DE4037957A1

DE4037957A1 - Homogeniser e.g. for milk - has vibrating elements on axle connected to vibrator

Info

Publication number: DE4037957A1
Application number: DE4037957A
Authority: DE
Inventors: Dieter Bliesener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-06-04
Anticipated expiration: 2010-11-30
Also published as: DE4037957C2

Abstract

A homogeniser, which uses pressure waves for homogenising a mixt. of liq. or solid particles in a liq., has one or more vibrating bodies (16,17) mounted on an axle (13,14,15) within a chamber (4,5) provided with inlet and outlet openings, the axle being coupled to a vibrator (18,19). The vibrating bodies are pref. in the form of plates (16,17) located in individual chambers or in the form of spirals arranged in spiral chambers, producing axial or torsional vibrations. The vibrator pref. has two magnetostrictive elements (18,19) of rare earth-Fe alloy with opposite magnetostrictions. USE/ADVANTAGE - The homogeniser is useful for homogenising milk. It has low flow resistance and converts relatively high energy amts., into vibrational energy which is transferred with high efficiency to the liq. being homogenised.

Description

Die Erfindung betrifft eine Homogenisiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie kann z. B. zur Homogenisierung von Milch dienen, worunter die Zerkleinerung und gleichmäßige Verteilung der Fettkügelchen zu verstehen ist. Die Größe der Fettkügelchen wird dabei so reduziert, daß sie nicht mehr durch Auftriebskräfte an die Milchoberfläche steigen.The invention relates to a homogenizer according to the Preamble of claim 1. You can z. B. for homogenization of milk serve, including the crushing and even Distribution of the fat globules is to be understood. The size of the Fat globules are reduced so that they no longer rising to the milk surface through buoyancy forces.

Es sind Homogenisiervorrichtungen bekannt, bei denen das zu homogenisierende Produkt unter hohem Druck durch einen engen Drosselspalt gedrückt wird. Ebenfalls sind auch Homogenisier vorrichtungen bekannt, bei denen in einem Körper hochfrequente Schwingungen erzeugt werden und deren Energie auf das zu homo genisierende Produkt übertragen wird.Homogenizers are known in which this is too homogenizing product under high pressure through a tight Throttle gap is pressed. They are also homogenizers Devices known in which high-frequency in a body Vibrations are generated and their energy is too homo genetic product is transmitted.

An Homogenisiervorrichtungen, bei denen eine Homogenisierung mit Hilfe eines Drosselspaltes erfolgt, ist nachteilig, daß ein hoher Teil der benötigten Energie für die Überwindung des Strömungswiderstandes des Drosselspaltes verlorengeht. - Für die Homogenisierung von Milch werden z. B. Drucke um 300 bar benötigt. - Die für die Zerkleinerung der Fettkügelchen und deren gleichmäßige Verteilung in der Milch selbst benötigte Energie ist dagegen gering.On homogenizers where homogenization done with the help of a throttle gap, it is disadvantageous that a large part of the energy required to overcome the Flow resistance of the throttle gap is lost. - For the homogenization of milk z. B. Pressure around 300 bar needed. - The for crushing the fat balls and whose even distribution in the milk itself required In contrast, energy is low.

Homogenisiervorrichtungen, bei denen eine Homogenisierung mit Hilfe der Energie von Schwingungen, z. B. Ultraschall schwingungen, erreicht wird, sind nur für Laborzwecke geeignet, da die abgestrahlte Schwingungsenergie relativ gering ist.Homogenizing devices in which a homogenization with Using the energy of vibrations, e.g. B. Ultrasound vibrations is achieved are only suitable for laboratory purposes, because the radiated vibrational energy is relatively low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Homogenisier vorrichtung zu schaffen, die einen relativ geringen Strömungs widerstand aufweist, und in der relativ hohe Energiebeträge in Schwingungsenergie umgewandelt und mit hoher Effektivität an das zu homogenisierende Produkt übertragen werden können.The invention has for its object a homogenizer device to create a relatively low flow resistance, and in the relatively high amounts of energy in Vibration energy converted and with high effectiveness the product to be homogenized can be transferred.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is accomplished in a generic device the characterizing features of claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Homogenisiervorrichtung kann weiter aus gestaltet sein entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7.The homogenizing device according to the invention can also be used be designed according to the features of the claims 2 to 7.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil ist darin zu sehen, daß eine Homogenisierung von Produkten in der Verfahrenstech nik mit vermindertem Energieaufwand durchgeführt werden kann.The advantage achievable with the invention can be seen in that a homogenization of products in the process engineering nik can be carried out with reduced energy consumption.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Homogenisiervor richtung ist in der Fig. 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Fig. 1 zeigt einen entsprechend den Ansprü chen 1, 2 und 4 ausgestalteten Homogenisator im Längsschnitt. Er besteht aus den Gehäuseteilen (1, 2, 3), welche zwei Kam mern (4, 5) bilden. Gehäuseteil (1) weist eine Einströmöffnung (6), Gehäuseteil (2) eine Ausströmöffnung (7), und Gehäuseteil (3) eine Durchströmöffnung (8) auf. Die Gehäuseteile (1) und (2) sind außerdem mit zentralen Durchgangsbohrungen (9) und (10) versehen, welche Dichtringnuten mit darin eingesetzten Dichtringen (11) und (12) aufweisen.An embodiment of the Homogenisiervor direction is shown in FIG. 1 and will be described in more detail below. Fig. 1 shows a homogenizer designed according to claims 1, 2 and 4 in longitudinal section. It consists of the housing parts ( 1 , 2 , 3 ), which form two chambers ( 4 , 5 ). Housing part ( 1 ) has an inflow opening ( 6 ), housing part ( 2 ) has an outflow opening ( 7 ), and housing part ( 3 ) has a throughflow opening ( 8 ). The housing parts ( 1 ) and ( 2 ) are also provided with central through bores ( 9 ) and ( 10 ) which have sealing ring grooves with sealing rings ( 11 ) and ( 12 ) inserted therein.

In den Durchgangsbohrungen (9, 10) ist eine aus den Achsteilen (13, 14, 15) zusammengesetzte Achse verschiebbar angeordnet, die an den Verbindungsstellen der Achsteile im Bereich der Kammern (4) und (5) Schwingplatten (16) und (17) trägt. Die dreiteilige Achse (13, 14, 15) wird von beiden Enden über ma gnetostriktive Stellelemente (18, 19) mit Hilfe von Flansch buchsen (20, 21), die von außen gegen die Gehäuseteile (1) und (2) geschraubt sind, zusammengespannt. Über den magnetostrik tiven Stellelementen (18, 19), von denen eines eine positive, das andere eine negative Magnetostriktion aufweist, sind pa rallelgeschaltete Elektrospulen (22, 23) angeordnet.An axis composed of the axle parts ( 13 , 14 , 15 ) is displaceably arranged in the through bores ( 9 , 10 ) and at the connection points of the axle parts in the area of the chambers ( 4 ) and ( 5 ) oscillating plates ( 16 ) and ( 17 ) wearing. The three-part axis ( 13 , 14 , 15 ) is from both ends via magnetostrictive actuators ( 18 , 19 ) with the help of flange bushings ( 20 , 21 ) which are screwed from the outside against the housing parts ( 1 ) and ( 2 ), tied together. Above the magnetostrictive control elements ( 18 , 19 ), one of which has a positive, the other has a negative magnetostriction, pa-connected electric coils ( 22 , 23 ) are arranged.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der Homogenisierungs vorrichtung beschrieben:The following is the mode of action of homogenization device described:

Die von einer Pumpe geförderte zu homogenisierende Flüssigkeit gelangt durch die Einströmöffnung (6) in den Homogenisator und fließt vor der Schwingplatte (16) radial vom Zentrum nach außen und auf der Rückseite wieder zurück zum Zentrum, tritt dann durch die Durchströmöffnung (8) im Gehäuseteil (3) und fließt vor der Schwingplatte (17) ebenfalls radial vom Zentrum nach außen und auf der Rückseite wieder zum Zentrum und ver läßt den Homogenisator über die Ausströmöffnung (7). Die parallelgeschalteten Elektrospulen (22, 23) über den ma gnetostriktiven Stellelementen (18) und (19) werden dabei über einen nicht dargestellten Sinusgenerator mit einer elektri schen Wechselspannung hoher Frequenz versorgt und erzeugen in den magnetostriktiven Stellelementen (18, 19) magnetische Wechselfelder. Das magnetostriktive Stellelement mit negativer Magnetstriktion, z. B. (18), verkürzt sich bei dem Aufbau des Magnetfeldes, unabhängig von dessen Polarität. Das andere ma gnetostriktive Stellelement mit positiver Magnetostriktion, z. B. (19), dehnt sich dagegen beim Aufbau des Magnetfeldes un abhängig von dessen Polarität aus. Die zwischen den magneto striktiven Stellelementen (18, 19) eingespannte dreiteilige Achse (13, 14, 15) mit den zwischen den Achsteilen eingespann ten Schwingplatten (16, 17) schwingen daher mit der Frequenz der Verlängerung und Verkürzung der magnetostriktiven Stell elemente (18, 19) in Achsrichtung hin und her.The liquid to be homogenized, which is conveyed by a pump, passes through the inflow opening ( 6 ) into the homogenizer and flows in front of the oscillating plate ( 16 ) radially outwards from the center and on the back again to the center, then passes through the throughflow opening ( 8 ) in the housing part ( 3 ) and flows in front of the oscillating plate ( 17 ) also radially from the center outwards and on the back to the center and leaves the homogenizer through the outflow opening ( 7 ). The parallel-connected electrical coils ( 22 , 23 ) via the magnetostrictive control elements ( 18 ) and ( 19 ) are supplied via a sine generator (not shown) with an electrical alternating voltage of high frequency and generate alternating magnetic fields in the magnetostrictive control elements ( 18 , 19 ). The magnetostrictive actuator with negative magnetic striction, e.g. B. ( 18 ), shortens the structure of the magnetic field, regardless of its polarity. The other ma gnetostrictive control element with positive magnetostriction, z. B. ( 19 ), on the other hand, expands when building the magnetic field regardless of its polarity. The three-part axis ( 13 , 14 , 15 ) clamped between the magneto-strictive control elements ( 18 , 19 ) with the oscillating plates ( 16 , 17 ) clamped between the axis parts therefore vibrate with the frequency of the lengthening and shortening of the magnetostrictive control elements ( 18 , 19 ) back and forth in the axial direction.

