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Trommelerhitzer für Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf die
bekannten Flüssigkeitserhitzer, bei welchen die zu erhitzende Flüssigkeit in einem
schmalen ringförmigen Spalt zwischen einem stillstehenden äußeren Heizmantel und
einer in diesem umlaufenden Trommel erhitzt wird. Solche Erhitzer, die insbesondere
zum Erhitzen (Pasteurisieren) von Milch dienen, sind im allgemeinen mit einer nur
auf der Antriebsseite fliegend gelagerten Trommel versehen, und der Zufluß der zu
erhitzenden Flüssigkeit erfolgt auf der Antriebsseite :der Trommel, während der
Abfluß der erhitzten Flüssigkeit an dem dem Antrieb entgegengesetzten Trommelende,
erfolgt. Diese bekannte Anordnung hat den Nachbeil, daß die zur Abdichtung der den
Heizmantel auf der Antriebsseite durchdringenden Trommelwelle erforderliche Stopfbüchse
im Wege der in den Erhitzer eintretenden und daher noch nicht zentrifugal beschleunigten
Flüssigkeit lag und daher mit dieser in ständiger Berührung stand. Dies hatte wiederum
zur Folge, daß die zu erhitzende Flüssigkeit durch aus der Stopfbüchse austretendes
Schmiermittel, z. B. Öl, verunreinigt wurde oder daß die Flüssigkeit :bei innerem
überdruck durch die undichte Stopfbüchse entweichen konnte. Diente der Erhitzer
zur Behandlung von Nährflüssigkeiten, wie insbesondere zur Erhitzung von Milch,
so bildete die Stopfbüchse eine sehr gefährliche Infektionsquelle, weil sie nur
schwer gereinigt werden konnte und sich daher Keime an ihr festsetzten, welche auf
die die Stopfbüchse ständig umspülende- Nährflüssigkeit übertragen wurden.
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Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch überwunden, daß der
Zulauf für die zu erhitzende Flüssigkeit auf der dem Trommelantrieb gegenüberliegenden
Stirnseite der Trommel in der
Achsenrichtung, der Auslauf für die
erhitzte Flüssigkeit dagegen auf der Lagerseite -der Trommel an deren Umfang angeordnet
ist. Die neue Anordnung hat zur Folge, daß die durch die Drehung der Trommel zentrifugal
beschleunigte und daher von der Drehachse fort nach außen gedrängte Flüssigkeit
nicht zu der natürlich auf der Drehachse angeordneten Wellenstopfbüchse gelangen
kann, so daß diese außerhalb des Flüssigkeitsweges liegt und mit der Flüssigkeit
nur dann in Berührung gelangen kann, wenn. der Erhitzer bei stillstehender Trommel
mit Flüssigkeit gefüllt sein sollte. Da.dneser Fall nur bei einer Betriebsstörung
eintreten kann, vermeidet der Gegenstand der Erfindung praktisch jede Berührung
der zuerhitzenden Flüssigkeit mit der Stopfbüchse.
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Die neue Anordnung des Flüssigkeitszu- und -ablaüfs hat ferner den
Vorteil, daß das trommelseitig angeordnete Wellenlager bis nahe an. den Schwerpunktader
Trommel in deren Innenraum verlegt werden ,kann, so daß der über das Lager hinausragende
Wellenteil sehr kürz wird und unter dem Einfluß der mit hoher Drehgeschwindigkeit
umlaufenden Trommel höchstens ganz geringfUigige Schwankungen ausführen kann. Dies
ist bei Trommelerhitzern von größter Wichtigkeit, weil der Wirkungsgrad des Erhitzers
wesentlich von der Enge des Spaltes abhängt, den. die zu erhitzende Flüssigkeit
durchströmen muß. Je enger nämlich der Spalt ist, desto .dünner wird die an der
Heizflache sich bildende laminare Grenzschicht, welche den Wärmeübergang von der
Heizfläche auf die strömende Flüssigkeit um so mehr verhindert, je dicker ,sie ist.
