DE4037665A1 - Mehrstufige homogenisierungsvorrichtung mit regelbaren drosselquerschnitten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Homogenisiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie kann z. B. zur Homogenisierung von Milch dienen, worunter die Zerkleinerung und gleichmäßige Verteilung der Fettkügelchen zu verstehen ist. Die Größe der Fettkügelchen wird dabei so reduziert, daß sie nicht mehr durch Auf­ triebskräfte an die Milchoberfläche steigen.

Es sind mehrstufige Homogenisiervorrichtungen bekannt, bei denen Ventilver­ schlußelemente durch die Kraft von vorgespannten Druckfedern gegen Ventilsitze gedrückt werden. Die Druckfedervorspannungen sind so eingestellt, daß sie im Gleichgewicht mit der auf die Ventilverschlußelemente wirkenden Kraft durch den Staudruck der zu homogenisierenden Flüssigkeit Drosselquerschnittgrößen erge­ ben, die zu einer Homogenisierung der durchströmenden Flüssigkeit führen.

Es sind ebenfalls Homogenisiervorrichtungen bekannt, bei denen die Größe von Drosselquerschnitten mit Hilfe von hydraulisch druckbeaufschlagten Kolben einge­ stellt wird.

Nachteilig an den mehrstufigen Homogenisiervorrichtungen, bei denen die Ventil­ verschlußelemente durch Druckfedern belastet sind, ist, daß die Druckfedern wäh­ rend des Homogenisierungsprozesses nicht eingestellt werden können und die Homogenisiervorrichtung nicht regelbar ist. An Homogenisiervorrichtungen, bei denen die Größe des Drosselquerschnittes durch hydraulisch druckbelastete Kolben eingestellt wird, ist nachteilig, daß die Hydraulikflüssigkeit wegen möglicher Leckagen zu Verunreinigungen führen kann und daß sie relativ aufwendig und teuer sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine relativ einfach aufgebaute mehrstufige Homogenisiervorrichtung zu schaffen, die während des Betriebes einstellbar und die regelbar ist und die ohne ein zusätzliches Hydraulikmedium betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung kann weiter ausgestaltet sein entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 4.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil ist darin zu sehen, daß die Einstellung aller Drosselquerschnitte während des Homogenisierungsprozesses erfolgen kann und damit eine Regelung des Homogenisators möglich wird. Ein weiterer Vorteil be­ steht darin, daß die zu homogenisierende Flüssigkeit selbst als Hydraulikmedium genutzt wird.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Homogenisators ist in der Fig. 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen zweistufigen Homogenisator im Längsschnitt. Er besteht aus dem Homogenisatorgehäuse (1), das einerseits einen Flansch (2) für den An­ schluß einer nicht dargestellten Homogenisatorpumpe sowie eine Eintrittsbohrung (3) mit einem Ventilsitz (4) und andererseits ein Außengewinde (5) aufweist. Zen­ tral in der Längsachse ist es mit einer Stufenbohrung (6) und einem Ringkanal (7) versehen. In den Ringkanal (7) mündet quer zur Längsachse eine Austrittsbohrung (8). Hinter der 1. Stufe der Stufenbohrung (6) ist eine quer zur Längsachse liegen­ de Entlüftungsbohrung (9) vorgesehen. In dem vorderen Teil der Stufenbohrung (6) befindet sich ein in der Längsachse stufenförmig aufgebohrter, mit Dichtungen (10, 11) versehener, verschiebbarer Differentialkolben (12). In der größeren Boh­ rung des Differentialkolbens (12) ist eine Druckfeder (13) sowie verschiebbar ein Ventilverschlußteil (14.1, 14.2) angeordnet. Das Ventilverschlußteil (14.1, 14.2) besteht aus einem in der Längsachse stufenförmig aufgebohrten Führungsteil (14.1), das auf einer Stirnseite mit zwei um 90° gegeneinander versetzten Schlit­ zen versehen ist, und einer in der 1. Stufe der Stufenbohrung eingesetzten Kugel (14.2). Hinter dem Differentialkolben (12) ist ein Ventilkörper (15) angeordnet, der mit Hilfe von zwei Dichtringen (16) gegen den Ringkanal (7) abgedichtet und mit Hilfe eines Sicherungsringes (17) fest mit dem Homogenisatorgehäuse (1) verbun­ den ist.

