DE3938306A1 - MIXING HEAD FOR FOAMING A SUBSTANCE WITH A GAS - Google Patents
MIXING HEAD FOR FOAMING A SUBSTANCE WITH A GASInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Aufschäum-Mischkopf, welcher einen gezahnten Rotor in einem gezahnten Statorgehäuse auf weist, und welcher Zuführöffnungen für ein Gas und einen Stoff vorgegebener Viskosität sowie eine Austrittsöffnung aufweist.The invention relates to a frothing mixing head, which a toothed rotor in a toothed stator housing points, and which supply openings for a gas and one Substance of a given viscosity and an outlet opening having.
Derartige Mischköpfe werden in vielen Bereichen der Tech nik eingesetzt. Ein besonderes Anwendungsgebiet ist die Lebensmittelverfahrenstechnik, wo dünn- bis zähflüssige Stoffe, beispielsweise Milchprodukte, mit Stickstoff auf geschäumt werden, bevor sie abgepackt werden. Durch das Aufschäumen wird das Endprodukt besonders leicht und locker, was den Genuß beim Verzehr erhöht.Mixing heads of this type are used in many areas of tech nik used. A special area of application is Food processing technology, where thin to viscous Substances, such as dairy products, with nitrogen be foamed before they are packaged. By the The end product becomes particularly light and foaming loose, which increases the enjoyment when consumed.
Bei einem bekannten Aufschäum-Mischkopf dieser Art sind die Zähne des Rotors in mehreren, in Umfangsrichtung ver laufenden Reihen radial nach außen weisend angeordnet und in Achsrichtung fluchtend ausgerichtet, wobei alle Zähne im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen. Die Stator zähne sind in der Weise komplementär zu den Rotorzähnen angeordnet, daß Rotor und Stator bei der Montage in Achs richtung ineinander geschoben werden können, und im Be triebszustand liegen die Rotorzahnreihen axial versetzt zwischen den Statorzahnreihen.In a known foam mixing head of this type the teeth of the rotor in several, in the circumferential direction running rows arranged radially outward and aligned in the axial direction, with all teeth have substantially the same size. The stator teeth are complementary to the rotor teeth arranged that rotor and stator during assembly in axis direction can be pushed into each other, and in loading the rotor teeth are axially offset between the rows of stator teeth.
Systembedingt kann die Zahnbreite daher maximal dem Zahn abstand entsprechen, so daß das Verhältnis von Zahnbreite und Zahnabstand für eine Reihe von Anwendungsfällen nicht besonders günstig ist. Darüber hinaus ist es auch nicht möglich, den Aufschäumvorgang dem Umstand anzupassen, daß der Stoff zunächst beim Eintritt in den Mischkopf eine andere Viskosität bzw. Konsistenz als beim Austritt auf weist, weil die Feinverteilung mit dem Gas eingangsseitig zwangsläufig geringer ist als ausgangsseitig.Due to the system, the tooth width can be a maximum of one tooth distance correspond, so that the ratio of tooth width and tooth spacing for a number of applications is particularly cheap. Beyond that, it is not possible to adapt the frothing process to the fact that the fabric first enters the mixing head different viscosity or consistency than when exiting points because the fine distribution with the gas on the input side is inevitably lower than on the output side.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufschäum-Mischkopf der eingangs genannten Art anzugeben, welcher ein beliebiges Zahnbreiten/Zahnabstands-Verhältnis ermöglicht.The invention has for its object a To specify the frothing mixing head of the type mentioned at the outset, which is an arbitrary tooth width / tooth spacing ratio enables.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rotor- und Statorzähne in Achsrichtung gegensinnig ausgerichtet und in mehreren Zahnkränzen radial und axial versetzt ange ordnet sind, wobei die Zahnkranzdurchmesser eingangsseitig kleiner ist als ausgangsseitig.This object is achieved in that the rotor and Stator teeth aligned in opposite directions in the axial direction and radially and axially offset in several sprockets are arranged, the ring gear diameter on the input side is smaller than the output side.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß bei einer axialen Ausrichtung der Zähne das Zusammenfügen von Rotor und Stator von der Zahnbreite und dem Zahnabstand unab hängig wird, so daß diese im Hinblick auf den zu verschäu menden Stoff frei wählbar sind. Außerdem wird die Umlauf geschwindigkeit der Zahnkränze mit zunehmendem Durchmesser größer. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die Umfangsge schwindigkeit entlang der Durchflußstrecke zunimmt, so daß die in der Durchlaufstrecke zwangsläufig zunehmende Gasmenge mit einer höheren Umlaufgeschwindigkeit einhergeht.The invention is based on the basic idea that at a axial alignment of the teeth joining rotor and stator independent of the tooth width and the tooth spacing pending, so that this in view of the are freely selectable. It also circulates speed of the sprockets with increasing diameter greater. In other words, this means that the circumferential ge speed increases along the flow path, so that the inevitably increasing amount of gas in the passage is associated with a higher circulation speed.
