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Unter hohem Druck arbeitende Homogenisiermaschine Es ist bekannt,
daß der Fachmann unter Homogenisieren eine innige Mischung von an sich nicht mischbaren
Flüssigkeiten, bei spielsweise einer fettigen und einer wäßrigen Flüssigkeit, versteht,
die auf einem Zerkleinem der vorgemischtien feinen Flüssigkeitsteilchen beruht.
Auf mechanischem Wege wird diese Zerkleinerung durch Zerschlagen oder Zerreißen
der Teilchen erreicht, indem man die Flüssigkeiten unter Druck durch sog. Homogenisierspalte
schickt.
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Man kennt nun zwei Gattungen von Hlomogenisiermaschinen, deren Aufbau
und Wirkungsweise in wesentlichen Punkten sich unterscheiden. Blei der leinen Art,
auch Emulgiermaschinen genannt, werden verhältnismäßig niedrige Flüssigkeitsdrücke
(letwa 5 Atm.) verwendet, um die Flüssigkeit durch den verhältnismäßig weiten Spalt
(etwa 0,1 mm) zu treiben, und das Zerreißen der Flüssigkeitsteilchen erfolgt durch
rasche Relativbewegung der Spaltblegrenzu¢gsflächen gegeneinander in Richtung quer
zur Flüssigkeitsströmung. Als grundlegender Typ derartiger Maschinen ist die sog.
Hurrell-Maschine bekannt.
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Bei der anderen Art werden sehr enge Spalte verwendet, deren Weite
höchstens 0,01 mm beträgt und durch die die Flüssigkeit nur durch Drücke von 100
bis 400 Atm. hindurchgetrieben werden kann, denen ein Anstelldruck von der gleichen
Größenordnung entgegenwirken muß. Hier erfolgt das Zerschlagen der -Flüssigkieitsteilchen
ausschließlich durch die dem hohen Förderdruck entsprechende Strömungsgeschwindigkeit,
ohne daß die manchmal angeordnete langsame Relativbewegung der Spaltbegrenzungsflächen
hierzu wesentlich beiträgt. Kennzeichnend für diese Bau- und Wirkungsweise ist die
bekannte Schröder-Maschine.
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Die Erfindung bezieht sich ausschließlich auf die zuletzt genannte
Gattung der Hochdruckhomogenisiermaschinen und beruht auf folgender Aufgabestellung.
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Bei diesen Maschinen werden die den Spalt bildenden Begrenzungsflächen
entweder kraftschlüssig, beispielsweise Durch Federdruck, oder zwangsmäßig durch
Schraubenspindeln gegeneinandergedrückt, um den er forderlichen engen Spalt zu bilden.
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Meistens bedient man sich zur Spaltbildung sog. Homogenisierköpfe,
die auf verschiebbaren und gegebenenfalls drehbaren Spindel, befestigt sind. Demgemäß
war die übliche Anordnung der Homogenisierspalten bei den bekannten Homlogenisiermaschinen,
insionderheit bei dem bekannten Stufienkegel der Schröder-Maschine, derart, daß
sie sich von der in der Mitte gelegenen Eintrittsstelle der unter hohem Druck stehenden
Flüssigkeit radial nach außen erstreckte und demgemäß die Flüssigkeit in dieser
radialen Richtung von innen nach außen sich von dem innenliegenden SpalteinlaJ3
nach dem außlen angeordneten Auslaß hindurchquetschen mußte.
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Hierdurch nahmen die Homogenisierspalten eine kreisringförmige Gestalt
an, die in den meisten Fällen in einer zum Einlaß
radialen Ebene
verlief. Man hat allerdings auch die Spaltflächen gegen diese radiale Ebene mit
einer gewissen Neigung angeordnet, die aber zur Achse der Anstellspindel in einem
stumpfen Winkel verlief.
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Der jahrzehntelange Gebrauch so ausgebildeter H ochdruckhlomogenisiermaschinen
hat gezeigt, daß erhebliche Mißstände auftreten, die sich nicht vermeiden lassen.
Zunächst besteht ein Mangel darin, daß der den Teilchen der eingepreßten Homogenisierflüssigkeit
zur Verfügung stehende Spaltraum sich vom Eintritt nach dem Austritt infiolge der
kreisringförmigen Spaltanordnung erheblich erweitert, so daß die auf der Enge des
Spaltes beruhende zerkleinernde Wirkung des Spaltes, von der der Erfiolg des Hom3jgenisiervorganges
abhängt, an der Eintrittsstelle am größten ist und sich nach außen infolge der Vergrößerung
der Hiomogenisierflächen progressiv in erheblichem Maße vermindert. Hierdurch wird
der Nutzeffekt im Verhältnis zu Ider verfügbaren Spaltfläche sehr erheblich herabgesetzt.
