EP0988887B1 - Homogenisator mit Schutzvorrichtung auf dem Rotor - Google Patents

Homogenisator mit Schutzvorrichtung auf dem Rotor Download PDF

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EP0988887B1
EP0988887B1 EP98116036A EP98116036A EP0988887B1 EP 0988887 B1 EP0988887 B1 EP 0988887B1 EP 98116036 A EP98116036 A EP 98116036A EP 98116036 A EP98116036 A EP 98116036A EP 0988887 B1 EP0988887 B1 EP 0988887B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
toothing
rotor
stator
openings
homogenizer
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP98116036A
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English (en)
French (fr)
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EP0988887A1 (de
Inventor
Erwin Seefried
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Vakumix Ruehr- und Homogenisiertechnik AG
Original Assignee
Vakumix Ruehr- und Homogenisiertechnik AG
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Publication date
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Priority to DE29822149U priority patent/DE29822149U1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/271Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator

Definitions

  • the invention relates to a homogenizer for homogenizing flowable materials, with a rotor and a stator, the teeth concentric with each other with axially extending Have teeth, with radial rotor teeth is arranged outside an internal stator toothing.
  • Homogenizers are among others in pharmaceutical, cosmetic, chemical and food industries for manufacturing of creams, ointments, pastes, mayonnaises and similar products used. They are usually at the bottom of a mixing container arranged in which the substances are mixed and homogenized become.
  • the homogenizer is often used as a rotor-stator dispersing machine trained, but can also be a so-called Circulating agitator to achieve a better pumping effect his.
  • a generic homogenizer is, for example, from the Writings DE 195 37 303 A1 and EP 0 290 033 A1 are known.
  • Homogenizers usually work at high speeds. If hard foreign bodies in the mixture to be processed, in particular Metal parts are included, these can be from the homogenizer be sucked in and damage or destroy it. This is particularly problematic when in the Product to be manufactured powder, pigments or other solids should be mixed in, as these are often metallic Foreign bodies included. It is also possible that in the mixing plant loosen screws, nuts and the like and fall into the homogenizer.
  • the rotor is toothed, that between an internal stator toothing and a outer stator teeth runs. This creates the risk that foreign bodies striking the rotor into the inner stator toothing and destroy the machine to lead.
  • a homogenizer is disclosed in document EP 0 290 033 A, of the two stator gears and two rotor gears having. These are each axially extending Teeth formed. Radially within the inner stator toothing a conventional rotor toothing is arranged. You all come just a pump and mix function too. Protection of the radial stator gearing behind it is against foreign bodies not provided.
  • a rotary mixer is completely different Design described. It rotates in its housing rotor designed as a centrifugal wheel. Outside on the centrifugal wheel is a wire mesh extending in the axial direction arranged. At a short distance from the rotor with the Wire mesh is another wire mesh in the housing arranged fixed. They are also considerable in the housing Distance from the wire mesh a plurality fixed blades arranged. A rotor or stator toothing the rotary mixer does not have. A special Protection against foreign bodies is not provided.
  • the invention solves this problem in that in a homogenizer of the type mentioned at the rotor a separate Protective toothing is provided which is radially inside of the first stator toothing is arranged and in the axial direction seen at least two, preferably at least three, one above the other arranged openings separated by webs, their clear width to be kept to the minimum size Foreign body is adapted and is in the range of 1 to 5 mm.
  • the homogenizer has one rotor and one Stator on which rotates relative to each other can be moved.
  • the stator is preferably stationary and the rotor is rotatable, but this is within the scope of the invention not mandatory. Possibly. the stator (e.g. counter-rotating to the rotor). The only thing that matters is that rotor and stator rotate relative to each other can to the homogenization and described in more detail below To achieve dispersing effect.
  • the rotor and stator have teeth which are concentric with one another.
  • toothing denotes any openings in a wall of the rotor or stator running in the circumferential direction, through which the material to be mixed passes outward in the radial direction in the operation of the homogenizer.
  • Such teeth can have individual openings in an otherwise closed, circumferential wall.
  • the toothing is formed by a plurality of axially extending teeth arranged on a peripheral section of the rotor or stator, which teeth have baffle surfaces for the material to be homogenized.
  • the latter embodiment is required in claim 1 for the rotor or a stator gear.
  • the terms "axial” and “radial” are used in the claims and the description, the axial direction is always defined by the axis of rotation of the rotor.