Grundsätzlich ist es möglich, daß sich jeder Rotor-/Stator- Zahnkranz im Durchmesser vom benachbarten Zahnkranz unter scheidet, d. h., daß eine paarweise Zuordnung vorliegt. Man erhält auf diese Weise einen im wesentlichen kontinuier lich sich erweiternden Rotor/Stator.In principle, it is possible that each rotor / stator Sprocket in diameter from the adjacent sprocket below separates, d. that is, there is a paired association. Man gets essentially continuous in this way Lich expanding rotor / stator.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Rotor/Stator mindestens zwei, bevorzugt drei, Rotor-/Statorstufen mit jeweils mehreren Zahnkränzen aufweist, welche in ihrer Achsposition übereinstimmen d. h. welche axial nicht ge geneinander versetzt sind. Das hat den Vorteil, daß in nerhalb jeder Rotor-/Statorstufe ein Zahnkranz-Labyrinth erzeugt wird, welches zu einer besonders guten Aufschäu mung beiträgt.However, it is particularly advantageous if the rotor / stator at least two, preferably three, rotor / stator stages each has several sprockets, which in their Axis position match d. H. which axially not ge are mutually offset. This has the advantage that in a ring gear labyrinth within each rotor / stator stage is generated, which leads to a particularly good foaming mung contributes.
Der radiale Durchtritt des zu verschäumenden Stoffes wird besonders dadurch unterstützt, daß die Zahnzwischenräume der einzelnen Zahnkränze innerhalb einer Statorstufe und/ oder Rotorstufe gleich sind.The radial passage of the material to be foamed is especially supported by the fact that the interdental spaces of the individual ring gears within a stator stage and / or rotor stage are the same.
Die Gasverteilung wird dadurch unterstützt, daß die Ver zahnung einer Rotor-/Statorstufe im Vergleich zu der in Flußrichtung vorhergehenden Stufe feiner ist.The gas distribution is supported by the fact that the Ver toothing of a rotor / stator stage compared to that in Flow direction previous stage is finer.
Die Reinigung des Mischkopfes und die Aufrechterhaltung eines aseptischen Zustands beim Einsatz im Lebensmittelbe reich wird dadurch erleichtert, daß der Rotor und/oder der Stator einstückig ausgebildet sind.The cleaning of the mixing head and the maintenance an aseptic condition when used in the food industry rich is facilitated in that the rotor and / or the Stator are integrally formed.
Alternativ dazu kann es zweckmäßig sein, daß die einzel nen Rotor-/Statorstufen lösbar miteinander verbunden sind.Alternatively, it may be appropriate that the individual NEN rotor / stator stages are releasably connected.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfin dung sind die Zuführungen stirnseitig angeordnet und die Austrittsöffnung verläuft tangential.In a particularly advantageous further development of the Erfin the feeds are arranged on the front and the The outlet opening is tangential.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter beschrieben.The invention is based on a in the drawing voltage illustrated embodiment described further.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Axiallängsschnitt durch einen dreistufigen Aufschäum-Mischkopf und Fig. 1 shows schematically an axial longitudinal section through a three-stage foam mixing head and
Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Aufschäum-Mischkopf entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1. FIG. 2 schematically shows a cross section through the frothing mixing head along the section line II-II in FIG. 1.
Der insgesamt mit 10 bezeichnete Aufschäum-Mischkopf weist einen Rotor 11 und ein Statorgehäuse 12 auf. Ein aufzu schäumender Stoff wird über eine erste Zuführöffnung 13 in einer Stirnseite des Statorgehäuses 12 zugeführt. Über eine zweite Zuführöffnung 14 in der gleichen Stirnseite erfolgt die Beimischung eines Gases. Das aufgeschäumte End produkt wird über eine tangentiale Auslaßöffnung 15 abge führt.The foaming-mixing head, designated overall by 10 , has a rotor 11 and a stator housing 12 . A substance to be foamed is fed via a first feed opening 13 in an end face of the stator housing 12 . A gas is added via a second feed opening 14 in the same end face. The foamed end product is abge leads via a tangential outlet opening 15 .
Der Aufschäum-Mischkopf ist in dem dargestellten Beispiel drei stufig aufgebaut, d. h., der Rotor 11 besteht aus einer ersten, zweiten und dritten in Reihe geschalteten Rotor-/Stator-Stufe 16, 17, 18, die auf einer Welle 19 zumindest drehfest miteinander verbunden sind. Jede der Rotor-/Stator-Stufen 16, 17, 18 besteht aus einem Zylinder 20, 21 bzw. einer Scheibe 22, auf welcher in dem hier dargestellten Beispiel jeweils drei Zahnkränze 23, 24, 25 angeordnet sind, die koaxial zur Welle 19 in Richtung auf die beiden Zuführöffnungen 13, 14 ausgerichtet sind.In the example shown, the frothing-mixing head is constructed in three stages, ie the rotor 11 consists of a first, second and third rotor / stator stage 16 , 17 , 18 connected in series, which are connected to one another at least in a rotationally fixed manner on a shaft 19 are. Each of the rotor / stator stages 16 , 17 , 18 consists of a cylinder 20 , 21 or a disk 22 , on which, in the example shown here, in each case three sprockets 23 , 24 , 25 are arranged, which are coaxial with the shaft 19 in Direction to the two feed openings 13 , 14 are aligned.