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Der empfindiichste Mißstand bei der bisher üblichen oben aufgezeigten
Ausbildung der Spaltflächen besteht aber darin, daß bei Verminderung des Flüssigkeitsdruckes,
etwa infolge Versagens eines Pumplenventils oder der Unterbrechung des Flüssigkeitszuflusses,
der Betriebsdruck im Homogenisierkopf sofort abfällt. Ein derartiger Flüssigkeitsdruckabfall
genügt bei den bisherigen Anordnungen vollkommen, um den Homogenisierspalt gewaltsam
zuzuschlagen und so vollkommen zu schließen, was an, gesichts der außerordentlichen
Enge des Spaltes und der elastischen Eigenschaften der Spaltwinde ohne weiteres
einleuchtend ist. Die sich radial erstreckenden Flächen werden durch den im wesentlichen
senkrecht auf ihnen ruhenden Belastungsdruck und durch die elastischen Veränderungen
des Werkstoffes, aus dem die Spaltwände bestehen, geschlossen, sobald die Gegenwirkung
des Flüssigkeitsdruckes aufhört, dem jener Anstelldruck bei einwandfreiem Betrieb
der Maschine das Gleichgewicht hielt.
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Dieses jedem Fachmann bekannte Zudrücken der Homogenisierspalten
bei Verminderung des entgegenwirkenden Flüssigkeitsdruckes konnte bisher nicht beseitigt
werden, trotzdem die Folgen sehr unangenehm sind. Haben sich nämlich die Spaltflächen
einmal fest aufeinandergelegt, so öffnen sie sich nach wieder einsetzender Zufuhr
der Druckflüssigkeit keineswegs bei dem vorausbestimmten normalen Arbeitsdruck,
sondern bedürfen hierzu einer wesentlichen Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes über
diesen Betrag hinaus. Hierdurch tritt aber sehr häufig eine Überlastung der Maschine
auf.
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Besonders lästig macht sich dieser Mißstand bemerkbar, wenn man, wie
es zur Beseitigung von Verunreinigungen üblich ist, die Blegrenzungswände des Homogenisierspaltes
gegeneinander umlaufen läßt. Es werden dann die fest aufeinandergepreßten. eingeschliffenen
Spaltflächen reibend aufeinanderbewegt und häufig bis ztlr Unbrauchbarkeit zerstört.
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Zweck der Erfindung ist die vollständige Beseitigung dieser Mißstände
durch Mittel einfachster Art. Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Spaltwändle
des Homlogenisierspalts so anzuordnen, daß bei nachlassendem Arbeitsdruck in der
Maschine der Homogenisierspalt sich nicht schließt und im Fall gegeneinander umlaufender
Homlog, enisierflächen diese nicht aufeinander reiben. Dies wird nach der Erfindung
dadurch erreicht, daß der Homiogenisierspalt zwischen zur Achse der Anstellspindel
schwach geneigten kegeligen Begrenzungsflächen gebildet wird.
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In der einfachsten Weise läßt sich dies nach der Erfindung bei einer
Homiogenisiermaschine, in welcher die zu homogenisierende Flüssigkeit unter hohem
Druck entgegen einem entsprechend hohen Anstelldruck durch den von den Begrenzungsflächen
der Hlomlogenisierspindel und des diese umgebenden Mundstücks gebildeten kegeligen
Homogenisierspalt getrieben wird, dadurch erreichen, daß die kegeligen Begrenzungsflächen
zur Achse der Anstellspindel schwach geneigt ausgebildet werden.
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Es ist bei einer nur für den Handgebraruch bestimmten Homogenisiervoirichtung
bekanntgeworden, den Homogenisierspalt zwischen der zylindrischen Mantelfläche des
den Flüssigkeitsdruck erzeugenden Pumpenkolbens und der hohlzylindrischen Innenfläche
des ihn umgebenden Arbeitszylinders zu bilden. Auch hier besteht natürlich die Unmöglichkeit
des ungewollten Zudrückens des Spaltes. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabestellung
kommt aber nicht in Frage, da der von Hand ausgeübte Hebeldruck auch bei quer gerichteten
Spaltflächen nicht im entferntesten hinreichen würde, um den Spalt gewaltsam zuzudrücken.
Außerdem ist diese Spaltanordnung für maschinell betriebene Hochdruckhomogenisiermaschinen
nicht verwendbar, weil die Spaltweite hier nicht nachstellbar ist.