Der Ventilkörper (15) ist auf einer Stirnseite mit einer Eintrittsbohrung (18) und mit einem Ventilsitz (19) versehen, die in eine zentrale Bohrung (20) münden und über eine Querbohrung (21) mit dem Ringkanal (7) und der Austrittsbohrung (8) im Homogenisatorgehäuse (1) verbunden sind. In der zentralen Bohrung (20) des Ventilkörpers (15) befindet sich vor dem Ventilsitz (19) ein Ventilverschlußteil (22.1, 22.2). Es besteht aus einem in der Längsachse stufenförmig aufgebohrten Füh­ rungsteil (22.1), das auf einer Stirnseite mit zwei um 90° gegeneinander vesetzten Schlitzen versehen ist und einer in dem vorderen Teil der Stufenbohrung einge­ setzten Kugel (22.2). Hinter dem Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) befindet sich eine Druckfeder (23) und ein verschiebbarer, mit Hilfe eines Dichtringes (24) dichtend in die zentrale Bohrung (20) des Ventilkörpers (15) eingesetzter Stellkolben (25). Mit dem Stellkolben (25) ist eine Stellmutter (26), die auf das Außengewinde (5) des Homogenisatorgehäuses (1) geschraubt ist, drehbar verbunden.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der Homogenisiervorrichtung beschrie­ ben: Die von einer Pumpe geförderte, zu homogenisierende Flüssigkeit fließt in die Eintrittsbohrung (3) und drückt das Ventilverschlußteil (14.1, 14.2) gegen die Kraft der Druckfeder (13) zurück, so daß zwischen Ventilsitz (4) und Kugel (14.2) ein Drosselquerschnitt für den Durchfluß frei wird. Nach dem Passieren der Drossel­ stelle strömt die Flüssigkeit über Schlitze in der Stirnseite des Führungsteiles (14.1) durch dessen zentrale Bohrung und die zentrale Bohrung des Differentialkol­ bens (12) zur Eintrittsbohrung (18) des Ventilkörpers (15) und drückt das Ventilver­ schlußteil (22.1, 22.2) gegen die Kraft der Druckfeder (23) zurück, so daß zwischen Ventilsitz (19) und Kugel (22.2) ein Drosselquerschnitt für die Strömung frei wird und die Flüssigkeit über Schlitze auf der Stirnseite des Führungsteils (22.1) und eine axiale Bohrung im Führungsteil (22.1) sowie eine Querbohrung (21) im Ventil­ körper (15) in den Ringkanal (7) und die Auslaßbohrung (8) gelangt. Die Druckfeder (23) ist durch den Stellkolben (25) und die Stellmutter (26) vorge­ spannt und verursacht vor dem Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) einen Staudruck, dessen Kraftwirkung auf das Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) mit der Vorspannkraft der Druckfeder (23) im Gleichgewicht steht. Die Größe des sich bei der eingestell­ ten Vorspannung der Druckfeder (23) einstellenden Drosselquerschnittes wird von der Menge der die Drosselstelle passierenden Flüssigkeit bestimmt. Der durch die Vorspannkraft der Druckfeder (23) vor dem Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) erzeugte Staudruck wirkt gleichzeitig auch auf den Differentialkolben (12), der durch ihn verschoben wird, bis die auf ihn wirkende Kraft im Gleichgewicht steht mit der Kraft der bei dieser Verschiebung vorgespannten Druckfeder (13). Die durch den Staudruck erzeugte Kraft auf den Differentialkolben (12) ist bestimmt durch die Differenz seiner druckbeaufschlagten Stirnflächen. Die Größe des sich zwischen Ventilsitz (4) und Kugel (14.2) einstellenden Drosselquerschnittes ist, bei gegebenem Staudruck vor dem Ventilverschlußteil (22.1, 22.2) und damit auch gegebener Vorspannkraft der Druckfeder (13) von der durchströmenden Flüssig­ keitsmenge abhängig. Die Größe der Vorspannkraft der Druckfeder (13) bestimmt die Höhe des Staudruckes vor dem Ventilverschlußteil (14.1, 14.2). Die Summe der Staudrücke vor den Ventilverschlußteilen (14.1, 14.2) und (22.1, 22.2) ergibt im wesentlichen die Höhe des von der Pumpe des Homogenisators aufzubringenden Förderdruckes. Die Abstufung der Staudrucke vor den Ventilverschlußteilen (14.1, 14.2) und (22.1, 22.2) richtet sich nach der Art der zu homogenisierenden Flüssig­ keit und wird durch die Größe der Flächendifferenz der durckbeaufschlagten Stirn­ flächen am Differentialkolben (12) festgelegt. Die absolute Höhe der Staudrucke ist frei über die Stellmutter (26) einstellbar und ist von der Art der zu homogenisieren­ den Flüssigkeit abhängig.

