DE60208386T2

DE60208386T2 - Homogenisierventil mit hohem Abrasivwiderstand

Info

Publication number: DE60208386T2
Application number: DE60208386T
Authority: DE
Inventors: Roberto Catelli; Ercole 43015 Noceto Barusi
Original assignee: BERTOLI Srl; BERTOLI Srl VICOFERTILE
Current assignee: BERTOLI Srl; BERTOLI Srl VICOFERTILE
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: ATE314598T1; DK1416205T3; EP1416205A1; EP1416205B1; DE60208386D1

Description

Das Ventil nach der Erfindung findet nützliche, wenn auch nicht ausschliessliche Anwendung auf dem Gebiet der Homogenisierapparate, dazu bestimmt, stark abreibende Lebensmittel zu verarbeiten, zum Beispiel Schokoladenprodukte, Obst- und Tomatensäfte, Nektar, Fette usw. Allgemein ist das Ventil nützlich anwendbar in Homogenisierapparaten, die mit hohem Druck arbeiten (zum Beispiel über 300 bar). Homogenisierapparate sind seit langer Zeit gut bekannt und werden verwendet zum Homogenisieren von Emulsionen und Suspensionen. Kurz gesagt sind sie aus einer Pumpe gebildet, welche das zu behandelnde Produkt durch die enge Durchlassöffnung eines Homogenisierventils drückt. Der Homogenisiervorgang eines Produktes, zum Beispiel von Milch, besteht im wesentlichen aus der feinen Unterteilung der Fettzellen und deren gleichmässiger Dispersion in der Masse der Flüssigkeit.
Das Produkt hat beim Eintreten in das Ventil eine hohe Temperatur und unterliegt einem hohen Druck, so dass es den Druck überwinden kann, welcher dazu neigt, das Ventil zu verschliessen, was sich in einer beachtlichen Beschleunigung des Produktes zeigt, welches mit hoher Geschwindigkeit durch die Ventilöffnung fliesst. Die Bewegung des Produktes durch die Ventilöffnung erzeugt hohe Abriebwirkungen, welche bei den bekannten Ventiltypen zu einem schnellen Verschleiss der Ventilteile führen, die mit dem durch das Ventil laufenden Produkt in Kontakt kommen.
Die Abmessung der Ventilöffnung muss unbedingt konstant gehalten werden, so dass die Materialien, aus denen die Ventile hergestellt sind, bei Betriebstemperaturen praktisch keine Dehnung- und Verformungseigenschaften haben dürfen.
Bei den bekannten Ventiltypen sind der Verschluss und der Ventilsitz aus Wolframkarbid hergestellt. Dieses Material, welches ausgezeichnete Dehnungs- und Verformungseigenschaften aufweist, hat auch einen starken Abrasivwiderstand bei nicht sehr hohen Betriebsdrücken und mit nicht stark abreibenden Produkten, wie zum Beispiel pasteurisierte Milch, sterilisierte Milch und Yoghurt. Mit stärker abreibenden Produkten und bei höheren Betriebsdrücken verschleissen die aus Wolframkarbid hergestellten Verschlüsse und Sitze schneller und müssen daher häufig ausgetauscht werden.
Das Dokument DE 3728946 beschreibt einen Homogenisierapparat mit Ventilkomponenten, ein Verschluss und ein Sitz, verbunden zum Bilden einer Einlasskammer, einer Auslasskammer und wenigstens einem Homogenisierspalt, der diese Kammern miteinander verbindet. Der Homogenisierapparat ist mit einer kontinuierlichen Diamant-Sinterschicht auf den Oberflächen versehen, welche den Homogenisierspalt der Ventilkomponenten bilden und, falls notwendig, auf wenigstens einer Drossel. Die kontinuierliche Diamant-Sinterschicht ist in der den Homogenisierspalt bildenden Oberfläche des Verschlusses in Form einer Scheibe vorgesehen, eingesetzt in einen Sitz, der in einer frontalen Oberfläche des Verschlusses aufgewiesen ist, so dass ein ringförmiger Abschnitt des Verschlusses die Scheibe umgibt. Der ringsförmige Abschnitt des Verschlusses ist der starken Reibwirkung der mit hoher Geschwindigkeit fliessenden Produkte unterzogen, welche zu einem schnellen Verschleiss des ringförmigen Abschnittes führt.
Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist, ein Homogenisierventil vorzusehen, welches besonders widerstandsfähig gegen die Abriebwirkung des zu verarbeitenden Produktes ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie ein Ventil vorsieht, welches anstelle von den herkömmlichen Ventilen benutzt werden kann, die heute in Homogenisierapparaten verwendet werden.
Diese Zwecke und Vorteile und noch mehr werden alle erreicht durch die vorliegende Erfindung, wie sie in den anhängenden Patentansprüchen gekennzeichnet ist.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung einer vorgezogenen, doch nicht ausschliesslichen Ausführung des Ventils hervor, dargestellt rein als ein nicht begrenzendes Beispiel in den Abbildungen der beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
1 ein Schnitt in vertikaler Erhebung des Homogenisierventils nach der Erfindung ist;
2 ist ein Schnitt in vertikaler Erhebung und in einer Vergrösserung des Bereiches des Ventils rund um die Öffnung.
Das Homogenisierventil nach der Erfindung, welches in Homogenisierapparaten von bekanntem Typ verwendet wird, letztere nicht in den Abbildungen der Zeichnungen dargestellt, weist eine Einlassleitung 1 für das zu homogenisierende Produkt und einen Auslassbereich 5 für das homogenisierte Produkt auf, welcher Einlass und Auslass sich jeweils stromaufwärts und stromabwärts der Auslassöffnung 2 des Ventils befinden. Das Ventil enthält einen Sitz 3, fest angeordnet in dem Ventilkörper 11, auf welchen ein Verschluss 4 mit einem bestimmten Druck gepresst wird, so dass, wenn die unter Druck stehende zu homogenisierende Flüssigkeit durch das Ventil gepumpt wird und gegen der Verschluss drückt, eine Auslassöffnung 2 des Ventils beschrieben wird. Der Sitz 3 und der Verschluss 4 sind aus Wolframkarbid hergestellt.
