DE4037957C2

DE4037957C2 - Homogenizer

Info

Publication number: DE4037957C2
Application number: DE4037957A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Bliesener
Original assignee: Bliesener Dieter Dipl-Ing
Current assignee: Bliesener Dieter Dipl-Ing
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2010-11-30
Also published as: DE4037957A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Homogenisiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie kann z. B. zur Homogenisierung von Milch dienen, worunter die Zerklei nerung und gleichmäßige Verteilung der Fettkügelchen zu verstehen ist. Die Größe der Fettkügelchen wird dabei soweit reduziert, daß sie nicht mehr durch Auftriebs kräfte an die Oberfläche steigen.The invention relates to a homogenizer the preamble of claim 1. B. for Homogenize milk, including the pulp Reduction and even distribution of the fat globules is to be understood. The size of the fat globules will change reduced to the extent that they are no longer buoyant forces rise to the surface.

Es sind bereits aus Patent- und Offenlegungsschriften Vorrichtungen zum Mischen (DE 36 28 012 A1), zum Emulgie ren (GB 1116393, DE 28 46 462 A1) und zum Homogenisieren (US 3865350) von heterogenen, fließfähigen Medien bekannt, die eine mit einer Ein- und Austrittsöffnung versehene Kammer zur Aufnahme des zu behandelnden Mediums aufweisen, in der ein oder mehrere Schwingelemente angeordnet sind, die einseitig mit einem druckdicht von der Kammer getrennt angeordneten Schwingungserzeuger verbunden sind.They are already from patent and published documents Devices for mixing (DE 36 28 012 A1), for emulsification ren (GB 1116393, DE 28 46 462 A1) and for homogenization (US 3865350) known from heterogeneous, flowable media, the one with an inlet and outlet opening Have a chamber for receiving the medium to be treated, in which one or more vibrating elements are arranged, the one side separated from the chamber with a pressure-tight seal arranged vibration generator are connected.

Nachteilig an diesen Vorrichtungen ist, daß die zur Übertragung von Druckschwingungen auf das zu behandelnde Medium dienenden Schwingelemente nur einseitig mit Energie beaufschlagt werden, und daß daher von ihnen nicht die maximal übertragbare Energie übertragen wird und diese Vorrichtungen auch nicht die maximal mögliche Durchsatzleistung erreichen.A disadvantage of these devices is that the to transmit pressure vibrations to the vibrating elements serving the medium only on one side be energized, and therefore by them the maximum transferable energy is not transferred and these devices are not the maximum possible Achieve throughput.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Homogenisier vorrichtung zu schaffen, die ein oder mehrere Schwing elemente aufweist, die von 2 Seiten optimal mit Energie beaufschlagt werden.The object of the invention is therefore a homogenizer device to create one or more vibrations has elements that are optimal from 2 sides Energy are applied.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.This task is solved with a generic Device by the characteristic features of the Claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiter ausgestaltet sein entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3.The device according to the invention can be further developed be according to the features of claims 2 and 3.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil ist darin zu sehen, daß die Homogenisierung von heterogenen, fließ fähigen Medien mit Hilfe von Druckwellen in Vorrichtun gen mit verdoppelter Durchsatzleistung ermöglicht wird. Durch die Verwendung von Schwingungserzeugern, die gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 magnetostriktive Stellelemente aus einer Legierung aus Seltenerdelementen und Eisen aufweisen, die, je nach Legierungszusammensetzung, eine 10 bis 30-fach höhere Magnetostriktion als Stellelemente aus einer herkömm lichen Eisen- Nickel- Legierung aufweisen, wird eine entsprechend höhere Effektivität bei der Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie erreicht.The advantage that can be achieved with the invention is therein see that the homogenization of heterogeneous, flows capable media using pressure waves in devices conditions with doubled throughput. Through the use of vibrators that according to the characterizing features of claim 2 magnetostrictive control elements made of an alloy Rare earth elements and iron, which, depending on Alloy composition, a 10 to 30 times higher Magnetostriction as control elements from a conventional Lichen iron-nickel alloy have a correspondingly higher effectiveness in the conversion achieved from electrical to mechanical energy.

