Homogenisator für die Herstellung fliessfähiger Produkte

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf einen Homogenisator für die Herstellung fließfähiger Produkte wie Emulsionen, Salben, Cremes, Mayonnaisen oder dergleichen. Der Homogenisator ist in Form eines Kreiselhomogenisators ausgebildet, wobei die Rotorschaufeln (11) in der einen Drehrichtung für optimalen Homogenisierbetrieb und in der entgegengesetzten Richtung für einen optimalen Pumpbetrieb ausgelegt sind. Durch ein­faches Umschalten der Drehrichtung des Rotors (1) kann somit der Homogenisator als wirkungsvolle Pumpe betrieben werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Homogenisator für die Her­stellung eines fließfähigen Produktes wie Emulsion oder dergleichen mit einem von einem Motor angetriebenen und Rotorschaufeln aufweisenden Stator, der den Rotor um­gibt und durch den das Gut von innen nach außen strömt.

[0002] Homogenisatoren solcher Bauart arbeiten zur Erzeugung einer intensiven Homogenisierung mit starken Verwirbelungen und damit ungünstigen Strömungsverhältnissen, so daß zur Ver­arbeitung von hochviskosen Produkten verhältnismäßig hohe Antriebsenergien erforderlichen sind. Solche Homogenisatoren erzeugen wegen dieser Verwirbelungen nur eine sehr geringe Pumpwirkung, so daß zur Umwälzung des fließfähigen Produktes entweder Zusatzpumpen verwendet werden müssen oder am Rotor des Homogenisators Zusatzflügel oder dergleichen angebracht werden, um die Pumpwirkung zu verbessern (DE-OS 34 17 242). Solche Lösungen oder Sonderkonstruktionen bedeuten jedoch einen verhältnismäsig hohen Aufwand, eine Komplizierung des Homogenisators sowie eine eventuell erhöhte Störanfällig­keit.

[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Homogenisator vorzuschlagen, mit dem auf einfache Weise auf höhere Pumpwirkung umgestellt werden kann, ohne daß dies einen höheren Aufwand bedeutet.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Homogenisator der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist daß der Rotor sowohl in der einen als auch in der anderen Drehrichtung antreibbar ist und daß die Förderflächen der Rotorschaufeln gegenüber den Durchflußöffnungen des Stators derart geformt sind, daß in der einen Drehrichtung der Strom des fließfähigen Produktes etwa rechtwinklig auf die Wände der Durchflußöffnungen auftritt und eine optimale Homoge­nisierungswirkung erzielt wird, in der anderen Drehrichtung jedoch in Richtung der Durchflußöffnungen gerichtet ist und eine optimale Pumpwirkung erzielt.

[0005] Diese Lösung hat den wesentlichen Vorteil, daß das Umschalten des Homogenisators auf Pumpbetrieb auf sehr einfache, nämlich bei Antrieb durch einen Elektromotor auf elektrische Weise möglich ist, ohne daß hierzu Ventile oder dergleichen betätigt werden müssen. Da Homogenisatoren wegen der zur Homogenisierung notwendigen hohen Antriebsleistung für diese hohen Leistungen bereits ausgelegt sind, können nach Umschalten der Drehrichtung sehr hohe Pumpleistungen erzielt werden.

[0006] Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorschaufeln mit in der einen Drehrichtung wirksamen, für das Homogenisieren ausgebildeten, ersten Förderflächen und mit in der anderen Drehrichtung wirksamen, für ein optimales Pumpen ausgebildeten, zweiten Förderflächen versehen ist.

