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Homogenisiervorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung,
in der die zu behandelnden Flüssigkeiten unter der Einwirkung eines der Förderung
der Flüssigkeiten dienenden Flügelrades durch einen engen Spalt getrieben werden,
der von einem mit dem Flügelrad auf der - gleichen Welle angeordneten rasch umlaufenden
Reibkörper und einem diesen umgebenden feststehenden Gehäuse gebildet wird.
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Die Flüssigkeiten werden demnach in einem Arbeitsgang vorgemischt,
emulgiert und homogenisiert.
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Die bekannten Homogenisiermaschinen verarbeiten Flüssigkeiten, die
schon vorgemischt sind und in diesem Zustand unter Zuhilfenähme einer Hochdruckpumpe
durch einen zumeist aus Hohl- und Vollkegel gebildeten feinen Spalt eines Homogenisierkopfes
gepreßt werden. D.iese Arbeitsweise bedingt einen erheblichen Kraftaufwand. Außerdem
kann sich der Spalt leicht verstopfen, besonders dann, wenn in der Emulsion pulverförmige
Bestandteile suspendiert sind.
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Mit geringerem Kraftbedarf arbeiten die mit einem Schaufelrad als
Zubringer zum Reibkegel ausgestatteten Maschinen, ohne jedoch den mit einer Hochdruckhomogenisiermaschine
erreichbaren Feinheitsgrad zu erhalten.
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Diese Mängel werden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt,
daß der Reibkörper aus mehreren mit der Antriebswelle umlaufenden, an achsparallelen,
zwei Scheiben miteinander verbindenden Stehbolzen gelenkig gelagerten Reibsegmenten
besteht, die unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft mit den nacheilenden Enden gegen
die Innenwand des Gehäuses gepreßt werden. Dabei können auch die zwischen den Scheiben
gelagerten Reibsegmente gegenüber den Stehbolzen und der inneren Wand des Gehäuses
frei beweglich derart angeordnet sein, daß sie sich während der Drehung mit den
nacheilenden Enden gegen die Stehbolzen einerseits und die innere Wand des Gehäuses
andererseits abstützen.
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Durch die Verwendung eines umlaufenden Reibkörpers solcher Bauart
wird eine besondere Druckpumpe nicht mehr benötigt. Infolge der Unterteilung des
Reibkörpers in einzelne nachgiebige Segmente wird zugleich die erwähnte Verstopfungsgefahr
beseitigt. Der Erfindungsgegenstand weist also ein von den bekannten Anordnungen
grundlegend abweichendes Arbeitsprinzip auf, indem die von einem Flügelrad geförderte
und voremulgierte Flüssigkeit zwischen aufeinander gleitende Reibkörper eingeführt
wird, die einen schwach keilförmigen Hohlraum einschließen, so daß der vom Schleuderrad
erzeugte Flüssigkeitsdruck noch während der Strömung nach der Spitze des Keiles
hin innerhalb des Arbeitsspaltes ständig anwächst. Diese Njiaßnahme ermöglicht zunächst
die Benutzung eines einfachen Flügelrades als Zubringer, welches bei den üblichen
Umlaufzahlen der Elektromotore von sich aus noch keinen Hoch-{druck erzeugen, aber
gleichzeitig zum Vormischen und Emulgieren dienen kann, und außerdem die Verwendung
chemisch besonders widerstandsfähigen Materials, wie Hartporzellan, für die sehr
einfach gestalteten Reibkörper, deren Nachgiebigkeit sich günstig bei Wärmedehnungen
des Gehäuses auswirkt. Im unmittelbaren Anschluß an die vom vorgeschalteten Flügelrad
bewirkte Voreinulgierung werden die Mischkomponenten zwischen den der Zentrifugalkraft
unterworfenen Reibkörpern, die innerhalb eines feststehenden zylindrischen Gehäuses
gemeinsam mit dem Flügelrad umlaufen, und der Gehäuseinnenwand verrieben, nachdem
sie in die zwischen Reibkörpern und der Gehäusewand entstehenden keilförmigen Arbeitsspalte
nach Maßgabe der ihnen innewohnenden Sdileuderkraft gepreßt wurden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erflndungsgegenstandes wird durch die
Zeichnung in Abb. I, 3 und 4 veranschaulicht, während die Abb. 2 eine besondere
Gestaltung von Reibkörpern mit relativ geringem spezifischem Gewicht zeigt.
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Die Homogenisiervorrichtung ist in einem Gehäuse untergebracht, bestehend
aus dem Unterteil I und dem Oberteil 2. In das letztere ist die im Ausführungsbeispiel
vertikale Antriebswelle 3 von oben her eingeführt. Auf dieser sitzen verdrehungsfest
zwei Scheiben.