Die Verwendung von Schwingungserzeugern mit Stellelementen mit entgegengesetzter Magnetostriktion entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 gestattet die Parallelschaltung beider Schwingungserzeuger an eine Wechselstromquelle. The use of vibration generators with control elements with opposite magnetostriction corresponding to the characteristic features of claim 3 allows the Parallel connection of both vibration generators to one AC power source.

Bei Schwingungserzeugern mit magnetostriktiven Stell elementen ist es gebräuchlich, die Stellelemente mit Dauermagneten oder mit Gleichstrom vorzumagnetisieren und diesem Magnetfeld ein Wechselstrommagnetfeld zu überlagern.For vibration generators with magnetostrictive actuators it is common to use the control elements Premagnetize permanent magnets or with direct current and an alternating current magnetic field to this magnetic field overlay.

Beim Antrieb eines Schwingelementes von zwei gegen überliegenden Seiten mit zwei Schwingungserzeugern mit Stellelementen mit gleichgerichteter Magnetostriktion müssen die sie mit elektrischer Energie versorgenden Wechselströme um 180° gegeneinander phasenverschoben sein. Diese Phasenverschiebung erübrigt sich bei Ver wendung von magnetostriktiven Stellelementen mit ent gegengesetzter Magnetostriktion.When driving a vibrating element of two against overlying pages with two vibration generators Control elements with magnetostriction in the same direction must supply them with electrical energy AC currents 180 ° out of phase with each other his. This phase shift is not necessary with Ver use of magnetostrictive control elements with ent opposite magnetostriction.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Homogeni siervorrichtung ist in der einzigen Figur dargegestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Figur zeigt einen ent sprechend den Ansprüchen 1, 2 und 3 ausgestalteten Homoge nisator im Längsschnitt. An embodiment of the Homogeni invention siervorrichtung is shown in the single figure and is in following described in more detail. The figure shows an ent according to claims 1, 2 and 3 designed homogeneous longitudinal section.

Er besteht aus den Gehäuseteilen (1, 2, 3), welche zwei Kam mern (4, 5) bilden. Gehäuseteil (1) weist eine Einströmöffnung (6), Gehäuseteil (2) eine Ausströmöffnung (7), und Gehäuseteil (3) eine Durchströmöffnung (8) auf. Die Gehäuseteile (1) und (2) sind außerdem mit zentralen Durchgangsbohrungen (9) und (10) versehen, welche Dichtringnuten mit darin eingesetzten Dichtringen (11) und (12) aufweisen.It consists of the housing parts ( 1 , 2 , 3 ), which form two chambers ( 4 , 5 ). Housing part ( 1 ) has an inflow opening ( 6 ), housing part ( 2 ) has an outflow opening ( 7 ), and housing part ( 3 ) has a throughflow opening ( 8 ). The housing parts ( 1 ) and ( 2 ) are also provided with central through bores ( 9 ) and ( 10 ) which have sealing ring grooves with sealing rings ( 11 ) and ( 12 ) inserted therein.