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Führt man aber die Spaltflächen gemäß der Erfindung sehr schwach
kegelig aus, so wird ebenfalls ein Zudrücken des Homlogenisierspaltes unter den
gleichen Voraussetzungen vermieden, ohne gleichzeitig auf die Möglichkeit der Einregelung
der Spaltweite durch Längsverschiebung der Spindel in dem Mundstück zu verzichten.
Die Neigung der kegeligen Flächen zur Achse der Anstellspindel
ist
hierbei so zu bemessen, daß bei voller Leistung der Pumpe und bei höchstem Arbeitsdruck
der Spalt die zugeführte Flüssigkeitsmenge zwar hindurchläßt, daß aber bei Versagen
der Pumpe und dem damit verbundenen Druckabfall, der eine Zusammenziehung bzw. Ausdehnung
des elastischen Werkstoffes des Mundstückes und der Spindel zur Folge hat, die Begrenzungsflächen
des Homlogenisierspaltes nicht aneinander zur Anlage kommen. Der Spalt bleibt, offen,
und infolgedessen braucht der Flüssigkeitsdruck bei wieder einsetzenden Pumpen den
Spalt nicht zu öffnen, auch eine Überlastung der Maschine kann nicht eintreten,
und die Homlogenisierflächen reiben blei laufiender Maschine und umlaufender Spindel
nicht aufeinander lund können nicht zerstört werden.
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Bei einer Mischvorrichtung ist bekanntgeworden, die Mischdüse durch
einen schwach kegeligen Klern zu verengen. Selbst wenn man hier mit hohen Drücken
arbeitlen wollte, könnte ein Zudrücken des Spaltes durch den Anstelldruck bei Abfall
des Flüssigkeitsdruckes nicht vorkommen, weil beide Drücke in gleicher Richtung
wirken. Auch blei einer Emulgiermaschine von dem loben erläuterten Hurrell-Typ hat
man kegelige Spaltblegrenzungsflächen angewendet, die aber stumpfkegelig waren.
Das Durchtreiben der Flüssigkeit durch den Spalt erfolgte durch die Schleuderkraft
des rasch umlaufenden Kegels; ein Anstelldruck war nicht vorhanden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
schematisch im Schnitt durch die Mittelachse dargestellt.
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Bei dieser Ausführungsform ist der allgemeine Aufbau der Vorrichtung
von üblicher Art. In einem Mundstück a ist eine Homogenisierspindel b in geeigneter
Weise gelagert, auf der außen eine Schnurscheibe c aufgesetzt ist, um die Spindel
in langsame Umdrehung zu versetzen. Die Spindel besteht aus einem der bisher üblichen
Spindel entsprechenden Führungsteil b' und dem Arbeitsteil b", der die Aufgabe des
bisher üblichen Homogenisierkopfes übiernimmt. An dem Führungsteil sitzt eine Führungswulst
d, zwischen der und einer Stopfbuchse e zweckmäßig ein Kugellager f angeordnet ist.
Die Stopfbuchse e kann mittels eines Handrades g angezogen werden.
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Der Arbeitsteil b" der Homogenisierspindel stellt sich als einfache
Verlängerung dieser Spindel dar, die in das Mundstück a hineinragt. Dieses weist
in üblicher Weise leinen Einlaßkanal h auf, dessen Mittelachse mit der der Spindel
zusammenfällt. Soweit der Arbeitsteil b" -der Spindel in den Einlaßkanal hineinragt,
ist dieser entsprechend hohlkegelig ausgebildet, indem die beiden Tieille miteinander
eingeschliffen sind. Durch entsprechende Einstellung dler Spindel in dem Einlaßkanni
ist ein Homiogenisierspalt i ausgebildet, dessen Verstellung durch Vlerschilebung
der Spindel in dem Mundstück ohne weiteres bewirkt werden kann.
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Dieser Homlogenisierspalt verläuft, wie die Zeichnung ohne weiteres
zeigt, nicht radial, sondern im wesentlichen axial, indem er sich von der Einlaßseite
nach der Auslaßseite nur ganz tuibedeutend erweitert. Der Auslaß blesteht in üblicher
Weise aus einem sich der Auslaßseite des Spaltes anschließenden erweiterten Ringkanal
k, der in den eigentlichen Auslaßkanal 1 einmündet.
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Bei Anlagen, die für größere Leistungen bestimmt sind (z. B. Ioool
Stundenleistung), kann es zwecksmäßig sein, den Homogenisierspalt in zwei oder mehrere
aufzuteilen, damit die Spindeldicke nicht zu groß wird. Dies geschieht am einfachsten
dadurch, daß man die Spalte konzentrisch so anordnet, daß der eine den anderen umhüllt.