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Die obere Scheibe 4 dient als Lagerung für die Stehbolzen 5, welche
in die untere Scheibe 6 mit Gewinde eingesetzt sind. Die angegossenen Schaufeln
7 vervollständigen die Scheibe 6 zu einem Flügelrad (in Abb. 4 von unten gesehen
dargestellt). Dieses fördert nach Art einer Zentrifugalpumpe sowohl die mittels
des Stutzens 8 zugeführte äußere Phase der Emulsion als auch die durch die Düse
9 mittels des Stutzens IO zugeführte innere Phase der Emulsion in den Arbeitsraum.
Dabei entsteht bereits infolge Zerreißung der inneren Phase im Zentrifugalivirbel
der äußeren eine Emulsion, deren Misehungsverhältnis durch Steuerorgane vor den
Stutzen S und IO einreguliert werden kann. Unter dem am Radumfange herrschenden
ueberdruck und dem Einfluß der Schleuderkraft steigt die zu verarbeitende Emulsion
in Form eines dünnen Flüssigkeitsringes an der Gehäusewand empor und gelangt dabei
in den Bereich der Reibkörper ii.
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Diese sind auf die Stehbolzen 5 als Drehachsen so aufgesteckt, daß
zwischen ihrer zlindrischen Außenfläche und der Wand des Gehäuseoberteiles 2 ein
schwach keilförmiger Spalt entsteht, wenn die nacheilende Kante infolge der Zentrifugalnvirkunt,
zur Anlage an der Gehäusewand kolnmt. Da die Umfangsgeschwindigkeit der umlaufenden
Teile vielfach größer ist als die axiale Fließgeschwindigkeit der Emulsion, so komuit
jedes einzelne Partikelchen derselben zur \ erreibung. Um jedoch ein Ausweidien
und Durchströmen zwischen den Reibkörpern 1 1 zusätzlich zu erschweren, greifen
diese mit Vasen 12 sich gegenseitig überschneidend ineinander, wodurch die Strömung
immer wieder in die Verreibungsspalte hingelenkt wird. Schi ießlich sammelt sich
das solcherweise verrieben und damit homogenisierte Arbeitsgut hinter bzw. über
der Scheibe 4 und fließt durch den Auslauf I3 ab. Auch dieser kann bei Bedarf mit
einem Steuerorgan zum Drosseln des Abflusses versehen sein. Bei unmittelbarerKupplung
mit Drehstrommotoren stellt eine Umlaufzahl von 3000 pro Minute zumeist die obere
Grenze dar, und der aus der Zentrifugalkraftwirkung resultierende radiale Druck
der Reibkörper ii würde unzulänglich sein, sofern etwa wegen der größeren chemischen
Widerstandsfähigkeit Hartporzellan Verwendung finden sollte, das wesentlich geringere
Wichte aufweist. In solchen Fällen erfährt die Konstruktion zweckmäßigerweise eine
Abwandlung gemäß Abb. 3. Die Stehbolzen D bilden dann gewissermaßen mit den Scheiben
4 und 6 einen Käfig, in den die Reibkörper 14 lose eingelegt sind. Ihre der Antnebs
welle 3 zugekehrten prismatischen Grenzflächen bilden mit der im wesentlichen zvlindrischen
Außenfläche einen Doppelkeil, und zwar wird die in der Drehrichtung nachteilende
Keilspitze durch die Beharrungs- und Reibungswiderstände zwischen je einen Stehbolzen
5 einerseits und die Wand des Gehäuses 2 andererseits geschoben; auf diese XVeise
wird von den Stehbolzen 5 nicht nur die reine Uinfangskraft sondern daneben noch
eine Radialkraft aufgenommen, so daß ein vor zugsweise an der nacheilenden Keilspitze
wirkender
Preßdruck des Reibkörpers I4 radial gegen die Gehäusewand
zustande kommt. Im Zusammenwirken mit der mittig und radial angreifenden Zentrifugalkraft
des Reibkörpers 14 ergibt sich also auch hier eine gegen die nacheilende Keilspitze
hin zunehmende spezifische Pressung zwischen Reibkörper 14 und Gehäuse 2. Als Folge
hiervon bildet sich von selbst ein schwach keilförmiger, von Emulsion erfüllter
Arbeitsspalt zwischen den beiden Teilen 14 und 2 aus, wie sich dieser schon bei
Verwendung der anders verlagerten Reibkörper II ergab. Die Arbeitsweise ist demzufolge
ganz analog.
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Die zur Unterstützung der Zentnfugalkraft in Anwendung gebrachte
Zusatzkraft könnte ebensowoht durch eingelegte Federn erzeugt werden, doch würden
derartige Zutaten die Reinigung der Apparatur unnötig erschweren.