[0007] Der Homogenisator ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß die ersten Förderflächen der Rotorschaufeln etwa radial ver­laufen und daß die zweiten Förderflächen einen spiralförmigen Verlauf mit sich bei Drehung in der anderen Drehrichtung gegen­über dem Stator stetig verminderndem Abstand aufweisen. Die ersten und zweiten Förderflächen der Rotorschaufeln sind vor­zugsweise derart geformt, daß ihre Richtungskomponenten in den beiden Drehrichtungen etwa senkrecht zueinander verlaufen. Eine solche extreme Form hat die Wirkung, daß während des Homogenisierungsbetriebes praktisch nur eine Verwirbelung und Homogenisierung ohne nennenswerte Pumpwirkung stattfindet, während beim Pumpbetrieb optimale Strömungsverhältnisse vor­liegen, so daß mit verhältnismäßig geringer Energie hohe Pump­leistungen zu erzielen sind.

[0008] In Anpassung an die Ausbildung der Förderflächen der Rotorschaufeln weist der Stator zweckmäßigerweise eine Mehrzahl von am Umfang verteilten Leitschaufeln auf, deren Durchflußöffnungen etwa parallel zu der Richtungskomponenten bei Pumpbetrieb in der anderen Drehrichtung verlaufen. Durch diese Ausbildung werden die Strömungswiderstände mini­miert, während bei Homogenisierbetrieb die Richtungskom­ponenten etwa rechtwinklig auf die Wände an den Durchfluß­öffnungen auftreffen, was zu starken Verwirbelungen und zu einer wirksamen Homogenisierung führt.

[0009] Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine Vielzahl von gegenüber der Radialen geneigten Rotorschaufeln und der Stator eine Vielzahl von gegenüber der Radialen geneigten Leitschaufeln aufweist, daß die Neigung der Rotorschaufeln gegenüber der Neigung der Statorschaufeln ent­gegengesetzt ist, wobei vorzugsweise jeweils zwei Sätze von Rotorschaufeln und zwei Sätze von Leitschaufeln vorgesehen sind.

[0010] Ein solcher auf Pumpbetrieb umschaltbarer Homogenisator kann zweckmäßigerweise zum Abpumpen des fließfähigen Produktes nach abgeschlossener Homogenisierung unter Umkehr der Drehrichtung des Rotors und Umschaltung auf einen Abfluß verwendet werden. Ein solcher Einsatz ist anlagenmäßig besonders einfach aufzu­bauen und hat gegenüber der Verwendung einer zusätzlichen Pumpe den Vorteil, daß nicht die jeweils nicht benötigte Vor­richtung stillgelegt und eventuell vor Wiederinbetriebnahme gereinigt werden muß.

[0011] Der erfindungsgemäße Homogenisator läßt sich aber auch besonders einfach zum Umwälzen des fließfähigen Produktes oder zum Bei­mischen einer zusätzlichen Komponente zum Produkte unter Um­kehr der Drehrichtung des Rotors einsetzen. Beim Beimischen einer solchen zusätzlichen Komponente ist ein Homogenisierbe­trieb meist nicht erforderlich, so daß die hohe Pumpleistung des umgeschalteten Homogenisators zu einer hohen Umwälz- und damit Mischgeschwindigkeit führt.

[0012] Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbei­spiele unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

[0013] Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kreiselhomogenisator gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Darstellung nach der Fig. 2 bei Betrieb des Homogenisators in der einen Dreh­richtung (Homogenisierbetrieb);

Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Darstellung nach der Fig. 2 in der anderen Drehrichtung (Pumpbetrieb);

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Anwendung des er­findungsgemäßen Homogenisators zur Abpumpen oder zum Umwälzen des fließfähigen Produktes aus einem Homogenisiermischer;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungs­form der Erfindung; und

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 6.

[0014] Von dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Homogenisator werden nur die für die Erläuterung der Erfindung notwendigen Teile beschrieben.

[0015] In einem Gehäuse 3 sind ein Stator 2 und ein Rotor 1 unterge­bracht, wobei der Rotor durch eine Antriebswelle 4 angetrieben wird. Der Homogenisator weise einen Zulauf 5 und einen Ablauf 6 auf.