In den Durchgangsbohrungen (9, 10) ist eine aus den Achsteilen (13, 14, 15) zusammengesetzte Achse verschiebbar angeordnet, die an den Verbindungsstellen der Achsteile im Bereich der Kammern (4) und (5) Schwingplatten (16) und (17) trägt. Die dreiteilige Achse (13, 14, 15) wird von beiden Enden über ma gnetostriktive Stellelemente (18, 19) mit Hilfe von Flansch buchsen (20, 21), die von außen gegen die Gehäuseteile (1) und (2) geschraubt sind, zusammengespannt. Über den magnetostrik tiven Stellelementen (18, 19), von denen eines eine positive, das andere eine negative Magnetostriktion aufweist, sind pa rallelgeschaltete Elektrospulen (22, 23) angeordnet.An axis composed of the axle parts ( 13 , 14 , 15 ) is slidably arranged in the through bores ( 9 , 10 ) and at the connection points of the axle parts in the area of the chambers ( 4 ) and ( 5 ) oscillating plates ( 16 ) and ( 17 ) wearing. The three-part axis ( 13 , 14 , 15 ) is from both ends via magnetostrictive actuators ( 18 , 19 ) with the help of flange bushings ( 20 , 21 ) which are screwed from the outside against the housing parts ( 1 ) and ( 2 ), tied together. Above the magnetostrictive control elements ( 18 , 19 ), one of which has a positive, the other has a negative magnetostriction, pa-connected electric coils ( 22 , 23 ) are arranged.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der Homogenisierungs vorrichtung beschrieben:
Die von einer Pumpe geförderte zu homogenisierende Flüssigkeit gelangt durch die Einströmöffnung (6) in den Homogenisator und fließt vor der Schwingplatte (16) radial vom Zentrum nach außen und auf der Rückseite wieder zurück zum Zentrum, tritt dann durch die Durchströmöffnung (8) im Gehäuseteil (3) und fließt vor der Schwingplatte (17) ebenfalls radial vom Zentrum nach außen und auf der Rückseite wieder zum Zentrum und ver läßt den Homogenisator über die Ausströmöffnung (7).The mode of operation of the homogenization device is now described below:
The liquid to be homogenized, which is conveyed by a pump, passes through the inflow opening ( 6 ) into the homogenizer and flows in front of the oscillating plate ( 16 ) radially outwards from the center and on the back again to the center, then passes through the throughflow opening ( 8 ) in the housing part ( 3 ) and flows in front of the vibrating plate ( 17 ) also radially from the center outwards and on the back again to the center and leaves the homogenizer through the outflow opening ( 7 ).

Die parallelgeschalteten Elektrospulen (22, 23) über den ma gnetostriktiven Stellelementen (18) und (19) werden dabei über einen nicht dargestellten Sinusgenerator mit einer elektri schen Wechselspannung hoher Frequenz versorgt und erzeugen in den magnetostriktiven Stellelementen (18, 19) magnetische Wechselfelder. Das magnetostriktive Stellelement mit negativer Magnetostriktion, z. B. (18), verkürzt sich bei dem Aufbau des Magnetfeldes, unabhängig von dessen Polarität. Das andere ma gnetostriktive Stellelement mit positiver Magnetostriktion, z. B. (19), dehnt sich dagegen beim Aufbau des Magnetfeldes un abhängig von dessen Polarität aus. Die zwischen den magneto striktiven Stellelementen (18, 19) eingespannte dreiteilige Achse (13, 14, 15) mit den zwischen den Achsteilen eingespann ten Schwingplatten (16, 17) schwingen daher mit der Frequenz der Verlängerung und Verkürzung der magnetostriktiven Stell elemente (18, 19) in Achsrichtung hin und her.The parallel-connected electrical coils ( 22 , 23 ) via the magnetostrictive control elements ( 18 ) and ( 19 ) are supplied via a sine generator (not shown) with an electrical alternating voltage of high frequency and generate magnetic alternating fields in the magnetostrictive control elements ( 18 , 19 ). The magnetostrictive actuator with negative magnetostriction, e.g. B. ( 18 ), shortens the structure of the magnetic field, regardless of its polarity. The other ma gnetostrictive control element with positive magnetostriction, z. B. ( 19 ), on the other hand, expands when building the magnetic field regardless of its polarity. The three-part axis ( 13 , 14 , 15 ) clamped between the magneto-strictive control elements ( 18 , 19 ) with the oscillating plates ( 16 , 17 ) clamped between the axis parts therefore vibrate with the frequency of the lengthening and shortening of the magnetostrictive control elements ( 18 , 19 ) back and forth in the axial direction.