  • the technical effect of the concentric gears is the following: that in the usually axial inlet of the homogenizer incoming mix is from the radial innermost rotor teeth detected and at a peripheral speed according to the peripheral speed of this Gearing applied. Supported by the centrifugal force (if necessary through separate pump blades in the rotor or the pumping action the toothing surfaces) the material is thrown outwards and hits the with high kinetic energy then the following stator teeth. The kinetic energy of the Good things are transformed into dispersing effects. Radially outside from this first stator toothing further rotor and connect stator gears if necessary.
  • the homogenizer can exert its dispersing effect, he needs at least one rotor and one stator toothing, which are arranged concentrically to each other, as well as a separate one Protect teeth. According to the invention, however, are preferred Homogenizers, each two (possibly also several) Have rotor and stator teeth.
  • the protective toothing points in the axial direction in each case at least two, preferably at least three, one above the other has arranged openings.
  • the essence of the invention lies radially within the first Stator toothing to provide a separate protective toothing. This prevents foreign objects from over a certain one critical size leave the rotor and thus into the area the critical rotor and stator junctions and finally get into the following stator gear and cause damage there.
  • This is achieved through a special training of the protective toothing by their Openings through webs in several superimposed, smaller openings can be divided. The dimensions of this Openings are dimensioned so that they have a clear width have in the range of 1 to 5 mm. It has been shown that thus the penetration of critical foreign bodies into the Seen in the direction of flow, stator or rotor toothing arranged behind it can be prevented. That way you can Damage caused by foreign bodies that are too large and too heavy be avoided.
  • This protective toothing prevents that in the homogenizer Foreign bodies entering radially outward onto the first stator toothing be thrown and the homogenizer to destroy.
  • the foreign bodies are removed from the protective toothing caught and remain in the rotor, they can be cleaned of the homogenizer can be removed.
  • the clear width of the openings this protective toothing must not be larger than that minimal size of possible foreign bodies whose passage through the interlocking rotor / stator gears one want to prevent.
  • the largest clear width of the openings of the Protective toothing is in the range 1 to 5 mm, preferably 2 up to 4 mm. It is usually sufficient to use the light To be dimensioned so that metallic foreign bodies from the Size of a screw or nut of thread size M3 still on Be prevented from entering.
  • the protective toothing according to the invention surprisingly brings about not a reduction in performance, on the contrary an increase in performance of the homogenizer.
  • the openings of the protective toothing contain wall sections running in the axial direction or Wall surfaces.
  • the openings of the protective teeth be rectangular, with two opposite sides of the rectangle run in the axial direction.
  • This in the axial direction running wall surfaces can be with the first stator teeth include an angle that is between 0 and 90 °, preferably between 0 and 60 °, more preferably between 0 and is 40 °.
  • An angle of 0 ° means that at a corresponding Rotary position of the rotor and stator to each other Walls of protective toothing and first stator toothing aligned, i.e. lie in one plane.
  • the intermeshing rotor and stator teeth have depending on the size of the homogenizer axial height of a few centimeters or more.
  • a particularly good dispersing effect is obtained and delivery rate of a homogenizer according to the invention, when facing each axial row of openings the rows adjacent in the circumferential direction of the protective toothing is arranged offset from openings in the axial direction.
  • the axial displacement is preferably an amount that half the sum of the axial clear width of an opening and axial thickness of a two openings in the axial direction Corresponds to web. This means that the Separator between two axially arranged openings at the axial height of the center of an opening in Circumferential direction runs adjacent row of openings (see also Fig. 3).
  • the homogenizer according to the invention has one with a hub 2 provided shaft 1 by one in the drawing Drive, not shown, is driven. With wave 1 a rotor 3 is rotatably connected. The rotor 3 has two rotor teeth 4 and 5 concentric with each other. at the inner rotor toothing 4 is the one according to the invention Protect teeth. With the homogenizer housing 6 the stator is connected, the two concentric to each other Stator teeth 7, 8 has. One connected to the stator Stator cover 9 covers the rotor 3 on its outer circumference from and simultaneously forms the inlet designated 10 of the homogenizer.
  • the homogenizer housing 6 On the outer periphery of the homogenizer housing 6 is a to the homogenizer shaft 1 concentric channel 11 arranged the Process of the homogenizer forms. It is with a drain nozzle 12 connected.
  • the homogenizer according to the invention is in an opening on the bottom one used at 13 arranged mixing container.
