwindigkeit führt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei
spieles unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kreiselhomogenisator
gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie II-II der
Fig. 1;
Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Darstellung nach der Fig. 2
bei Betrieb des Homogenisators in der einen Dreh
richtung (Homogenisierbetrieb);
Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Darstellung nach der
Fig. 2 in der anderen Drehrichtung (Pumpbetrieb);
und
Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Anwendung des er
findungsgemäßen Homogenisators zum Abpumpen oder
zum Umwälzen des fließfähigen Produktes aus einem
Homogenisiermischer.
Von dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Homogenisator werden
nur die für die Erläuterung der Erfindung notwendigen Teile
beschrieben.
In einem Gehäuse 3 sind ein Stator 2 und ein Rotor 1 unterge
bracht, wobei der Rotor durch eine Antriebswelle 4 angetrieben
wird. Der Homogenisator weist einen Zulauf 5 und einen Ablauf
6 auf.
Wie insbesondere aus Fig. 2 sowie aus den Detaildarstellungen
der Fig. 3 und 4 hervorgeht, weist der Stator 2 eine Mehrzahl
von am Umfang verteilten Leitschaufeln 21 auf, die zwischen
sich Durchflußöffnungen 22 bilden. Der auf der Antriebswelle 4
sitzende Rotor 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier
Rotorschaufeln 11 auf, die je nach Drehrichtung verschieden
gestaltete erste Förderflächen 12 und zweite Förderflächen
13 aufweisen. Während die ersten Förderflächen 12 etwa radial
verlaufen, sind die zweiten Förderflächen 13 spiralförmig
ausgebildet und weisen bei Drehung des Rotors 1 entgegen dem
Uhrzeigersinn (in Fig. 2 gesehen) einen sich gegenüber dem
Stator 2 stetig vermindernden Abstand auf.
Wie insbesondere aus den vergrößerten Ausschnitten nach
den Fig. 3 und 4 hervorgeht, wird bei einer Drehung im Uhr
zeigersinn entsprechend dem Richtungspfeil 16 die erste Förder
fläche 14 wirksam und das im Homogenisator befindliche fließ
fähige Produkt wird etwa in Richtung des Pfeiles 14 (Richtungs
komponente) nach außen geschleudert. Der Fig. 3 ist zu ent
nehmen, daß die Richtungskomponente 14 praktisch senkrecht
auf der Hilfslinie 24 steht, die dem Verlauf der Wandungen
23 der Durchflußöffnungen 22 entspricht. Dies hat zur Folge,
daß sich starke Verwirbelungen bilden und das fließfähige
Produkt durch entsprechend auftretende Scherkräfte einer
wirksamen Homogenisierung unterzogen wird. Die Pumpwirkung
bei einer solchen Betriebsweise ist wegen der schlechten
Strömungsverhältnisse außerordentlich gering.
Wird nun die Drehrichtung entsprechend der Fig. 4 und dem
Pfeil 17 umgekehrt, also Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn,
so werden die zweiten Förderflächen 13 wirksam, was bedeutet,
daß das fließfähige Gut im Homogenisator durch die stetig
gebogene Förderfläche 13 kontinuierlich etwa in Richtung des
Pfeiles 15 (Richtungskomponente) nach außen gedrückt wird.
Die Richtung des Pfeiles 15 entspricht dem Verlauf der Wände
23 der Durchflußöffnungen 22, so daß dem fließfähigen Produkt
nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Dies führt
zu einer guten Pumpwirkung, während die Homogenisierwirkung
in dieser Betriebsweise praktisch gleich Null ist.
Aus einem Vergleich zwischen den Fig. 3 und 4 ist zu sehen,
daß die Richtungskomponenten 14 bzw. 15 bei Homogenisierbe
trieb bzw. bei Pumpbetrieb etwa senkrecht aufeinander
stehen, was bedeutet, daß beim Homogenisierbetrieb die Strömung
des fließfähigen Produktes praktisch senkrecht auf die Wandungen
23 der Leitschaufeln 21 auftreffen, so daß praktisch keine
Pumpwirkung erzeugt wird. Soll dem Homogenisator jedoch eine
geringfügige Pumpwirkung gegeben werden, so wird die erste
Förderfläche 12 bzw. werden die Wandungen 23 des Stators 2
geringfügig abweichend von einem senkrechten Verhältnis zu
einander ausgestaltet, um eine größere nach außen gerichtete
Komponente zu erzielen. Ebenso ist es möglich, bei der Be
triebsweise nach Fig. 4 eine Abweichung von der optimalen
Pumpwirkung vorzusehen, wenn eine geringfügige Verwirbelung
wünschenswert ist.