Wenn es also, beim Gegenstand der Erfindung gelungen ist, die Schwankungen der fliegend,
gelagerten Welle auf ein praktisch vernachlässigbares Mindestmaß zu beschränken,
so bedeutet das, daß der Spalt zwischen Trommel und Heizfläche viel enger gemacht
und der Wirkungsgrad des Erhitzers wesentlich verbessert werden konnte. Bei den
bisher bekannten Trommelerhitzern mit lagerseitig angeordnetem Flüssigkeitszulauf
war der Trommelboden .eben ausgeführt und daher das Wellenlager außerhalb der Trommel
angeordnet. Dies hatte den Nachteil, daß das fliegende Wellenende sehr weit über
di.s Wellenlager hinausragte und daher unter dem Einfluß nicht ausgeglichener Trommelmassen
in starke Schwingungen versetzt wurde. Diese zwangen wiederum dazu, den Durchlaufspalt
ziemlich weit zu machen, was wiederum zur Folge hatte, daß die an der Heizfläche
haftende laminare Grenzschicht den Wärmeübergang von der Heizfläche zur Flüssigkeit
;bedeutend herabsetzte.
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Der Fortschritt, der beim Gegenstand der Erfindung hinsichtlich der
Erzielung eines engen Durchflußspaltes durch die Anordnung des Wellenlagers in bzw:
nahe dem Trommelschwerpunkt erreicht wurde, kann idürch eine neue Ausbildung der
Trommel und des Heizmantels noch weiter gesteigert werden. Bei den bekannten Trommelerhitzern
waren nämlich die Trommel und der Heizmantel gewöhnlich aus je drei Teilen hergestellt,
nämlich zwei Endteilen und einem zwischen diesen befestigten dünnwandigen Blechmantel,
der aus Blechen gerundet, an seiner Längsnaht verschweißt und mit .den Endteilen
durch Hartlöten, Schweißen oder Nieten verbunden wurde. Diese Art der Herstellung
hatte aber mehrfache Nachteile. So wurden z. B. die Mäntel schon infolge ihrer Herstellungsart
unrund; ein nachträgliches Rundschleifen der Mäntel aber würde die Verwendung sehr
starker Bleche voraussetzen und z. B. bei der Verwendung von nichtrostendem Stahl
die Herstellung erheblich verteuern. Überdies aber würde das Herausnehmen iderTrommeln
zwecksReinigung der flüssigkeitsberührten Flächen sehr erschwert werden.
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Um die Förderleistung,der Trommel zu erhöhen, wurden an :dem Mantelumfang
und an den Endteilen! der Trommel vielfach leistenartige Förderorgane unigebracht,
die ebenfalls durch Hartlöten, Schweißen oder Nieten befestigt wurden. Ein homogenes
Verschweißen dieser Teile brachte zwangsläufig ein Verziehen der Trommel und dadurch
weitere Unrundheiten mit sich, so .daß der Durchflußspalt .noch weiter vergrößert
werden mußte. Eine Hartlötung machte die Verbindungsstellen korrosionsanfällig,
während das Vernieten Spalte zwischen der Trommel und den Förderorganen entstehen
ließ., die eine bakteriologisch einwandfreie Reinigung der Trommel unmöglich machten.
