DE2105823A1

DE2105823A1 - Vorrichtung zum Homogenisieren von Medien

Info

Publication number: DE2105823A1
Application number: DE19712105823
Authority: DE
Inventors: Arthur Toensberg Flognfeldt Johansen Oeivina Bekkestua Bratland, (Norwegen)
Original assignee: SKANDINAVISK HANDELSKOMPANI AS
Current assignee: SKANDINAVISK HANDELSKOMPANI AS
Priority date: 1970-02-06
Filing date: 1971-02-08
Publication date: 1971-08-19
Also published as: FR2079304A1; BE762576A; NL7101530A; AU2510571A; CH518731A

Description

Patentanwalt

DipL-lng; H. Strohschänk

8 München 60

Musäusstraße 5 -8. Fe D. 1971 -SFF(6)

195-9O4P

Skandinavisk Handelskompani A/S· ■ Hus/öy, N-31QQ i'/>nsberg (Norwegen)

Vorrichtung zum Homogenisieren von Medien

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Homogenisieren von -Medien wie insbesondere Milch, Milchprodukten und dergl.

nie erfindungsgemäße Vorrichtung ist zunächst und vor allem für die Behandlung von Milch und Milchprodukten wie Sahne mit unterschiedlichem Fettgehalt, verschiedenen Arten von Eiskrememischungen und dergl. gedacht. Sie läßt sich jedoch außerdem auch für die Behandlung anderer Stoffe in der Lebensmittelindustrie, der medizinischen und kosmetischen Industrie, der chemischen Industrie, der Textilindustrie, der Kunststoff- und Papierindustrie usw. verwenden.

Bei Milch und Milchprodukten sind es insbesondere die im Medium enthaltenen Fetttröpfchen, deren Homogenisierung gewünscht wird.

Die Behandlung· des iiediunis während der Homogenisierung muß mit einer vollkommenen wiederherstellung oder einem beabsichtigten Grundaufbau von Fetttröwfchen enden, welche die notwendige äußere Membran als Absorptionsfilm aufweisen, die aus Phosphorlipoiden und Proteinen in monomolekularen Schichten bestehen. Theoretisch nimmt die Albuminabaorption der Fetttröpfchen mit der Zunahme von deren Gesamtoberfläche zu. Ms zu welchem Ausmaß dies tatsächlich zutrifft, ist nicht bekannt,

wenn aber das Membranmaterial nicht in ausreichender !-»enge vorhanden ist, tritt eine Erscheinung auf, die als "Klumpen" oder Trennung des freien Fettes bezeichnet wird. Das bedeutet, daß das Fett als Bindemittel oder als freies Fett auftritt.'

Mit steigender Temperatur und mit steigendem Druck erfolgt eine Verstärkung der Molekularschwingungea. Die tatsächliche Verteilung des Membranmaterials hängt so stark von diesen Faktoren ab.

Die Fetttröpfchen können auch zu größeren zusammenhängenden Teilchen zusammenkleben, ohne daß das reine Fett als Bindemittel wirkt. Diese Aggregation kann auf Agglutinin zurückzuführen sein, das einen wichtigen Faktor bei der allgemeinen Kremetrennung darstellt. Das Agglutinin wird jedoch durch die normale Wärmebehandlung der Milchprodukte zerstört, so daß es in der Praxis kaum Schwierigkeiten bereitet.

Notwendigerweise muß es jedoch, noch einen anderen Grund für diese Aggregation geben, da derartige zusammenhängende Fetteilchen auch noch nach der Wärmebehandlung beobachtet werden, wenn das Agglutinin als zerstört angesehen werden muß.

Eine Theorie für die Erklärung dieser Beobachtung geht dahin, daß die Aufspaltung der Fetttröpfchen und die daraus resultierende Oberflächenvergrößerung zu einer Erhöhung der Oberflächenspannung führt, die ihrerseits eine Zunahme der gegenseitigen Anziehung zwischen den Fetttröpfchen bedeutet. Für normale Milch hat diese Erscheinung keine praktische Bedeutung, während sie für Sahne, wo der Abstand zwischen den Fetteilchen relativ klein ist, von erheblicher Bedeutung sein kann.

Diese Erscheinung tritt sofort bei der Homogenisierung auf, sobald die Milch oder die Sahne die Homogenisierungsvorrichtung verläßt. Die Erscheinung, die man in diesem Falle "Aggregation" nennt, kann also sehr wohl identisch sein oder viel gemeinsam haben aiit dem "Klumpen", das durch einen Mangel an ausreichend viel Membranmaterial gekennzeichnet ists so daß das Fett zusammenklebt.