  • annular channel 14 is provided, which the drain 11 with the Product space of the mixing container 13 connects.
  • Outlet 11 of the homogenizer At low pressure in Outlet 11 of the homogenizer is the sealing ring 16 sealing and the material to be homogenized is conveyed through the nozzle 12.
  • FIG. 2 It can be seen in Fig. 2 that radially inward from the first, i.e. radially innermost stator 7 the inventive Protective toothing 4 is arranged.
  • This gearing is formed as a ring, into which (e.g. by means of a laser) Openings of the desired size are cut.
  • All further Gears, d. H. the stator teeth 7, 8 and radially outer teeth 5, however, are formed by rows of axially extending individual teeth, such as can be seen from the synopsis of FIGS. 1 and 2.
  • Out Fig. 3 can be seen that each adjacent axial rows of openings 19 of the protective toothing 4 offset in the axial direction are arranged to each other (see, for example, those with 20 and 21 designated rows). This staggered arrangement of the rows of openings is preferred according to the invention, but not absolutely necessary.
  • Fig. 2 it can be seen that the axially extending wall surfaces 22 of the rotor teeth 5 and 23, 24 of the stator teeth 7, 8 run exactly in the radial direction, i.e. parallel to the axial plane indicated at 25.
  • these wall surfaces 22, 23, 24 also relative to the radial direction be inclined to a higher pumping and / or dispersing effect to achieve.
  • the wall surfaces 26 running in the axial direction are the protective toothing 4 with respect to the radial direction (or Axial plane) arranged inclined by an angle a indicated at 27.
  • the following table shows the increase in performance achieved by the protective toothing according to the invention compared to a conventional homogenizer which has no facilities for protection against foreign body entry.
  • the experiments were carried out with concentrated aqueous sorbitol solution (70% by weight sorbitol, 30% by weight water).
  • the table shows the factors that are relevant the delivery rate of a homogenizer according to the invention different operating conditions compared to a conventional one Homogenizer (shown in Fig. 4) increased.
  • the conventional one Homogenizer has no protective teeth on which Pump vane 18 closes the first one radially on the outside Stator teeth 7 on. You can see that on average the output increased by about a third.

Landscapes

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Description

Die Erfindung betrifft einen Homogenisator zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, mit einem Rotor und einem Stator, die zueinander konzentrische Verzahnungen mit sich axial erstreckenden Zähnen aufweisen, wobei eine Rotorverzahnung radial außerhalb einer inneren Statorverzahnung angeordnet ist.
Homogenisatoren werden u.a. in der pharmazeutischen, kosmetischen, chemischen und Nahrungsmittelindustrie zur Herstellung von Cremes, Salben, Pasten, Mayonnaisen und ähnlichen Produkten verwendet. Sie sind üblicherweise am Boden eines Mischbehälters angeordnet, in dem die Stoffe gemischt und homogenisiert werden. Der Homogenisator ist häufig als Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausgebildet, kann aber auch ein sogenanntes Umwälzrührwerk zum Erzielen einer besseren Pumpwirkung sein. Ein gattungsgemäßer Homogenisator ist bspw. aus den Schriften DE 195 37 303 A1 und EP 0 290 033 A1 bekannt.
Homogenisatoren arbeiten üblicherweise mit hohen Drehzahlen. Wenn in der zu bearbeitenden Mischung harte Fremdkörper, insbesondere Metallteile, enthalten sind, können diese vom Homogenisator angesaugt werden und diesen beschädigen oder zerstören. Problematisch ist dies insbesondere dann, wenn in das herzustellende Produkt Pulver, Pigmente oder andere Feststoffe eingemischt werden sollen, da gerade diese häufig metallische Fremdkörper enthalten. Auch ist es möglich, daß sich in der Mischanlage Schrauben, Muttern und dergleichen lösen und in den Homogenisator fallen.
Bei der in der EP 0 760 254 A offenbarten Rotor-Stator-Dispergiermaschine ist der Rotor mit einer Verzahnung versehen, die zwischen einer inneren Statorverzahnung und einer äußeren Statorverzahnung läuft. Dadurch besteht die Gefahr, daß auf den Rotor auftreffende Fremdkörper in die innere Statorverzahnung gelangen und zu einer Zerstörung der Maschine führen.
