DE3715331C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Homogenisator für die Her­ stellung eines fließfähigen Produktes wie z. B. eine Emulsion oder dergleichen mit einem von einem Motor angetriebenen und Rotorschaufeln aufweisenden Rotor und mit einem Durch­ flußkanäle aufweisenden Stator, der den Rotor umgibt und durch den das Gut von innen nach außen strömt.

Ein solcher Homogenisator ist bereits der DE-OS 28 05 942 bekannt. Homogenisatoren solcher Bauart arbeiten zur Erzeugung einer intensiven Homogenisierung mit starken Verwirbelungen und damit ungünstigen Strö­ mungsverhältnissen, so daß zur Verarbeitung von hochvis­ kosen Produkten verhältnismäßig hohe Antriebsenergien erforderlich sind. Solche Homogenisatoren erzeugen wegen dieser Verwirbelungen nur eine sehr geringe Pumpwirkung, so daß zur Umwälzung des fließfähigen Produktes Zusatz­ pumpen verwendet werden müssen. Eine andere Bauart eines Homogenisators arbeitet mit Zusatzflügeln zur Verbesse­ rung der Pumpwirkung (DE-OS 34 17 272). Sowohl zusätzli­ che Pumpen als auch Sonderkonstruktionen mit Zusatzflü­ geln bedeuten jedoch einen verhältnismäßig hohen Auf­ wand, eine Komplizierung des Homogenisators sowie eine eventuell erhöhte Störanfälligkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Homogenisator vorzuschlagen, mit dem auf einfache Weise eine höhere Pumpwirkung umgestellt werden kann, ohne daß dies einen höheren Aufwand bedeutet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Homogeni­ sator der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß der Rotor sowohl in der einen als auch in der anderen Drehrichtung antreibbar ist, und daß die Rotorschaufeln des Rotors zwei verschiedene Arten von Förderflächen aufweisen, die gegenüber den Durchflußkanälen des Stators derart geformt sind, daß in der einen Drehrichtung der Strom des fließfähigen Pro­ duktes etwa rechtwinklig auf diejenigen Wände der Durch­ flußkanäle auftritt, die dem Produktstrom entgegenste­ hen, und dadurch eine optimale Homogenisierungswirkung erzielt wird, in der anderen Drehrichtung jedoch in Richtung der Durchflußkanäle gerichtet ist und dadurch eine optimale Pumpwirkung erzeugt wird.

Während des Homogenisierungsbetriebes findet praktisch nur eine Verwirbelung und Homogenisierung ohne nennens­ werte Pumpwirkung statt, während beim Pumpbetrieb opti­ male Strömungsverhältnisse vorliegen, so daß mit ver­ hältnismäßig geringer Energie hohe Pumpleistungen zu er­ zielen sind. Das Umschalten des Homogenisators auf Pump­ betrieb kann also auf sehr einfache, nämlich bei Antrieb durch einen Elektromotor auf elektrische Weise erfolgen, ohne daß hierzu Ventile oder dergleichen betätigt werden müssen. Da Homogenisatoren wegen der zur Homogenisierung notwendigen hohen Antriebsleistung für diese hohen Lei­ stungen bereits ausgelegt sind, können nach Umschalten der Drehrichtung sehr hohe Pumpleistungen erzielt wer­ den.

Der Homogenisator ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß die ersten Förderflächen der Rotorschaufeln etwa ra­ dial verlaufen und daß die zweiten Förderflächen einen spiralförmigen Verlauf mit sich bei Drehung in der ande­ ren Drehrichtung gegenüber dem Stator stetig vermindern­ dem Abstand aufweisen.

In Anpassung an die Ausbildung der Förderflächen der Rotorschaufeln weist der Stator zweckmäßigerweise eine Mehrzahl von am Umfang verteilten Leitschaufeln auf, deren Durchflußkanäle etwa parallel zu der Richtungskomponente bei Pumpbetrieb in der anderen Drehrichtung verlaufen. Durch diese Ausbildung werden die Strömungswiderstände mini­ miert, während bei Homogenisierbetrieb die Richtungskom­ ponenten etwa rechtwinklig auf diejenigen Wände an den Durchfluß­ öffnungen auftreffen, die dem Produktstrom entgegenstehen, 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 zeigt

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 Durchflußkanäle 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 Durchflußkanäle 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 Durchflußkanäle 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 (5)

1. Homogenisator für die Herstellung eines fließfähi­ gen Produktes wie z. B. eine Emulsion oder dergleichen mit einem von einem Motor angetriebenen und Rotorschaufeln aufwei­ senden Rotor und mit einem Durchflußkanäle aufweisenden Stator, der den Rotor umgibt und durch den das Gut von innen nach außen strömt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) sowohl in der einen (16) als auch in der anderen (17) Drehrichtung antreibbar ist, und daß die Rotorschaufeln (11) des Rotors (1) zwei ver­ schiedene Arten von Förderflächen (12, 13) aufweisen, die gegenüber den Durchflußkanälen (22) des Stators (2) derart geformt sind, daß in der einen Drehrichtung (16) der Strom des fließfähigen Produktes etwa rechtwinklig auf diejenigen Wände (23) der Durchflußkanäle (22) auf­ trifft, die dem Produktstrom entgegenstehen, und dadurch eine optimale Homogenisierungswirkung erzielt wird, in der anderen Drehrichtung (17) jedoch in Richtung der Durchflußkanäle (22) gerichtet ist und dadurch eine op­ timale Pumpwirkung erzielt wird.

2. Homogenisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Förder­ flächen (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 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) eine Mehrzahl von am Umfang verteilten Leitschaufeln (21) aufweist, deren Durchflußkanäle (22) etwa parallel zu der Richtungskomponente (15) bei Pump­ betrieb in der anderen Drehrichtung (17) verlaufen.

4. Homogenisator nach mindestens einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreiwegeventil vorgesehen ist, über das das fließfähige Produkt einem Abfluß (20) zuleitbar ist.

5. Homogenisator nach mindestens einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umwälzen des fließfähigen Produktes oder zum Beimischen einer zusätzlichen Komponente zum Produkt die Dreh­ richtung des Rotors (1) umgekehrt wird.