In Fig. 5 ist nun gezeigt, wie mit dem erfindungsgemäßen
Homogenisator, bestehend aus dem Rotor 1, dem Stator 2, der
Antriebswelle 4 und einem Antriebsmotor 7, ein einfaches
Umschalten vom Homogenisierbetrieb auf Abpumpen oder Umwälzen
geschehen kann. Zur Steuerung dieser Vorgänge ist lediglich
ein Dreiwegeventil 8 erforderlich, jedoch keinerlei zusätzliche
Pumpen oder Absperrventile. Ist über das Dreiwegeventil 8 der
Ablauf 6 des Homogenisators mit einem Rücklauf 9 zu einem
Mischbehälter verbunden, so läuft bei der einen Drehrichtung
der Homogenisierbetrieb ab, wobei das den Ablauf 6 verlassende
fließfähige Produkt über den Rücklauf 9 wieder in den Mischbe
hälter 10 eingeführt wird. Ist die Homogenisierung nun abge
schlossen und soll das fließfähige Produkt nur noch umge
wälzt oder gemischt werden, gegebenenfalls unter Hinzufü
gung einer weiteren Komponente, so wird die Drehrichtung
des Motors 7 umgekehrt, und der Homogenisator pumpt das
fließfähige Produkt mit großer Leistung von seinem Ablauf 6
zum Rücklauf 9 und damit in den Mischbehälter 10. Dieser
Umwälz- oder Mischvorgang läuft aufgrund der sehr hohen
Durchsatzleistung mit großer Intensität ab.
Soll das in dem Mischbehälter 10 befindliche fließfähige
Produkt jedoch lediglich über einen Abfluß 20 abgepumpt
werden, so wird das Dreiwegeventil 8 umgeschaltet und der
Homogenisator in umgekehrter Drehrichtung des Motors 7
(Pumpbetrieb) betrieben. In diesem Fall fließt das fließ
fähige Produkt vom Ablauf 6 über das Dreiwegeventil 8
zum Abfluß 20.
Claims (6)
1. Homogenisator für die Herstellung fließfähiger Produkte
wie Emulsionen, Salben, Cremes, Mayonnaisen oder dergleichen,
aufgebaut als Kreiselhomogenisator mit einem Stator und
einem durch einen Motor angetriebenen Rotor mit einer
Mehrzahl von Rotorschaufeln,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorschaufeln (11) mit
in der einen Drehrichtung (16) wirksamen, für das Homoge
nisieren ausgebildeten, ersten Förderflächen (12) und mit
in der anderen Drehrichtung (17) wirksamen, für ein optimales
Pumpen ausgebildeten, zweiten Förderflächen versehen sind,
und daß der Rotor (1) wahlweise zum Homogenisieren oder
Pumpen in der einen (16) oder anderen (17) Drehrichtung
antreibbar ist.
2. Homogenisator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Förderflächen (12)
der Rotorschaufeln (11) etwa radial verlaufen und daß die
zweiten Förderflächen (13) einen spiralförmigen Verlauf
mit sich bei Drehung in der anderen Drehrichtung (17)
gegenüber dem Stator (2) stetig verminderndem Abstand
aufweisen.
3. Homogenisator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungskomponenten
(14, 15) der ersten (12) und zweiten (13) Förderflächen
in den beiden Drehrichtungen (16, 17) etwa senkrecht
zueinander verlaufen.
4. Homogenisator nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) eine Mehrzahl
von am Umfang verteilten Leitschaufeln (21) aufweist, deren
Durchflußöffnungen (22) etwa parallel zu der Richtungs
komponente (15) bei Pumpbetrieb in der anderen Drehrichtung
(17) verlaufen.
5. Verwendung des Homogenisators nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 4 zum Abpumpen des fließfähigen Produktes
nach abgeschlossener Homogenisierung unter Umkehr der Dreh
richtung des Rotors (1) und Umschaltung (8) auf einen
Abfluß (20).
6. Verwendung des Homogenisators nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 4 zum Umwälzen des fließfähigen Produktes
oder zum Beimischen einer zusätzlichen Komponente zum Produkt
unter Umkehr der Drehrichtung des Rotors (1).
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DE3715331C2 DE3715331C2 (de) | 1992-11-26 |
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D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |