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Die
Erfindung betrifft ein Homogenisierungsventil, das nutzbringend,
jedoch nicht ausschließlich, für die Homogenisierung
von Milch verwendet werden kann.
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Homogenisierer
sind seit einiger Zeit bekannt und werden zur Homogenisierung von
Emulsionen und Suspensionen eingesetzt. Kurz gesagt bestehen sie
aus einer Pumpe, die das zu behandelnde Produkt durch die schmale Öffnung des
Homogenisierungsventils treibt. Die Homogenisierung eines Produkts,
beispielsweise Milch, besteht im Wesentlichen in der feinen Aufteilung
der Fettzellen und ihrer homogenen Dispersion in der Masse der Flüssigkeit.
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Der
Verschluss des Ventils ist hohem Druck ausgesetzt, der das Ventil
schließen
und den Durchfluss des Produkts durch das Ventil blockieren soll.
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Dementsprechend
ist das Produkt am Ventileinlass ebenfalls hohem Druck ausgesetzt,
damit es den Druck, der das Ventil schließen soll, übertreffen kann.
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Wie
bereits bekannt, ist die Homogenisierung des Produkts eine Folge
verschiedener Ursachen, darunter die Beschleunigung und der Durchfluss
des Produkts durch die schmale Ventilöffnung, ein Aufprall gegen
einen speziellen Ring, der am Auslass des Ventils angebracht ist,
Blasenkavitation mit einer daraus folgenden Freisetzung von Hochfrequenz-Schwingungen
und Verwirbelung der Flüssigkeit,
die am Auslass des Ventils bewirkt aufgrund des hohen Abfalls von
Druck und Geschwindigkeit, dem das Produkt ausgesetzt ist, bewirkt
wird.
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Die
Leistung eines Homogenisierungsventils hängt unter anderem vom Aufbau
des Ventils ab, der eine ausreichende Durchflussmenge des Produkts sowie
hohe Beschleunigungswerte und einen Druckabfall ermöglichen
muss, damit das durchfließende Produkt
ordnungsgemäß behandelt
werden kann. Der Verschluss darf jedoch keinen übermäßigen Krafteinwirkungen ausgesetzt
sein, die zu Problemen im Hinblick auf Schwierigkeiten bei der Einstellung des
Ventils und dessen mögliche
Instabilität
führen könnten.
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Ein
Beispiel für
ein Homogenisierungsventil der bekannten Art ist durch das in 1 abgebildete Ventil
dargestellt. Bei diesem Ventil wird das Produkt, das bei I unter
Druck eintritt, durch die Ventilöffnung, d.h.
die zwischen dem Sitz S und dem Verschluss O des Ventils befindliche
ringförmige
Krone, getrieben. Die Breite der Ventilöffnung ist äußerst schmal; das Produkt ist
daher starker Beschleunigung ausgesetzt und durchfließt die Ventilöffnung,
wonach eine plötzliche
Druckänderung
und ein Anschlag bei Hochgeschwindigkeit gegen einen Ring A am Auslass
der Ventildurchgangsöffnung
erfolgen. Dies sind die Faktoren, die zur Homogenisierung des Produkts
führen.
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Bei
dieser Art von Ventil mit relativ einfachem Aufbau ist ein Gestaltungskompromiss
mit einer nach dem Produkteingangsdruck vorgenommenen Berechnung
erforderlich. Auf der einen Seite besteht das Bedürfnis nach
einem Durchmesser (und somit einer Länge des äußeren Umfangs, d.h. der Auslassdurchgangsöffnung),
der groß genug
ist, damit eine gute Durchflussmenge der Flüssigkeit erzielt wird, während es
auf der anderen Seite notwendig ist, sowohl die Kraft, die am Ventilverschluss
freigesetzt wird, als auch die Breite der ringförmigen Krone der Auslassdurchgangsöffnung einzuschränken. Die
Gesamtleistung des Ventils ist daher beträchtlich eingeschränkt.
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Zur
Steigerung der Leistung der Ventile wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen.
Bei dem Ventil nach
US 4352573 beispielsweise
gibt es mehrere Auslassdurchgangsöffnungen, die übereinander angeordnet
sind; das in
EP 0810025 dargestellte Ventil
weist auf der anderen Seite eine Auslassdurchgangsöffnung mit
beträchtlicher
Länge und
geringer Breite auf, die mit einem angrenzenden Produkteinlass erzielt
wird und eine Ventilverschlusskonstruktion aufweist, die einen teilweisen
Ausgleich der darauf freigesetzten Kräfte ermöglicht. Abgesehen davon, dass
diese Arten von Ventilen größer sind
als normale Ventile, sind sie in ihrem Aufbau ziemlich kompliziert
und weisen einige Schwierigkeiten bei der Einstellung auf.
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US 1.551.672 offenbart ein
Gerät für die Homogenisierung
von Flüssigkeiten,
das in Kombination eine Homogenisierungsdüse, eine der Düse zugewandte
Membrane, einen Spalt zwischen der Düse und der genannten Membrane,
eine mittige Aussparung und ringförmige Kerben in den Oberflächen der Düse und der
dem Spalt zugewandten Membrane enthält, die so aufgeteilt sind,
dass die Flüssigkeit
unter Druck aus einer Vielzahl von Homogenisierungsspalten, die
in einem festen Verhältnis
zueinander stehen, zum Auslassbereich des Geräts fließen kann. Bei diesem Gerät presst
sich das Produkt, das durch den Spalt austritt und intern zur mittigen
Aussparung fließt,
gegenseitig in der mittigen Aussparung zusammen.
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Hauptzweck
dieser Erfindung ist es, ein Homogenisierungsventil zur Verfügung zu
stellen, das in seinem Aufbau ziemlich einfach ist und gleichzeitig hohe
Leistung nach Anspruch 1 bietet.
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Ein
Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass sie ein Ventil in etwa
derselben Größe der traditionellen
Ventile liefert, das daher anstelle dieser Ventile nach dem Stand
der Technik in Homogenisierern eingesetzt werden kann.
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Diese
Zwecke und Vorteile und noch weitere werden alle von dieser Erfindung
laut ihrer Kennzeichnung in den nachfolgenden Ansprüchen erzielt.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile dieser Erfindung gehen besser aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht
ausschließlichen
Ausführungsform
der Erfindung hervor, die als reines Beispiel in den beiliegenden
Figuren der Zeichnungen dargestellt ist, wobei:
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1 einen
Querschnitt einer bereits bekannten Art von Homogenisierungsventil
zeigt;
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2 einen
Querschnitt eines Homogenisierungsventils der Erfindung zeigt;
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3 eine
Explosionszeichnung mit einigen Teilen im Querschnitt und mit der
Größe der Öffnung des
Ventils, die vergrößert gezeigt
wird, von einigen Teilen darstellt, die miteinander verbunden werden, um
das Ventil der Erfindung herzustellen.
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Das
Homogenisierungsventil der Erfindung, das in Homogenisierern der
bekannten Art verwendet wird und nicht in den Figuren der Zeichnungen dargestellt
ist, zeigt eine Einlassleitung 1 für das zu homogenisierende Produkt
und einen Auslassbereich 5 für das homogenisierte Produkt,
wobei Einlass und Auslass jeweils stromaufwärts bzw. stromabwärts der
Auslassöffnung 2 des
Ventils angeordnet sind. Das Ventil enthält einen Sitz 3, der
im Ventilkörper 11 fixiert
ist, auf dem ein Verschluss 4 bei einem vorgegebenen Druck
angetrieben wird, sodass; wenn die zu homogenisierende Flüssigkeit
durch das Ventil gepumpt wird und gegen den Verschluss drückt, eine
Auslassöffnung 2 des
Ventils gebildet wird. Wie bei Ventilen der bekannten Art wird der
Abstand zwischen den einander zugewandten Flächen des Sitzes und des Verschlusses,
d.h. die Breite der Ventilauslassöffnung, durch das Gleichgewicht
zwischen den Kräften
bestimmt, die auf den Verschluss einwirken.
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Der
Sitz 3 und der Verschluss 4 liegen einander zugewandt
an einer ringförmigen
Fläche
entlang einem äußeren Umfang 2a und
einem inneren Umfang 2b, an der sich die Auslassöffnung 2 des
Ventils erstreckt.
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Mehrere
Leitungen 6 sind im Innenraum des Sitzes 3 ausgebildet,
wobei jede der Leitungen 6 mit einem ihrer Enden an die
Einlassleitung 1 der zu homogenisierenden Flüssigkeit
angeschlossen ist. Die anderen Enden 6a der Leitungen münden in
der Mitte zwischen dem inneren und dem äußeren Umfang der ringförmigen Fläche, wo
der Sitz 3 und der Ventilverschluss 4 einander
zugewandt liegen; die Enden 6a der Leitungen 6 weisen
einen gleichmäßigen Winkelabstand
voneinander auf.