Aus offenkundiger Vorbenutzung ist es bereits bekannt, vor dem Einlauf des Homogenisators (vorzugsweise kegelförmige) Schutzsiebe anzubringen, die harte Fremdkörper an einem Eintritt in den Homogenisatoreinlauf hindern. Nachteilig daran ist, daß diese Siebe insbesondere viskosem Mischgut einen erheblichen Strömungswiderstand entgegensetzen und die Homogenisatorleistung deutlich vermindern.
In dem Dokument EP 0 290 033 A ist ein Homogenisator offenbart, der zwei Statorverzahnungen und zwei Rotorverzahnungen aufweist. Diese sind jeweils durch sich axial erstreckende Zähne gebildet. Radial innerhalb der inneren Statorverzahnung ist eine herkömmliche Rotorverzahnung angeordnet. Ihr kommt lediglich eine Pump- und Mischfunktion zu. Ein Schutz der radial dahinter liegenden Statorverzahnung vor Fremdkörpern ist nicht vorgesehen.
In dem Dokument DE 821200 C ist ein Homogenisator mit mehreren Rotor-/Statorstufen offenbart. Innerhalb der inneren Statorverzahnung ist eine herkömmliche Rotorverzahnung vorgesehen. Es ist nicht offenbart, daß der Rotorverzahnung eine Schutzfunktion für die nachfolgende Statorverzahnung zukommt.
In dem Dokument DE 1040513 B ist ein Homogenisator beschrieben, der jeweils nur eine Rotor- und Statorverzahnung aufweist. Weitere Rotorverzahnungen sind nicht vorgesehen. Ein Schutz für die Statorverzahnung ist nicht offenbart. In dem Dokument US 3,285,331 A ist eine Mischvorrichtung offenbart, die lediglich einen Rotor und einen Stator aufweist. Beide weisen keine sich in axialer Richtung erstreckende Zähne auf, sondern sind als gelochte Zylindermantelflächen ausgeführt. Ein besonderer Schutz für den Stator ist nicht vorgesehen.
Eine andere Bauart für einen Homogenisator ist in dem Dokument GB 638,966 A beschrieben. Sie weist einen gelochten Rotor und einen geschlitzten Stator auf. Weder der Rotor noch der Stator haben sich axial erstreckende Zähne.
In dem Dokument DE 1034149 B ist ein Kreiselmischer ganz anderer Bauart beschrieben. In seinem Gehäuse dreht sich ein als Schleuderrad ausgebildeter Rotor. Außen am dem Schleuderrad ist ein sich in axialer Richtung erstreckendes Drahtgeflecht angeordnet. In geringem Abstand von dem Rotor mit dem Drahtgeflecht ist ein weiteres Drahtgeflecht in dem Gehäuse feststehend angeordnet. Ferner sind in dem Gehäuse in beträchtlichem Abstand von dem Drahtgeflecht eine Mehrzahl feststehender Schaufeln angeordnet. Eine Rotor- oder Statorverzahnung weist der Kreiselmischer nicht auf. Ein besonderer Schutz gegen Fremdkörper ist nicht vorgesehen.
Ausgehend von einem Homogenisator gemäß dem Dokument EP 0 290 033 A liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Homogenisator der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Rotor- und Statorverzahnung besser gegen Beschädigung oder Zerstörung durch harte Fremdkörper geschützt ist, wobei dieser Schutz die Homogenisatorleistung nicht oder allenfalls unwesentlich mindert.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß bei einem Homogenisator der eingangs genannten Art am Rotor eine gesonderte Schutzverzahnung vorgesehen ist, die radial innerhalb von der ersten Statorverzahnung angeordnet ist und in Axialrichtung gesehen wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei übereinander angeordnete, durch Stege getrennte Öffnungen aufweist, deren lichte Weite an die minimale Größe abzuhaltender Fremdkörper angepaßt ist und im Bereich von 1 bis 5 mm liegt.
Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert. Der Homogenisator weist einen Rotor und einen Stator auf, die relativ zueinander in eine Drehbewegung versetzt werden können. Vorzugsweise ist der Stator ortsfest und der Rotor drehbar, doch ist dies im Rahmen der Erfindung nicht zwingend erforderlich. Ggf. kann auch der Stator (bspw. gegenläufig zum Rotor) verdrehbar sein. Entscheidend ist lediglich, daß sich Rotor und Stator relativ zueinander drehen können, um die unten näher beschriebene Homogenisier- und Dispergierwirkung zu erzielen.