Die Schwingungen breiten sich auf den Schwingplatten (16, 17) radial vom Zentrum zu den Außenkanten in konzentrischen Krei sen aus und übertragen Druckenergie auf die an ihrer Oberflä che vorbeiströmende Flüssigkeit. Sie erzeugen abwechselnd Druck- und Unterdruckzonen in der Flüssigkeit. In den Unter druckzonen kommt es zu einer Druckabsenkung bis zur Dampf druckgrenze der Flüssigkeit, wodurch Kavitationsblasen entste hen, die durch ihren Zusammenfall in den Druckzonen eine Zer kleinerung der in der Flüssigkeit enthaltenen flüssigen oder festen Partikel bewirken.The vibrations spread on the vibrating plates ( 16 , 17 ) radially from the center to the outer edges in concentric circles and transmit pressure energy to the liquid flowing past their surface. They alternately create pressure and vacuum zones in the liquid. In the negative pressure zones there is a drop in pressure up to the vapor pressure limit of the liquid, which creates cavitation bubbles, which due to their collapse in the pressure zones cause the liquid or solid particles contained in the liquid to shrink.

Durch die fächerförmige Erweiterung bzw. Verengung des Strö mungsquerschnittes beim radialen Auseinanderströmen bzw. Zu sammenströmen der Flüssigkeit an den Schwingplatten kommt es zu einer Verwirbelung des Flüssigkeitsstromes und zu einer gleichmäßigen Verteilung der zerkleinerten Partikel in der Flüssigkeit. Die bei dem Durchsetzen der magnetostriktiven Stellelemente (18, 19) mit magnetischen Wechselfeldern entste hende Wärme wird durch die zu homogenisierende Flüssigkeit ab geführt.The fan-shaped widening or narrowing of the flow cross-section when the liquid flows apart or flows together at the oscillating plates causes a swirling of the liquid flow and a uniform distribution of the comminuted particles in the liquid. The heat generated when the magnetostrictive control elements ( 18 , 19 ) are passed through with alternating magnetic fields is dissipated by the liquid to be homogenized.

Es ist jedoch auch möglich, die Wärmeentwicklung durch lami nierte magnetostriktive Stellelemente zu begrenzen.However, it is also possible to keep the heat from lami limit magnetostrictive control elements.

Claims

1. Device for homogenizing a mixture of liquid or solid particles in a liquid by means of pressure waves, with a chamber having an inlet opening and an outlet opening for receiving the mixture, and with an oscillating plate arranged within the chamber, which has an axis with a Vibration generator arranged outside the chamber is connected, axial vibrations being transmitted from the vibration generator to the oscillation plate and from there acting as pressure waves on the mixture, characterized in that on the axis ( 13 , 14 , 15 ) a oscillation plate or oscillation plate group ( 16 , 17 ) is arranged at a distance from both ends of the axis ( 13 , 14 , 15 ), and that both ends of the axis ( 13 , 14 , 15 ) outside the chamber ( 4 , 5 ) each with a magnetostrictive vibration generator ( 19 , 21 , 23 ; 18 , 20 , 22 ) are connected, the two magnetostrictive vibration generators ( 19 , 21 , 23 ; 18 , 20 , 22 ) clamp the axis ( 13 , 14 , 15 ) in the axial direction.

2. Device according to claim 1, characterized in that the magnetostritive vibration generator ( 19 , 21 , 23 ; 18 , 20 , 22 ) arranged on both sides of the oscillating plate or oscillating plate group ( 16 , 17 ) are magnetostrictive adjusting elements ( 18 , 19 ) made of an alloy of rare earth elements and iron.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the on the opposite sides of the oscillating plate or oscillating plate group ( 16 , 17 ) arranged magnetostrictive vibration generator ( 19 , 21 , 23 ; 18 , 20 , 22 ) magnetostrictive actuators ( 18 , 19th ) with opposite magnetostriction.