[0016] Wie insbesondere aus Fig. 2 sowie aus den Detaildarstellungen der Fig. 3 und 4 hervorgeht, weist der Stator 2 eine Mehrzahl von am Umfang verteilten Leitschaufeln 21 auf, die zwischen sich Durchflußöffnungen 22 bilden. Der auf der Antriebswelle 4 sitzende Rotor 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Rotorschaufeln 11 auf, die je nach Drehrichtung verschieden gestaltete erste Förderflächen 12 und zweite Förderflächen 13 aufweisen. Während die ersten Förderflächen 12 etwa radial verlaufen, sind die zweiten Förderflächen 13 spiralförmig ausgebildet und weisen bei Drehung des Rotors 1 entgegen dem Uhrzeigersinn (in Fig. 2 gesehen) einen sich gegenüber dem Stator 2 stetig vermindernden Abstand auf.

[0017] Wie insbesondere aus den vergrößerten Ausschnitten nach den Fig. 3 und 4 hervorgeht, wird bei einer Drehung im Uhr­zeigersinn entsprechend dem Richtungspfeil 16 die erste Förder­fläche 14 wirksam und das im Homogenisator befindliche fließ­fähige Produkt wird etwa in Richtung des Pfeiles 14 (Richtungs­komponente) nach außen geschleudert. Der Fig. 3 ist zu ent­nehmen, daß die Richtungskomponente 14 praktisch senkrecht auf der Hilfslinie 24 steht, die dem Verlauf der Wandungen 23 der Durchflußöffnungen 22 entspricht. Dies hat zur Folge, daß sich starke Verwirbelungen bilden und das fließfähige Produkt durch entsprechend auftretende Scherkräfte einer wirksamen Homogenisierung unterzogen wird. Die Pumpwirkung bei einer solchen Betriebsweise ist wegen der schlechten Strömungsverhältnisse außerordentlich gering.

[0018] Wird nun die Drehrichtung entsprechend der Fig. 4 und dem Pfeil 17 umgekehrt, also Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn, so werden die zweiten Förderflächen 13 wirksam, was bedeutet, daß das fließfähige Gut im Homogenisator durch die stetig gebogene Förderfläche 13 kontinuierlich etwa in Richtung des Pfeiles 15 (Richtungskomponente) nach außen gedrückt wird. Die Richtung des Pfeiles 15 entspricht dem Verlauf der Wände 23 der Durchflußöffnungen 22, so daß dem fließfähigen Produkt nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Dies führt zu einer guten Pumpwirkung, während die Homogenisierwirkung in dieser Betriebsweise praktisch gleich Null ist.

[0019] Aus einem Vergleich zwischen den Fig. 3 und 4 ist zu sehen, daß die Richtungskomponenten 14 bzw. 15 bei Homogenisierbe­trieb bzw. bei Pumpbetrieb etwa senkrecht aufeinander­stehe, was bedeutet, daß beim Homogenisierbetrieb die Strömung des fließfähigen Produktes praktisch senkrecht auf die Wandungen 23 der Leitschaufeln 21 auftreffen, so daß praktisch keine Pumpwirkung erzeugt wird. Soll dem Homogenisator jedoch eine geringfügige Pumpwirkung gegeben werden, so wird die erste Förderfläche 12 bzw. werden die Wandungen 23 des Stators 2 geringfügig abweichend von einem senkrechten Verhältnis zu­einander ausgestaltet, um eine größere nach außen gerichtete Komponente zu erzielen. Ebenso ist es möglich, bei der Be­triebsweise nach Fig. 4 eine Abweichung von der optimalen Pumpwirkung vorzusehen, wenn eine geringfügige Verwirbelung wünschenswert ist.