Alle .diese Nachteile werden bei dem Gegenstand der Erfindung dadurch vermieden,
daß der Trommelmantel und der den Durchflußspalt begrenzende Innenmantel des Heizmantels
aus einem gezogenen Blechratationskörper oder aus einem dünnwandigen Gußkörper bestehen,
die ohne Nachbearbeitung vollkommen rund hergestellt werden können. Vorzugsweise
wird .dabei der Trommelmantel mit dem einlaßseitigen Endstück als zylindrischer
oder konischer Topf durch Tiefziehen oder Gießen aus einem Stück hergestellt und
mit dem lagerseitigen Endteil fest verbunden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
man den lagerseitigen Endteil der Trommel mit einer Nabe versieht; die bis zum eintrittsseitigenEndteilvorragt
und mit diesem fest verbunden, ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Drehmoment,der
Trommelwelle auf beide Trommelenden unmittelbar übertragen wird, so daß ,der Trommelmantel
von Torsionskräften völlig entlastet ist und daher ganz dünnwandig gehalten werden
kann. Die ,Förderleisten an den Trommelteilen werden vorteilhaft als ausgeprägte
Sicken oder als Gußrippem hergestellt, je nachdem die Trommelteile aus Blech oder
Guß bestehen.
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Bei temperaturempfindlichen Flüssigkeiten, z. B. Milch, ist es erwünscht,
die erhitzte Flüssigkeit sofort nach Erreichen ider erforderlichen Temperatur wieder
auf eine niedrigere Temperatur abzukühlen, ,da bekanntlich die Erhaltung der besonderen
Rohstoffeigenschaften (z. B. Vitamine, Fermente u. dgl.) nicht nur von, der Einhaltung
bestimmter Höchsttemperaturen, sondern auch von der Dauer der Hitzeeinwirkung abhängig
ist. Um dieser Forderung zu entsprechen, wird zweckmäßig am austri:ttsseiti!
gen
Ende des Heizmantels ein dessen Fortsetzung bildender Kühlmantelring angeordnet,
der von Kühlwasser, Sole od. dgl. durchflossen wird. Es ist aber auch möglich, als
Kühlmittel die zu erhitzende Frischflüssigkeit zu verwenden, die also zuerst den
Kühlring durchströmt und dabei die schon erhitzte Flüssigkeit vor dem Verlassen
des Trommelerhitzers wieder rückkühlt, worauf sie, nunmehr schon vorgewärmt, idem
Erhitzer zugeführt und dort vollends auf die erforderliche Temperatur, z. B. die
Entkeimungstemperatur, gebracht wird. Auf .diese Weise kann. man nicht nur die gewünschte
Rückkühlung der erhitzten Flüssigkeit ohne Zuführung einer besonderen Kühlflüssigkeit,
sondern auch eine Verbesserung des Wärmewirl.ungsgrades !des Erhitzers erzielen.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einer beispielsweisen
Ausführungsform dargestellt. Es zeigt Fig. i einen senkrechten mittleren Längsschnitt
durch den Erhitzer nach Linie I-1 der Fig. 2, Fig. 2 in ihrer linken Hälfte eine
Draufsicht auf den eintrittsseitigen Stirnteil der Fördertrommel, in der rechten
Hälfte einen senkrechten OOuerschnitt durch den Erhitzer nach Linie II-II der Fig.
1, Fig. 3 einen weiteren Querschnitt durch den Erhitzer nach Linie III-III der Fig.
i.