Rotor und Stator weisen zueinander konzentrische Verzahnungen auf. Der Begriff Verzahnung bezeichnet jegliche Öffnungen in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Wand von Rotor bzw. Stator, durch die das Mischgut im Homogenisatorbetrieb in Radialrichtung nach außen durchtritt. Eine solche Verzahnung kann einzelne Öffnungen in einer ansonsten geschlossenen, in Umfangsrichtung verlaufende Wand aufweisen. Häufig wird jedoch die Verzahnung gebildet durch eine auf einem Umfangsabschnitt von Rotor bzw. Stator angeordnete Vielzahl von sich axial erstreckenden Zähnen, die Prallflächen für das Homogenisiergut aufweisen. Letztere Ausführung wird in Anspruch 1 für die Rotor- oder eine Statorverzahnungen gefordert. Soweit in den Ansprüchen und der Beschreibung die Begriffe "axial" bzw. "radial" verwendet werden, ist die Axialrichtung immer durch die Drehachse des Rotors definiert.
Die technische Wirkung der zueinander konzentrischen Verzahnungen ist folgende: Das in den üblicherweise axialen Einlauf des Homogenisators einströmende Mischgut wird von der radial innersten Rotorverzahnung erfaßt und mit einer Umfangsgeschwindigkeit entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit dieser Verzahnung beaufschlagt. Durch die Zentrifugalkraft (ggf. unterstützt durch separate Pumpflügel im Rotor oder die Pumpwirkung der Verzahnungsflächen) wird das Gut nach außen geschleudert und trifft mit hoher kinetischer Energie auf die dann folgende Statorverzahnung. Die kinetische Energie des Gutes wird so in Dispergierwirkung umgesetzt. Radial außen von dieser ersten Statorverzahnung können sich weitere Rotorund ggf. Statorverzahnungen anschließen.
Damit der Homogenisator seine Dispergierwirkung ausüben kann, benötigt er wenigstens eine Rotor- und eine Statorverzahnung, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, sowie eine gesonderte Schutzverzahnung. Bevorzugt sind erfindungsgemäß jedoch Homogenisatoren, die jeweils zwei (u.U. auch mehrere) Rotor- und Statorverzahnungen aufweisen.
Die Schutzverzahnung weist in Axialrichtung gesehen jeweils wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei übereinander angeordnete Öffnungen aufweist.
Häufig ist es erwünscht, die Bewegungsenergie des Rotors nicht nur in Dispergierwirkung, sondern auch in Pumpwirkung zur Förderung des Homogenisiergutes umzusetzen. Dies kann geschehen durch den Einbau zusätzlicher sogenannter Pumpflügel in den Rotor, die eine Pumpwirkung vergleichbar einer Kreiselpumpe ausüben. Eine solche Pumpwirkung kann jedoch zusätzlich oder statt dessen auch durch entsprechend gestaltete Flächen der Rotorverzahnung ausgeübt werden. Vorzugsweise weist die Verzahnung dann zur Radialrichtung geneigte Flächen auf, die eine Pumpwirkung ausüben.
Der Kern der Erfindung liegt darin, radial innerhalb der ersten Statorverzahnung eine gesonderte Schutzverzahnung vorzusehen. Diese verhindert, daß Fremdkörper über einer bestimmten kritischen Größe den Rotor verlassen und damit in den Bereich der kritischen Rotor- und Statorübergänge und schließlich in den bzw. die nachfolgenden Statorverzahnungen geraten und dort Beschädigungen hervorrufen. Erreicht wird dies durch eine besondere Ausbildung der Schutzverzahnung, indem ihre Öffnungen durch Stege in mehrere übereinander geordnete, kleinere Öffnungen unterteilt werden. Die Abmessungen dieser Öffnungen sind dabei so bemessen, daß sie eine lichte Weite im Bereich von 1 bis 5 mm aufweisen. Es hat sich gezeigt, daß damit das Eindringen von kritischen Fremdkörpern in die in Flußrichtung gesehen dahinter angeordneten Stator- bzw. Rotorverzahnungen verhindert werden kann. Auf diese Weise können Beschädigungen durch zu große und zu schwere Fremdkörper vermieden werden.