Die den beiden Zuführöffnungen 13, 14 zugeordnete erste Ro torstufe 16 weist den kleinsten Durchmesser auf. Der Durch messer der beiden folgenden Rotorstufen 17, 18 ist jeweils in der Weise um einen vorgegebenen Betrag größer, daß die zugehörigen Zahnkränze 24 bzw. 25 radial außerhalb der Zylinder 20 bzw. 21 der vorhergehenden ersten bzw. zweiten Rotorstufe 16, 17 liegen.The first rotor stage 16 assigned to the two feed openings 13 , 14 has the smallest diameter. The diameter of the two following rotor stages 17 , 18 is in each case larger by a predetermined amount in such a way that the associated ring gears 24 and 25 lie radially outside the cylinders 20 and 21 of the preceding first and second rotor stages 16 , 17 .
Die Zahnkränze 23, 24, 25 der drei Rotorstufen 16, 17, 18 stehen in Eingriff mit komplementären Zahnkränzen 26, 27, 28, die am Statorgehäuse 12 angeordnet sind. Die Figur veran schaulicht, daß das Statorgehäuse 12 und die statorseitigen Zahnkränze 26, 27, 28 in Übereinstimmung mit der Abstufung des Rotors 11 in gleicher Weise in drei Stufen verläuft, die sich in Flußrichtung nach außen erweitern. Bei der Montage oder Demontage kann daher der Rotor 11 ohne weiteres aus dem Statorgehäuse 12 herausgezogen werden, wenn ein Gehäusedeckel 29 entfernt wird.The ring gears 23 , 24 , 25 of the three rotor stages 16 , 17 , 18 are in engagement with complementary ring gears 26 , 27 , 28 which are arranged on the stator housing 12 . The figure shows that the stator housing 12 and the stator sprockets 26 , 27 , 28, in accordance with the gradation of the rotor 11, run in the same way in three stages, which expand outward in the direction of flow. During assembly or disassembly, the rotor 11 can therefore easily be pulled out of the stator housing 12 if a housing cover 29 is removed.
Der Durchfluß eines aufzuschäumenden Stoffes erfolgt gemäß Pfeil 30 zunächst in radialer Richtung durch die erste Rotor-/Statorstufe 16. Nach dem Durchtritt des äußersten statorseitigen Zahnkranzes wird der Stoff über einen sich konisch erweiternden Raum 31 gemäß Pfeil 32 in die zweite Rotorstufe 17 geleitet. In gleicher Weise erfolgt dann ein Durchtritt durch die zweite und dritte Stufe 17, 18.The flow of a substance to be foamed takes place according to arrow 30 initially in the radial direction through the first rotor / stator stage 16 . After passing through the outermost stator-side toothed ring, the material is guided into the second rotor stage 17 via a conically widening space 31 according to arrow 32 . A passage through the second and third stages 17 , 18 then takes place in the same way.
Die rotorseitigen Zahnkränze 24, 25 der zweiten und drit ten Rotorstufe 17, 18 sowie die zugehörigen statorseitigen Zahnkränze 27, 28 sind jeweils im Vergleich zu den Zahn kränzen 23, 26 der ersten Rotor-/Statorstufe 16 feiner aus gebildet. Mit zunehmender Durchmischung wird daher die Gaspartikelgröße verfeinert, wobei zusätzlich aufgrund der größeren Durchmesser die Umfangsgeschwindigkeit gegen über der jeweils vorhergehenden Stufe erhöht ist.The rotor-side sprockets 24 , 25 of the second and third rotor stage 17 , 18 and the associated stator-side sprockets 27 , 28 are each finer compared to the sprockets 23 , 26 of the first rotor / stator stage 16 . With increasing mixing, the gas particle size is therefore refined, the circumferential speed also being increased compared to the previous stage due to the larger diameter.
Grundsätzlich ist es auch möglich, bei den einzelnen Rotor-/ Statorstufen 16, 17, 18 gleiche Durchmesser vorzusehen. Der aufzuschäumende Stoff wird dabei nach jeder Stufe wieder nach innen geleitet.In principle, it is also possible to provide the same diameter for the individual rotor / stator stages 16 , 17 , 18 . The material to be foamed is fed back inside after each step.
Aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 durch das Stator gehäuse 12 entlang der Schnittlinie II-II wird ersichtlich, daß die Zahnzwischenräume 33 der drei statorseitigen Zahn kränze 26 im wesentlichen gleich sind, so daß radial ver laufende gerade Durchtrittskanäle gebildet werden, wel che den radialen Stoffdurchtritt unterstützen. Die einzel nen Zähne sind mit 35 bezeichnet.From the sectional view of FIG. 2 through the stator housing 12 along the section line II-II it can be seen that the tooth spaces 33 of the three stator-side sprockets 26 are substantially the same, so that radial straight straight passage channels are formed, wel che the radial Support the passage of fabric. The individual teeth are designated 35 .
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