Wie es bei den Ventilen vom bekannten Typ passiert, wird der Abstand zwischen den einander zugewandten Flächen des Sitzes und des Verschlusses, das heisst die Weite der Auslassöffnung des Ventils, durch den Gleichgewichtszustand zwischen den auf den Verschluss wirkenden Kräften bestimmt.
Der Sitz 3 und der Verschluss 4 des Ventils sind einander zugewandt entsprechend einer ringförmigen Oberfläche, entlang einem äusseren Umfang und einem inneren Umfang von welchen die Auslassöffnung des Ventils verläuft.
In dem Ventil nach der Erfindung sind ein Ring 6 und eine Scheibe 8 jeweils mit der Oberfläche des Sitzes 3 und mit der Oberfläche des Verschlusses 4 verbunden (welche einander zugewandt sind und die Auslassöffnung 2 beschreiben), und sie sind von solch einer Abmessung, dass sie vollkommen die Oberflächen bedecken. Beide, der Ring 6 und die Scheibe 8, sind durch Übereinanderlegen und Verbinden miteinander von zwei Schichten aus verschiedenen Materialien hergestellt. Insbesondere enthalten der Ring 6 und die Scheibe 8 je eine innere Schicht, jeweils 6a, 8a, hergestellt aus Wolframkarbid, welches dasselbe Material ist wie das zur Herstellung des Sitzes 3 und des Verschlusses 4 verwendete. Diese innere Schicht ist an der betreffenden Oberfläche fest durch Schweisslöten gehalten, und zwar unter Verwendung einer Silber- und Kupferlegierung. Der Schweisslötvorgang wird leichter und wirksamer gemacht, wenn die zu lötenden Ober flächen zunächst chemisch gewaschen werden, unter Verwendung von bekannten Lösungsmitteln, so dass alle eventuell auf die Schweisslötlegierung reagierenden Substanzen entfernt werden.
Der Ring 6 und die Scheibe 8 enthalten ausserdem eine äussere Schicht 8, jeweils 6b und 8b, hergestellt aus einem synthetischen polykristallinen Diamant. Die äusseren Schichten, sehr hart und widerstandsfähig gegen Abrieb, bilden die Oberfläche, auf welchen sich das Produkt während des Betriebes des Homogenisiergerätes bewegt.
Die Verbindung der beiden Schichten miteinander, welche den Ring 6 und die Scheibe 8 bilden, erfolgt unter Anwendung von bekannten Verfahren.
Die inneren Schichten des Ringes 6 und der Scheibe 8 weisen eine Stärke auf, die zwischen 2,7 und 1 mm enthalten ist. Insbesondere sind die inneren Schichten 1,1 mm dick. Die äusseren Schichten 6b und 8b des Ringes 6 und der Scheibe 8 sind 0,5 mm dick.
Die Scheibe 8 weist an ihrem äusseren Umlauf eine umlaufende Abschrägung auf, geneigt um 45° und 0,3 mm dick. Die Abschrägung, deren Aufgabe es ist, den Ausfluss des Produktes aus dem Ventil zu erleichtern, ist vollkommen aus der äusseren Schicht der Scheibe 8 hergestellt und lässt weder die innere Schicht der Scheibe 8 noch die Oberfläche des Verschlusses frei.
Abgesehen von einem besseren Abrasivwiderstand, hat das Homogenisierventil nach der Erfindung dieselbe Betriebsweise wie die Ventile vom bekannten Typ. Kurz gesagt hebt das Produkt, das der in 1 durch den Pfeil angezeigten Richtung folgt und mit einem hohen Druck an dem Ventileinlass ankommt, den Verschluss des Ventils an, der ebenfalls einem hohen Druck unterzogen ist, welcher dazu neigt, das Ventil zu verschliessen. Das flüssige Produkte tritt durch die schmale Ventilöffnung aus, welche infolge des Anhebens des Verschlusses gebildet wird.
Das Ventil, wie hier oben erwähnt ist, hat vor allem den Vorteil, dass es die gleichen äusseren Gesamtabmessungen aufweist wie ein Ventil vom bekannten Typ, was bedeutet, dass es gegen ein herkömmliches Ventil ausgetauscht werden kann, und zwar ohne die Notwendigkeit struktureller Veränderungen des Homogenisierapparates, der bereits mit bekannten Ventilen versehen ist.
Das Ventil nach der Erfindung bietet den beachtlichen Vorteil, dass die Oberflächen, die mit hoher Geschwindigkeit durch das Produkt behaftet werden, zum Beispiel jene die Ventilöffnung beschreibenden Oberflächen, sehr viel härter sind als die schon harten Oberflächen aus Wolframkarbid nach der bekannten Technik. Daher haben sie eine erheblich längere Lebensdauer.
Die Konstruktion des Ringes 6 und der Scheibe 8 als ge trennte Teile und deren anschliessendes Anschliessen jeweils an den Sitz und an den Verschluss des Ventils bedeutet, dass die Realisierung dieser besonders harten Oberflächen sehr leicht ist. Sobald die äusseren Oberflächen des Ringes 6 und der Scheibe 8 abgenutzt sind, können die Teile ausgewechselt werden, ohne dass der Sitz und der Verschluss des Ventils ausgetauscht werden müssen.
Da der synthetische polykristalline Diamant und das Wolframkarbid den gleichen Dehnungsfaktor aufweisen (praktisch Null), wenn sie hohen Temperaturen und Drücken unterzogen werden, werden in dem Ring und in der Scheibe keine internen Spannungen erzeugt; das Vorhandensein von solchen internen Spannungen könnte sich auf die Abmessung der Ventilöffnung auswirken. Ausserdem wirkt das Vorhandensein der Silber- und Kupferlegierung aus dem Schweisslötvorgang als eine Art „Dehnungsfuge", da diese in der Lage ist, alle auch minimalen Spannungen, die jeweils zwischen dem Ring und dem Sitz sowie zwischen der Scheibe und dem Ventilverschluss erzeugt werden könnten, zu absorbieren.