Diese Schutzverzahnung verhindert, daß in den Homogenisator eintretende Fremdkörper radial nach außen auf die erste Statorverzahnung geschleudert werden und dabei den Homogenisator zerstören. Die Fremdkörper werden von der Schutzverzahnung aufgefangen und verbleiben im Rotor, sie können beim Reinigen des Homogenisators entfernt werden. Die lichte Weite der Öffnungen dieser Schutzverzahnung darf nicht größer sein als die minimale Größe möglicher Fremdkörper, deren Durchtritt durch die ineinander greifenden Rotor/Statorverzahnungen man noch verhindern möchte. Die größte lichte Weite der Öffnungen der Schutzverzahnung liegt im Bereich 1 bis 5 mm, vorzugsweise 2 bis 4 mm liegen. Es ist in der Regel ausreichend, die lichte Weite so zu bemessen, daß metallische Fremdkörper von der Größe einer Schraube bzw. Mutter der Gewindegröße M3 noch am Durchtritt gehindert werden.
Überraschenderweise bewirkt die erfindungsgemäße Schutzverzahnung nicht eine Leistungsminderung, sondern im Gegenteil eine Leistungssteigerung des Homogenisators. Diese Leistungssteigerung ist um so größer, je viskoser das durch den Homogenisator geführte Mischgut ist. Vermutlich liegt dies daran, daß die Seitenwände der Öffnungen der Schutzverzahnung eine zusätzliche Pumpwirkung ausüben und so die Leistung erhöhen.
Vorzugsweise enthalten einige oder alle Öffnungen der Schutzverzahnung in Axialrichtung verlaufende Wandabschnitte bzw. Wandflächen. Bspw. können die Öffnungen der Schutzverzahnungen rechteckig sein, wobei zwei gegenüberliegende Rechteckseiten in Axialrichtung verlaufen. Diese in Axialrichtung verlaufenden Wandflächen können mit der ersten Statorverzahnung einen Winkel einschließen, der zwischen 0 und 90°, vorzugsweise zwischen 0 und 60°, weiter vorzugsweise zwischen 0 und 40° liegt. Ein Winkel von 0° bedeutet, daß bei einer entsprechenden Drehstellung von Rotor und Stator zueinander die Wandungen von Schutzverzahnung und erster Statorverzahnung miteinander fluchten, d.h. in einer Ebene liegen. Die in Axialrichtung verlaufenden Wandflächen in den Öffnungen der Schutzverzahnung können genau in der Radialebene verlaufen, wenn das Mischgut in erster Linie zwecks Erzielung einer guten Dispergierwirkung in Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt werden soll. Sie können aber auch relativ zur Radialebene geneigt sein, wenn sie auf das Mischgut gleichzeitig eine Pumpwirkung ausüben sollen.
In der Regel weisen die ineinander greifenden Rotor- und Statorverzahnungen abhängig von der Größe des Homogenisators eine axiale Höhe von einigen Zentimetern oder mehr auf.
Überraschenderweise erhält man eine besonders gute Dispergierwirkung und Förderleistung eines erfindungsgemäßen Homogenisators, wenn jede axiale Reihe von Öffnungen gegenüber den in Umfangsrichtung der Schutzverzahnung benachbarten Reihen von Öffnungen in Axialrichtung versetzt angeordnet ist. Die axiale Versetzung erfolgt vorzugsweise um ein Maß, das der Hälfte der Summe aus axialer lichter Weite einer Öffnung und axialer Dicke eines zwei Öffnungen in Axialrichtung trennenden Steges entspricht. Dies bedeutet, daß jeweils der Trennsteg zwischen zwei axial übereinander angeordneten Öffnungen auf der axialen Höhe der Mitte einer Öffnung der in Ümfangsrichtung benachbarten Öffnungsreihe verläuft (siehe auch Fig. 3).
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1
einen teilweisen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Homogenisator;
Fig. 2
einen Axialschnitt durch Rotor und Stator;
Fig. 3
eine Ansicht des Schutzverzahnungsringes senkrecht zu dessen Axialebene;
Fig. 4
eine Ansicht wie Fig. 2 eines Homogenisators des Standes der Technik.
Der erfindungsgemäße Homogenisator weist eine mit einer Nabe 2 versehene Welle 1 auf, die von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Antrieb angetrieben wird. Mit der Welle 1 ist ein Rotor 3 drehfest verbunden. Der Rotor 3 weist zwei zueinander konzentrische Rotorverzahnungen 4 und 5 auf. Bei der inneren Rotorverzahnung 4 handelt es sich um die erfindungsgemäße Schutzverzahnung. Mit dem Homogenisatorgehäuse 6 ist der Stator verbunden, der zwei zueinander konzentrische Statorverzahnungen 7, 8 aufweist. Eine mit dem Stator verbundene Statorabdeckung 9 deckt den Rotor 3 an seinem Außenumfang ab und bildet gleichzeitig den mit 10 bezeichneten Zulauf des Homogenisators.