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Der Erhitzer besteht im wesentlichen aus einem Lagerständer i mit
den beiden Wellenlagern und 3, der Antriebswelle 4., einer Heiztrommel 7, 8, 11,
17, 18 und einer Fördertrommel 21, 22, 2 3, 25, 26. Die beiden Wellenlager
2 und 3 sind in einem besonderen Einsatz 5 untergebracht, der nach der Antriebsseite
(in Fig. i nach links) als Ganzes aus dem Ständer i herausgezogen werden kann und
dessen das innere Wellenlager 3 tragende Nabe 6 über den Ständer weit hinaus in
das Innere des Trommelerhitzers hineinragt, so @daß die Antriebswelle 4. bis nahe
an den Schwerpunkt der Fördertrommel fest geführt ist. Der Boden 7 der Heiztrommel
ist an dem Ständer i in nicht dargestellter Weise starr befestigt. Sein mittlerer
Teil bildet einen in das Trommelinnere hineinragenden Kegelstumpf 8, dessen die
Welle 4 umfassende Nabe 9 eineStopfbüchseio aufnimmt, welche idasTrommelinnere nach
außen abdichtet. Da die Stopfbüchse erfindungsgemäß keinem inneren Überdruck ausgesetzt
ist, kann sie aus einer einfachen Gleitringdichtung bestehen, die sowohl leicht
ausgebaut als auch leicht gereinigt werden kann. An den Boden 7 schließt sich unmittelbar
die mit ihm aus einem Stück gegossene Innenwand i i des Neumantels an, die an ihrem
dem Boden zugekehrten Ende einen Hohlring 12 trägt, dessen Hohlraum 13 zur Durchleitung
eines Kühlmittels dient und daher mit durch eine Querwand 14 voneinander getrennten
Zu- und Ablaufstutzen 15 bzw. 16 versehen ist (Fig. 3). An ihrem anderen Ende trägt
die Innenwand i i einen nach außen vorspringenden Flansch 17, auf dessen Umfang
,der aus, Blech bestehende Außenmantel 18 befestigt ist, dessen antriebsseitiges
Ende auf -dem Umfang des Kühlrings 12- befestigt ist. Der Hohlraum i9 des Heizmantels
11, 18 dient zum Durchleiten eines Heizmittels, z. B. von Dampf. Da der Dampf an
dem von der zu erhitzenden Flüssigkeit (gekühlten Innenmantel ii stark kondensiert,
ist der Innenmantel auf seiner Außenseite mit umlaufenden Rippen 2o versehen, welche,
als Tropfleisten wirkend, das sich bildende Kondensat von der Heizfläche ableiten
und dadurch den Wärmeübergang vom Dampf auf .die Heizfläche verbessern. Gleichzeitig
versteifen die Rippen den Innenmantel i r und verhindern sein Unrundwerden. Die
Innenwand des Heizmantels ist auch aus Blech herstellbar. Si,-wird dann zweckmäßig
als innenkalibrierter Ziehe teil gefertigt. Der Boden der Fördertrommel bildet einen
dem Heiztrommeliboden 7, 8 entsprechenden Rotationskörper, der sich aus einer Ringscheibe
21, einem in das Trommelinnere vorspringenden Kegelstumpf 22 und einer an diesen
anschließenden langen Nabe 23 zusammensetzt, Nvelche durch Keile 24 od. dgl. mit
der Welle 4 verbunden. ist. Auf dem Umfang des Ringteils 2i ist der Trommelmantel
25 befestigt, der aus vorzugsweise nichtrostendem Stahlblech besteht und mit der
dem Boden 21 entgegengesetzten Trommelstirnwanid 26 aus einem Stück gezogen ist.
Ebenso könnte der Trommelmantel 25 mit .der Stirnwand 26 zusammen als ein dünnwandiger
Gußkörper gegossen werden; in beiden Fällen versteift die Stirnwand 26 wirksam den
Trommelmantel25 und verhindert dessen Unrundwerden. Die Stirnwand 26 ist mit der
Nabe 23 .des Trommelbodens 21,:2:2 durch eine auf eine Druckscheibe 27 wirkende
Schraube 28 starr verbunden, deren. Kopf 29 vorzugsweise- stromlinienförmig ausgebildet
ist, damit die auf den Kopf auftreffende Flüssigkeit stoßfrei abgelenkt wird (Fig.