In dem Drosselquerschnitt zwischen Ventilsitz (4) und Kugel (14.2) sowie Ventilsitz (19) und Kugel (22.2) erfolgt eine Absenkung des statischen Druckes der durch­ strömenden Flüssigkeit bis zur Dampfdruckgrenze, wodurch Kavitationsblasen entstehen, die bei ihrem Zusammenfall hinter den Drosselstellen eine Zerkleine­ rung der in der Flüssigkeit verteilten flüssigen und festen Partikel bewirken. Außer­ dem wirkt die Enge des Drosselquerschnittes verbunden mit einer hohen Strö­ mungsgeschwindigkeit zerkleinernd auf die flüssigen oder festen Partikel. Durch Verwirbelung hinter der Drosselstelle erfolgt eine gleichmäßige Verteilung der zerkleinerten Partikel in der Flüssigkeit.

Bei der erfindungsgemäßen Homogenisiervorrichtung kann die absolute Größe der Staudrucke vor den Drosselstellen und die Größe der Drosselquerschnitte bei Nutzung einer z. B. mit elektrischer Hilfsenergie angetriebenen Verstellvorrichtung (Linear- oder Rotationsmotor) für die Verstellung der Einstellmutter (26) bzw. des Einstellkolbens (25) auch automatisch geregelt werden, so daß eine optimale, energiesparende Homogenisierung der dem Homogenisator zugeführten Flüssig­ keit erfolgen kann.

Durch Erhöhung der Anzahl der Differentialkolben in einer der Erfindung gemäßen Homogenisiervorrichtung kann die Anzahl der Drosselstellen und damit der Homo­ genisierstufen erhöht und den Erfordernissen der zu homogenisierenden Flüssig­ keit angepaßt werden.

Bei Verwendung mehrstufiger Kolbenpumpen zur Flüssigkeitsförderung durch den Homogenisator und einem damit verbundenen relativ gleichmäßigen Förderstrom, kann der Differentialkolben (12) auch direkt auf das Ventilverschlußteil (14.1, 14.2) wirken. Die Druckfeder (13) ist dann entbehrlich.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Homogenisieren einer Mischung, die aus flüssigen oder festen Teilen in einer Flüssigkeit besteht, mit mehreren in einem Gehäuse in Strö­ mungsrichtung hintereinander angeordneten, aus Ventilsitz und Ventilver­ schlußteil gebildeten Drosselstellen, gekennzeichnet durch wenigstens eine Einstellmechanik für die Einstellung des Drosselquerschnittes an einer Drosselstelle und Differentialkolben für die selbst­ tätige hydraulische Einstellung der Drosselquerschnitte der übrigen Drosselstel­ len.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmechanik und die Differentialkolben über Druckfedern auf Ventilverschlußteile wirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialkolben direkt auf Ventilverschluß­ teile wirken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmechanik durch eine Hilfsenergie betätigt wird.