Claims

Homogenisierventil, enthaltend: einen Sitz (3) und einen Verschluss (4) mit einander zugewandten Oberflächen, welche einen Abstand voneinander haben, um eine Auslassöffnung (2) des Ventils zu beschreiben; eine Einlassleitung (1) für das zu homogenisierende Produkt und einen Auslassbereich (5) für das Produkt, wenn es homogenisiert ist, wobei die Einlassleitung (1) stromaufwärts und der Auslassbereich (5) stromabwärts der Auslassöffnung (2) des Ventils angeordnet sind; einen Ring (6) und eine Scheibe (8), jeweils verbunden mit einer Oberfläche des Sitzes (3) und einer Oberfläche des Verschlusses (4), welcher Sitz (3) und welche Oberfläche (4) einander zugewandt sind, um die Auslassöffnung (2) des Ventils zu bilden; wobei der Ring (6) und die Scheibe (8) eine innere Schicht (6a, 8a) aus demselben Material enthalten, aus welchem der Sitz (3) und der Verschluss (4) hergestellt sind, und jeweils eine äussere Schicht (6b, 8b) enthalten, hergestellt aus synthetischem kristallinen Diamant; wobei die innere Schicht (6a, 8a) fest jeweils an der Oberfläche des Sitzes (3) und an der Oberfläche des Verschlusses (4) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (6) und die Scheibe (8) durch Verschweissen befestigt sind; wobei der genannte Ring (6) und die Scheibe (8) so bemessen sind, dass sie vollständig die jeweilige Oberflä che des Sitzes (3) und des Verschlusses (4) abdecken.
Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (6a, 8a) des Ringes (6) und der Scheibe (8) aus Wolframkarbid hergestellt ist.
Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die solide Befestigung zwischen dem Ring (6) und der Scheibe (8) und den entsprechenden Oberflächen des Sitzes (3) und des Verschlusses (4) durch Verschweissen unter Verwendung einer Silber-Kupfer-Legierung erhalten ist.
Ventil nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (6a, 8a) des Ringes (6) und der Scheibe (8) von einer Stärke ist, die zwischen 2,7 mm und 1,1 mm liegt, und die äussere Schicht (6b, 8b) von einer Stärke von 0,5 mm.
Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (6a, 8a) eine Stärke von 1,1 mm hat.
Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (8) an ihrem äusseren Umlauf eine umlaufende Abschrägung von einem 45°-Grad-Winkel mit einer Breite von 0,3 mm aufweist.