Am Außenumfang des Homogenisatorgehäuses 6 ist ein zur Homogenisatorwelle 1 konzentrische Kanal 11 angeordnet, der den Ablauf des Homogenisators bildet. Er ist mit einem Ablaufstutzen 12 verbunden.
Der erfindungsgemäße Homogenisator ist in eine Öffnung am Boden eines bei 13 angeordneten Mischbehälters eingesetzt.
Zwischen dem Homogenisatorgehäuse 6 und der Statorabdeckung 9 ist ein Ringkanal 14 vorgesehen, der den Ablauf 11 mit dem Produktraum des Mischbehälters 13 verbindet. Ein von einer bei 15 angedeuteten Federeinrichtung vorgespannter Dichtring 16 dichtet den Ringkanal 14 statisch gegenüber dem Ablauf 11 ab. Er liegt abdichtend an einer abgeschrägten Fläche 17 des Homogenisatorgehäuses 6 an. Bei niedrigem Druck im Auslauf 11 des Homogenisators liegt der Dichtring 16 abdichtend an und das Homogenisiergut wird durch den Stutzen 12 abgefördert. Steigt bspw. durch Absperren des Stutzens 12 der Druck im Auslauf 11 an, hebt der Dichtring 16 gegen die Federkraft von seinem Sitz ab, so daß das Homogenisiergut aus dem Auslauf 11 durch den Kanal 14 unmittelbar in das Innere des Mischbehälters 13 zurückgefördert wird. Bezüglich der mit diesen beiden unterschiedlichen Fördermöglichkeiten verbundenen Vorteile wird auf die Offenbarung der DE 195 37 303 A1 verwiesen.
Das konzentrische Ineinandergreifen der Schutzverzahnung 4 und Verzahnung 5 des Rotors und der beiden Verzahnungen 7, 8 des Stators ist insbesondere in Fig. 2 zu erkennen. Man erkennt dort auch die zusätzlichen Pumpflügel 18 des Rotors, die dessen Förderleistung (Pumpleistung) erhöhen.
Man erkennt in Fig. 2, daß radial innen von der ersten, d.h. radial innersten Statorverzahnung 7 die erfindungsgemäße Schutzverzahnung 4 angeordnet ist. Diese Schutzverzahnung ist als ein Ring ausgebildet, in den (bspw. mittels eines Lasers) Öffnungen der gewünschten Größe geschnitten sind. Alle weiteren Verzahnungen, d. h. die Statorverzahnungen 7, 8 und die radial äußere Verzahnung 5 sind dagegen gebildet durch Reihen von sich in Axialrichtung erstreckenden einzelnen Zähnen, wie aus der Zusammenschau der Fig. 1 und 2 zu erkennen ist. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß jeweils benachbarte axiale Reihen von Öffnungen 19 der Schutzverzahnung 4 in Axialrichtung versetzt zueinander angeordnet sind (vgl. bspw. die mit 20 und 21 bezeichneten Reihen). Diese versetzte Anordnung der Öffnungsreihen ist erfindungsgemäß zwar bevorzugt, jedoch nicht unbedingt erforderlich.
In Fig. 2 erkennt man, daß die axial verlaufenden Wandflächen 22 der Rotorverzahnung 5 und 23, 24 der Statorverzahnungen 7, 8 genau in radialer Richtung laufen, d.h. parallel zu der bei 25 angedeuteten Axialebene. Im Rahmen der Erfindung können diese Wandflächen 22, 23, 24 auch relativ zur Radialrichtung geneigt sein, um eine höhere Pump- und/oder Dispergierwirkung zu erzielen.
Dagegen sind die in Axialrichtung verlaufenden Wandflächen 26 der Schutzverzahnung 4 gegenüber der Radialrichtung (bzw. Axialebene) um einen bei 27 angedeuteten Winkel a geneigt angeordnet.