i). Die starre Verbindung sowohl des Trommelbodens 21, 2,2 als auch der Trommelstirnwand
26 mit der Trommelnabe 23 hat zur Folge, daß das Drehmoment der Trommelwelle 4 auf
beide Enden des Trommelmantels 2.5 gleichmäßig und unmittelbar übertragen wird,
so daß der Trommelmantel 25 keiner Verwindung ausgesetzt ist und daher sehr
dünnwandig gemacht werden kann. Der innere Durchmesser des Heizinnenmantels i i
und der Außendurchmesser des Fördertrommelmantels 25 sind so bemessen, daß zwischen
diesen beiden Teilen nur ein enger Ringspalt 3o frei bleibt, ,den die zu erhitzende
Flüssigkeit durchströmt. Ebenso verbleibt zwischen dem Heizmantel.boden 7, 8 und
dem Fördertrommelboden 21, 22 nur ein enger, kegelförmiger Spalt 31 sowie zwischen
der Fördertrommelstirnwand 26 und einem den Erhitzer auf der Stirnseite albschließenden,
abnehmbaren Deckel 32 nur ein Spalt 33 (Fig. i). Der Einlaßstutzen 3.1 für die zu
erhitzende Flüssigkeit ist in .der Mitte des Stirndeckels 32 angeordnet, und zwar
vorzugsweise so, daß (der Eintritt der Flüssigkeit in der Achsenrichtung erfolgt
(Fig. i). Der Auslauf 35 für die erhitzte Flüssigkeit dagegen ist an dem :entgegengesetzten,
antriebsseitigen Ende des Heizmantels i i angeordnet, und zwar an dessen Umfang,
so daß die durch die rasch umlaufende Fördertrommel 2-5 zentrifugal beschleunigte
Flüssigkeit
durch die ihr innewohnende Fliehkraft ohne Umlenkung
in ,den Auslauf gefördert wird. Um den Austritt der Flüssigkeit möglichst stoßfrei.
zu gestalten, wird der Aüslaßstutzen:35 möglichst tangentfal zu dem Ringspalt 3o
angeordnet (Fig. 3). Vorteilhaft wird der Auslaßstutzen 3,5 in seinem Längsschnitt
so ausgebildet, daß er einen Diffusor bildet, in dem die hohe Austrittsgeschwindigkeit
ider erhitzten Flüssigkeit wieder in erhöhten Druck umgewandelt wird. Um die Treibwirkung
der Fördertrommel zu erhöhen, werden .ihre Außenflächen vorteilhaft mit die Flüssigkeit
vorwärts treibenden Förderorganen versehen. Diese bestehen bei dem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel aus nach außen gedrückten Sicken, die an der Trommelstirnwand
26 als nach der Art von Laufradschaufeln spiralig gekrümmte Sicken (Fig. 2) und
,bei dem Trommelmantel 25 als achsparallele Sicken 37 (Fig. 1) vorgesehen
sind. Die Sicken 37 können natürlich auch schraubenförmig angeordnet werden, wobei
man die Richtung der Steigung beschleunigend oder verzögernd wirksam werden lassen
kann, je nachdem die Durchlaufgeschwindigkeitder zu .erhitzenden Flüssigkeit erhöht
oder vermindert werden soll. An dem Bodenteil z2 der Fördertrommel sind ebenfalls
Förderorgane in: Gestalt von Treibleisten 38 vorgesehen, die an idem Boden angegossen
werden und vorteilhaft .ebenfalls spiralig gekrümmt (Fig.3) oder strahlenförmig
angeordnet sind. Diese Treibleisten 38 dienen nicht wie die Sicken 36 und 37 zum
Vorwärtstreiben der zu erhitzenden Flüssigkeit durch den Erhitzer, sondern: nur
dazu,- etwa- in den Spalt 31 eindringende Flüssigkeit vörr ider Stopfbüchse io fernzuh.alten,
indem sie die Flüssigkeit zentrifugal beschleunigen und zu dem am Umfang ges Erhitzerraumes
angeordneten Auslaßstutzen treiben.