[0020] In Fig. 5 ist nun gezeigt, wie mit dem erfindungsgemäßen Homogenisator, bestehend aus dem Rotor 1, dem Stator 2, der Antriebswelle 4 und einem Antriebsmotor 7, ein einfaches Umschalten vom Homogenisierbetrieb auf Abpumpen oder Umwälzen geschehen kann. Zur Steuerung dieser Vorgänge ist lediglich ein Dreiwegeventil 8 erforderlich, jedoch keinerlei zusätzliche Pumpen oder Absperrventile. Ist über das Dreiwegeventil 8 der Ablauf 6 des Homogenisators mit einem Rücklauf 9 zu einem Mischbehälter verbunden, so läuft bei der einen Drehrichtung der Homogenisierbetrieb ab, wobei das den Ablauf 6 verlassende fließfähige Produkt über den Rücklauf 9 wieder in den Mischbe­hälter 10 eingeführt wird. Ist die Homogenisierung nun abge­ schlossen und soll das fließfähige Produkt nur noch umge­wälzt oder gemischt werden, gegebenenfalls unter Hinzufü­gung einer weiteren Komponente, so wird die Drehrichtung des Motors 7 umgekehrt, und der Homogenisator pumpt das fließfähige Produkt mit großer Leistung von seinem Ablauf 6 zum Rücklauf 9 und damit in den Mischbehälter 10. Dieser Umwälz- oder Mischvorgang läuft aufgrund der sehr hohen Durchsatzleistung mit großer Intensität ab.

[0021] Soll das in dem Mischbehälter 10 befindliche fließfähige Produkt jedoch lediglich über einen Abfluß 20 abgepumpt werden, so wird das Dreiwegeventil 8 umgeschaltet und der Homogenisator in umgekehrter Drehrichtung des Motors 7 (Pumpbetrieb) betrieben. In diesem Fall fließt das fließ­fähige Produkt vom Ablauf 6 über das Dreiwegeventil 8 zum Abfluß 20.

[0022] Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte zweite Ausführungs­form des erfindungsgemäßen Homogenisators weist im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel einen anders ausgebildeten Rotor 1 und einen anders ausgebildeten Stator 2 auf. Der Homogenisator ist insbesondere zwei­stufig ausgebildet, um die Homogenisierungswirkung noch weiter zu verbessern; es ist jedoch auch möglich, einen einstufigen Homogenisator in der Art der zweiten Aus­führungsform nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aufzu­bauen.

[0023] Der über eine Antriebswelle 4 angetriebene Rotor 1 ent­hält innere Rotorschaufeln 11a und äußere Rotorschau­feln 11b. Der Stator 2 weist innere Leitschaufeln 21a und äußere Leitschaufeln 21b auf, wobei jeweils Rotor­schaufeln und Leitschaufeln abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Die in Fig. 7 angedeuteten Richtungs­pfeile 17 des Rotors 1 beziehen sich auf die Pump­richtung des Homogenisators, und es wird das fließ­fähige Produkt in Richtung der Pfeile 18 angesaugt und in Richtung der Pfeile 19 in den Ablauf 6 abgepumpt. Die Durchflußöffnungen 22a zwischen den Rotorschaufeln 11a und 11b sind gegenüber der Radialen entgegen der Drehrichtung 17 geneigt (Pumprichtung), während die durchflußöffnungen 22b zwischen den Leitschaufeln 21a und 21b gegenüber der Radialen in Drehrichtung 17 ge­neigt sind. Dies bedeutet also, daß die Neigung der Rotorschaufeln 11a und 11b gegenüber der Neigung der Statorschaufeln 21a und 21b entgegengesetzt ist.

[0024] Bei der Drehung des Rotors 1 in Richtung des Pfeiles 17 (Pumprichtung) ergibt sich also ein kontinuierlicher Strom des fließfähigen Produktes von der Mitte in Richtung auf den inneren Satz von Leitschaufeln 21a, durchfließt die dazwischenliegenden Durchflußöffnungen 22b und wird anschließend durch den äußeren Satz von Rotorschaufeln 11b weiter beschleunigt und in die Durchflußöffnungen 22b der äußeren Leitschaufeln 21b gedrückt. Die Richtungen der Durchflußöffnungen 22a und 22b zwischen den Rotorschaufeln und den Leitschaufeln ist entsprechend der Viskosität des zu pumpenden Pro­duktes derart optimiert, daß sich eine optimale Pump­leistung ergibt.