Bei Betrieb des erfindungsgemäßen Homogenisators wird das Mischgut über dem Zulauf 10 dem Homogenisator zugeführt. Das Gut wird zunächst von den Pumpflügeln 18 erfaßt und auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die sowohl eine Radialkomponente als auch eine Komponente in Umfangsrichtung besitzt. Das Gemisch tritt in die Öffnungen 19 der Schutzverzahnung 4 ein, wird von den Wandflächen 26 weiter beschleunigt und prallt auf die Wandflächen 23 der ersten Statorverzahnung 7. Das aus der Statorverzahnung 7 nach außen austretende Gemisch wird von der zweiten Rotorverzahnung 5 erfaßt, wiederum beschleunigt und auf die Wandflächen 24 der zweiten Statorverzahnung 8 geschleudert. Das homogenisierte und dispergierte Gemisch tritt in den Ablauf 11 aus und wird entweder durch den Stutzen 12 oder durch den Kanal 14 abgefördert.
Sofern in dem dem Homogenisator zugeführten Gemisch harte Fremdkörper enthalten sind, deren Größe die lichte Weite der Öffnungen 19 der Schutzverzahnung 4 entweder erreicht oder überschreitet, können diese durch die Schutzverzahnung 4 nicht hindurchtreten. Sie werden im Rotor 3 festgehalten und können dementsprechend nicht auf die erste Statorverzahnung 7 und anschließende Verzahnungen geschleudert werden.
Die nachfolgende Tabelle belegt die durch die erfindungsgemäße Schutzverzahnung erreichte Leistungssteigerung gegenüber einem herkömmlichen Homogenisator, der keinerlei Einrichtungen zum Schutz vor Fremdkörpereintritt aufweist. Die Versuche wurden durchgeführt mit konzentrierter wäßriger Sorbitollösung (70 Gew.-% Sorbitol, 30 Gew.-% Wasser).
Umfangsgeschwindigkeit der Rotoraußenkante Leistungserhöhung gegenüber einem herkömmlichen Homogenisator bei einem Innendruck im Mischbehälter von
[m/s] 1.000 mbar 400 mbar 200 mbar
11,15 1,42 1,36 1,46
16,72 1,57 1,74 1,64
20,07 1,43 1,48 1,49
23,42 1,35 1,42 1,36
25,39 1,31 1,39 1,31
26,76 1,23 1,48 1,18
31 1,24 1,33 1,02
Aus der Tabelle sind die Faktoren ersichtlich, um die sich die Förderleistung eines erfindungsgemäßen Homogenisators bei verschiedenen Betriebszuständen gegenüber einem herkömmlichen Homogenisator (dargestellt in Fig. 4) erhöht. Der herkömmliche Homogenisator weist keine Schutzverzahnung auf, an die Pumpflügel 18 schließt radial außen unmittelbar die erste Statorverzahnung 7 an. Man erkennt, daß sich im Durchschnitt die Förderleistung um etwa ein Drittel erhöht.

Claims (6)

  1. Homogenisator zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, mit einem Rotor (3) und einem Stator, die zueinander konzentrische Verzahnungen (5, 7, 8) mit sich axial erstreckenden Zähnen aufweisen, wobei eine Rotorverzahnung (5) radial außerhalb einer inneren Statorverzahnung (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Rotor (3) eine gesonderte Schutzverzahnung (4) vorgesehen ist, die radial innerhalb von der ersten Statorverzahnung (7) angeordnet ist und in Axialrichtung gesehen wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei übereinander angeordnete durch Stege getrennte Öffnungen (19) aufweist, deren lichte Weite an die minimale Größe abzuhaltender Fremdkörper angepaßt ist und im Bereich von 1 bis 5 mm liegt.
  2. Homogenisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (19) der Schutzverzahnung (4) in Axialrichtung verlaufende Wandflächen (26) aufweisen.
  3. Homogenisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wandflächen (26) mit axial verlaufenden Wandflächen (23) der ersten Statorverzahnung einen Winkel einschließen, der zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 0° und 60°, weiter vorzugsweise zwischen 0° und 40° liegt.
  4. Homogenisator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (19) der Schutzverzahnung (4) rechteckig sind.
  5. Homogenisator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede axiale Reihe (20) von Öffnungen (19) gegenüber den in Umfangsrichtung der Schutzverzahnung benachbarten Reihen (21) von Öffnungen (19) in Axialrichtung versetzt angeordnet ist.
  6. Homogenisator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Versetzung um ein Maß erfolgt, das der Hälfte der Summe aus axialer lichter Weite einer Öffnung (19) und axialer Dicke eines zwei Öffnungen (19) in Axialrichtung trennenden Steges entspricht.
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