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Der
Sitz 3 und der Verschluss 4 des Ventils bilden
auch in dessen Innenraum einen Hohlraum 7, in den die Ventilauslassöffnung 2 (die
sich entlang dem inneren Umfang 2b der ringförmigen Fläche erstreckt)
mündet;
dieser Hohlraum 7 ist an den Auslassbereich des homogenisierten
Produkts 5 durch mehrere Bohrungen 8 angeschlossen,
die im Verschluss 4 des Ventils ausgebildet sind. Die Auslassenden 8a der
Bohrungen münden
auf der äußeren seitlichen
Fläche
des Verschlusses 4, wobei sich die Fläche entlang dem äußeren Umfang
des Verschlusses 4 in einem Bereich erstreckt, der dicht
an der Auslassöffnung 2 des
Ventils liegt.
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Ein
Vorsprung 9 ist oft innerhalb des Hohlraums 7 enthalten
und fest mit dem Sitz 3 des Ventils verbunden sowie konzentrisch
zum inneren Umfang 2b und so angeordnet, dass die den inneren
Umfang 2b enthaltende Fläche geschnitten wird.
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3 zeigt
deutlich, dass sowohl der Sitz 3 als auch der Verschluss 4 des
Ventils sich fest verbunden miteinander drehen und koaxial zueinander angeordnet
sind.
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Abgesehen
von einer höheren
Leistung durch verschiedene Faktoren, die unten beschrieben werden,
entspricht die Funktionsweise des Homogenisierungsventils allgemein
ziemlich der Funktionsweise von Homogenisierungsventilen der bekannten Art.
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Kurz
gesagt erreicht das Produkt den Ventileinlass bei Hochdruck und
hebt den Verschluss des Ventils, der ebenso einem hohen Druck ausgesetzt ist,
der das Ventil schließen
soll. Das flüssige
Produkt tritt daher durch die schmale Ventilöffnung aus, die durch das Anheben
des Verschlusses entstanden ist. Wie bei bekannten Ventilen werden
die Durchflussmenge und die Leistung des Ventils vom Gleichgewicht
der betreffenden Druckwerte beeinflusst (Produkteinlassdruck – Druck
beim Verschließen
des Verschlusses).
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Wie
oben erwähnt,
hat das Ventil den Hauptvorteil, dass es dieselbe Gesamtgröße wie ein
Ventil der bekannten Art aufweist, was bedeutet, dass es anstelle
eines traditionellen Ventils verwendet werden kann, ohne dass Konstruktionsänderungen
des Homogenisierers notwendig sind, der bereits mit bekannten Ventilen
ausgestattet ist.
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In
einem direkten Vergleich bei gleichen Druckwerten bietet die Erfindung
außerdem
eine höhere
Ventildurchflussmenge dank des speziellen Ventilaufbaus, der eine
mehr oder weniger doppelte Länge
der Auslassöffnung
im Vergleich zu Ventilen der bekannten Art bietet; die Breite der
Auslassöffnung
ist jedoch praktisch halbiert im Vergleich zum Stand der Technik,
was zu einem nahezu sofortigen Druckabfall für das Produkt, das durch das
Ventil fließt,
führt und
zu einem beträchtlichen
Blasenkavitationseffekt im Produkt, das von der Auslassöffnung des
Ventils austritt. All diese Vorteile werden erzielt, ohne die vom
einfließenden
Produkt auf den Verschluss übertragene
Kraft erhöhen
zu müssen
(die Summe der Bereiche der Enden 6a der Leitung 6 kann
dem Bereich der Auslassöffnung
eines Ventils der bekannten Art entsprechen).
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Eine
Steigerung bei der Verwirbelung in der Flüssigkeit und daher wahrscheinlich
der Leistung des Ventils wird durch den Kontakt zwischen dem aus
den Auslassenden 8a der Bohrungen 8 austretenden
Produkt und dem aus der Ventilauslassöffnung, die sich entlang dem äußeren Umfang 2a erstreckt,
austretenden Produkt erzeugt. Der im Hohlraum 7 ausgebildete
Vorsprung 9, der als Anschlagring für das aus der Ventilöffnung entlang
dem inneren Umfang 2b austretende Produkt dient, könnte beseitigt
werden, um einen Aufprall zwischen den aus der Ventilauslassöffnung,
die sich entlang dem inneren Umfang 2b erstreckt, austretenden
Produktpartikeln zu erzielen. Dieser Aufprall zwischen Partikeln kann
in einigen Fällen
eine bessere Wirkung auf die Leistung des Ventils haben als jener,
der durch den Aufprall des Produkts auf den Vorsprung 9 erzielt wird.