[0025] Wird der Rotor 1 jedoch in Gegenrichtung des Pfeiles 17 in Drehung versetzt, so trifft der Strom des durch die Durchflußöffnungen 22a des Rotors fließenden Produktes etwa senkrecht auf die Wände der Durchflußöffnungen 22b des Stators 2, so daß sich hier eine starke Verwirbe­lung und damit eine gute Homogenisierungswirkung er­gibt.

[0026] Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der Homo­genisator derart ausgebildet ist, daß sich in der einen Drehrichtung optimale Verhältnisse für eine wirkungs­volle Homogenisierung ergeben, während in der entgegen­gesetzten Drehrichtung optimale Strömungsverhältnisse für eine optimale Pumpwirkung eingestellt sind.

Ansprüche

1. Homogenisator für die Herstellung eines fließfähigen Produktes wie Emulsion oder dergleichen mit einem von einem Motor angetriebenen und Rotorschaufeln aufweisen­den Rotor und mit einem Durchflußöffnungen aufweisenden Stator, der den Rotor umgibt und durch den das Gut von innen nach außen strömt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor sowohl in der einen (16) als auch in der anderen (17) Drehrichtung an­treibbar ist und
daß die Förderflächen (12, 13) der Rotorschaufeln (11; 11a, 11b) gegenüber den Durchflußöffnungen (22; 22b) des Stators (2) derart geformt sind, daß in der einen Drehrichtung (16) der Strom des fließfähigen Produktes etwa rechtwinklig auf die Wände (23) der Durchfluß­öffnungen (22; 22b) auftrifft und eine optimale Homo­genisierungswirkung erzielt wird, in der anderen Dreh­richtung (17) jedoch in Richtung der Durchflußöffnungen (22; 22b) gerichtet ist und eine optimale Pumpwirkung erzielt.

2. Homogenisator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorschaufeln (11) mit in der einen Drehrichtung (16) wirksamen, für das Homo­genisieren ausgebildeten, ersten Förderflächen (12) und mit in der anderen Drehrichtung (17) wirksamen, für ein optimales Pumpen ausgebildeten, zweiten Förderflächen (13) versehen sind.

3. Homogenisator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Förderflächen (12) der Rotorschaufeln (11) etwa radial verlaufen und daß die zweiten Förderflächen (13) einen spiralförmigen Verlauf mit sich bei Drehung in der anderen Dreh­richtung (17) gegenüber dem Stator (2) stetig ver­minderndem Abstand aufweisen.

4. Homogenisator nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungskomponenten (14, 15) der ersten (12) und zweiten (13) Förderflächen in den beiden Drehrichtungen (16, 17) etwa senkrecht zu­einander verlaufen.

5. Homogenisator nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) eine Mehr­zahl von am Umfang verteilten Leitschaufeln (21) auf­weist, deren Durchflußöffnungen (22) etwa parallel zu der Richtungskomponente (15) bei Pumpbetrieb in der anderen Drehrichtung (17) verlaufen.

6. Homogenisator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) eine Vielzahl von gegenüber der Radialen geneigten Rotorschaufeln (11a, 11b) und der Stator (2) eine Vielzahl von gegen­über der Radialen geneigten Leitschaufeln (21a, 21b) aufweist, daß die Neigung der Rotorschaufeln (11a, 11b) gegenüber der Neigung der Statorschaufeln (21, 21b) ent­gegengesetzt ist.

7. Homogenisator nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Sätze von Rotorschaufeln (11a, 11b) und zwei Sätze von Leit­schaufeln (21, 21b) vorgesehen sind.

8. Homogenisator nach mindestens einem der vorher­gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreiwegeventil vorge­sehen ist, über das das fließfähige Produkt einem Ab­fluß (20) zuleitbar ist.

9. Homogenisator nach einem oder mehreren der vorher­gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Umwälzen des fließ­fähigen Produktes oder zum Beimischen einer zusätz­lichen Komponente zum Produkt die Drehrichtung des Rotors (1) umgekehrt wird.

Zeichnung