Die Schwingungen breiten sich auf den Schwingplatten (16, 17) radial vom Zentrum zu den Außenkanten in konzentrischen Krei sen aus und übertragen Druckenergie auf die an ihrer Oberflä che vorbeiströmende Flüssigkeit. Sie erzeugen abwechselnd Druck- und Unterdruckzonen in der Flüssigkeit. In den Unter druckzonen kommt es zu einer Druckabsenkung bis zur Dampf druckgrenze der Flüssigkeit, wodurch Kavitationsblasen entste hen, die durch ihren Zusammenfall in den Druckzonen eine Zer kleinerung der in der Flüssigkeit enthaltenen flüssigen oder festen Partikel bewirken.The vibrations spread on the vibrating plates ( 16 , 17 ) radially from the center to the outer edges in concentric circles and transmit pressure energy to the liquid flowing past their surface. They alternately create pressure and vacuum zones in the liquid. In the vacuum zones there is a drop in pressure up to the vapor pressure limit of the liquid, which creates cavitation bubbles, which due to their collapse in the pressure zones cause the liquid or solid particles contained in the liquid to shrink.

Durch die fächerförmige Erweiterung bzw. Verengung des Strö mungsquerschnittes beim radialen Auseinanderströmen bzw. Zu sammenströmen der Flüssigkeit an den Schwingplatten kommt es zu einer Verwirbelung des Flüssigkeitsstromes und zu einer gleichmäßigen Verteilung der zerkleinerten Partikel in der Flüssigkeit. Die bei dem Durchsetzen der magnetostriktiven Stellelemente (18, 19) mit magnetischen Wechselfeldern entste hende Wärme wird durch die zu homogenisierene Flüssigkeit ab geführt.The fan-shaped widening or narrowing of the flow cross-section when the liquid flows apart or flows together at the oscillating plates causes a swirling of the liquid flow and a uniform distribution of the comminuted particles in the liquid. The heat generated when the magnetostrictive control elements ( 18 , 19 ) are passed through with alternating magnetic fields is dissipated by the liquid to be homogenized.

Es ist jedoch auch möglich, die Wärmeentwicklung durch lami nierte magnetostriktive Stellelemente zu begrenzen.However, it is also possible to keep the heat from lami limit magnetostrictive control elements.

Claims

1. Device for homogenizing a mixture consisting of liquid or solid particles in a liquid, by means of pressure waves, characterized in that one or more oscillating bodies attached to an axis are arranged within a chamber provided with an inlet and outlet opening, and the axis is coupled with a vibration generator.

2. Device according to claim 1, characterized in that the or the one axis arranged vibrating body plate-shaped and are arranged within individual chambers.

3. Device according to claim 1, characterized in that the or the one axis arranged vibrating body have helical shape and in helical chambers are arranged.

4. The device according to claim 1 to 3, characterized in that the axis with a Schwin generation generator for external vibrations is coupled.

5. The device according to claim 3, characterized in that the axis with a Schwin generation generator is coupled for torsional vibrations.

6. The device according to claim 1 to 5, characterized in that the vibration generator two magnetostrictive control elements with opposite dimensions has gnetostriction.

7. The device according to claim 1 to 6, characterized in that the magnetostrictive Stell elements of an alloy of rare earths with iron consist.