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Wenn man die zu erhitzende Flüssigkeit an'Stelle eines besonderen
Kühlmittels -zum Rückkühlen der erhitzten Flüssigkeit verwenden will, dann
verbindet man,den Auslaßstutzen 16 ides Kühlrings 12 durch eine in Fing. i strichpunktiert
angedeutete Rohrleitung 39- mit dem Einlaßstutzen 3,4 des Erhitzers. In diesem Fall
wird die zu erhitzende Flüssigkeit, z. B. Milch, zuerst durch den Ein.laßstutzen
15 in den Kühlring 12" 13 geschickt, den sie durch Iden Auslaßstutien 16 wieder
verläßt, um von dort durch die Rohrleitung 39 in vorgewärmtem Zustand zu dem Erhitzereinlaßstutzen
34 zu strömen. Hier wird dann die Flüssigkeit durch die Sicken 36 über ,die Stirnwand
26 der Fördertrommel verteilt und durch den Stirnspalt 33 in den Ringspalt 30 getrieben:.
In diesem streicht sie an der Innenwand i i ides Heizmantels I i, 18 entlang, wobei
sie ,die Wärme aufnimmt, die ,ihr durch das den Ringraum ig des Heizmantels durchströmende
Heizmittel, z. B. Dampf, zugeführt wird. Die als Treibleisten wirkenden Sicken,
37 des rotierenden Trommelmantels 25 verhindern dabei die Bildung einerden Wärmedurchgang
herabsetzenden Laminarschicht an der stillstehenden Heizwand i i, indem sie diese
dauernd zerstören.. Die mit der Fördertrommel rasch rotierende Flüssigkeit wird
durch (die ihr erteilte 7,entrifugalbeschleunigung ständig nach außen gegen den
inneren Umfang der Heizwand i igetrieben, so daß sie beim Erreichen des am Antriebsende
des Erhitzers tangentiäl angeordneten Anlaufstutzen 35 stoßfrei hinausgeschleudert
wird. Um zu der Stopfbüchse io zu -gelangen, müßte,die Flüssigkeit eine zentripedal
gerichtete Bewegung ausführen, die sowohl der Zentrifugalkraft als auch der Treibwirkung
der Förderleisten 38 entgegengerichtet wäre. und daher nur bei Stillstand der Trommel
zustande kommen kann. Die Stopfbüchse io liegt daher praktisch vollkommen außerhalb
des Durchflußweges der Flüssigkeit und kommt mit ihr nicht in Berührung.
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Die Verkürzung des über .das innere Wellenlager 3 frei tragend hinausragenden
Teils der Antriebswelle4.; die starre Verbindung beider Trommelenden 21, 22 und
26 mit der Trommelnabe 23 und die starre, formsichernde Verbindung des Trommelmantels
25 mit der Trommelstirnwand 26 sichern ein schwankungsfreies Rundlaufen der Fördertrommel
und ermöglichen es, den ringförmigen Durchflußspalt 30 sehr eng zu machen
und der Trommel eine sehr hohe Umlaufgeschwindigkeit zu geben. Diese hohe Umlaufgeschwindigkeit
der Trommel im Verein mit der Enge des Ringspaltes 30, der idie zu erhitzende Flüssigkeit-
nur in ganz dünner Schicht durchfließen läßt, ermöglichen wiederum eine gleichmäßige
-und rasche Erwärmung der -zu behandelnden Flüssigkeit und sichern zugleich einen
guten Wirkungsgrad des Erhitzers, weil sie die Bildung einer den Wärmeübergang von
der Heizfläche i z auf idieFlüss:igkeit beeinträchtigenden laminaren Grenzschicht
verhindern.
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Das Reinigen des Erhitzers gestaltet sich ebenfalls sehr vorteilhaft,
weil man nach Abnehmendes Deckels 32 -die Fördertrommel einfach auf eine an Stelle
,der Schraube a8 mit dem äußeren Ende der Antriebswelle q. verschraubte Wellenverlängerung
abziehen und :dann leicht an die in bequeme Reichweite nach vorngelegte Stopfbüchse
1o und an alle Innenflächen ödes Heizmantels 7, 8, 9 und i i gelangen kann.