109534/1529

Butterl'ett schmilzt bei etwa 35 ^ci so daß die untere Grenze für die Homogenisierungstemperatur nicht tiefer als etwa kO C liegen sollte. In der Praxis jedoch muß die Homogenisierungstemperatur als Folge der oben dargelegten Umstände und als Folge anderer Verfahrensbedingungen, wenn die Homogenisierung ein Glied in einer kontinuierlich ablaufenden Kette von -Bearbeitungsvorgängen darstellt, erheblich höher, vorzugsweise zwischen 60 und 70 G festgelegt werden.

Unter Homogenisierung wird im allgemeinen ein Vorgang verstanden, bei dem Teilchen eines Mediums fein verteilt und zusammengemischt werden mit dem Ergebnis, daß eine gleichförmige Konsistenz erzielt wird, was dann als hoher Homogenisierungsgrad angesprochen wird. Mit den bisher bekannten Homogenisierungsvorrichtungen wird gewöhnlich nur eine weitgehend proportionale Verschiebung der Teilchengröße zu kleineren Größen erreicht, es kommt also nur zu einer Aufspaltung sowohl der größeren als auch der kleineren Teilchen.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine besonders ausgeprägte Homogenität des behandelten Mediums, also einen hohen Homogenisierungsgrad zu erreichen, indem sowohl die Entstehung von Teilcnen geringerer Größe als auch eine Kontraktion für das Spektrum der Teichengrößen gleichzeitig gesichert werden. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, Frequenzeffekte in Kombination mit Turbulenz-, Kavitatione- und Kollisionseffekten so wirksam wie nur möglich auszunutzen.

Bei den bisher bekannten Methoden zur Homogenisierung wird eine Feinverteilung der Teilchen mittels Verfahren angestrebt, bei denen das behandelte Medium verschiedenen weiter unten im einzelnen angegebenen Einflüssen ausgesetzt wird. Diese Einflüsse führen je nach den gegebenen Bedingungen au verschiedenen Ergebnissen für das behandelte Medium. Bei den bisher bekannteu Homogenisierungsmethoden treten die verechiedenen Einflüsse anscheinend mehr oder weniger zufällig auf, so daß das Ergebnis der Homogenisierung nicht immer so gut ist, wie dies wünschenswert wäre.

109834/1529

An möglichen und für die Homogenisierung bedeutsamen Einflüssen sind insbesondere folgende drei Vorgänge zu nennen:

a) Teilchen werden in Stücke zerrissen oder gezogen als Folge von starken Geschwindigkeitsänderungen in der anschließenden Masseschicht.

b) Teilchen werden zersplittert oder zerspalten als Folge von Zusammenstößen mit anderen Teilchen.

c) Teilchen werden gespalten als Folge von plötzlichen lokalen Druckänderungen oder von Kavxtatxonserschexnungen in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Homogenisierungsvorrichtung zu schaffen, die eine Einstellung der Arbeitsbedingungen in der Weise zuläßt, daß einer oder mehrere der oben erwähnten Einflüsse in besonderer Weise wirksam werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen einem axial verlaufenden Einlaß und einem dagegen radial nach außen versetzten Auslaß für dae Medium ein angetriebener Hotor angeordnet ists der das Medium mittels Zentrifugalkräften in eine Homogeni sierungszone hineintreibt, die zwischen dem Rotor und einem diesem benachbarten Stator liegt, und daß der Stator eine erste Oberfläche und der Eotor eine zweite Oberfläche aufweisen, die einander unmittelbar gegenüberstehen und zwischen sieh einen Homogenisierungespalt mit mini malern Abstand von den beiden Oberflächen bilden und von denen mindestens die erste zweck.« Erzeugung eines lokalen Turbulenzbereichs als gezahnte, gekerbte und eingesenkte Fläche ausgebildet ist.

Zur bestmöglichen Ausnutzung der sich im Turbulenzhohlraum einstellenden 2?urbulesswirkuR=j ist in Weiterbildung der Erfindung· für den ÄKütsiid"zwischen Stator- und Rotor im Homogenisierungsspalt eine Größe nie zn 2 as und vorzugsweise eine Größe von weniger als 1 aim vorgesehen.

103834/15^9

Ein besonders günstiger Horaogenxsierungseffekt läßt/sich in Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielen, daß die erste und/oder die zweite Oberfläche als Eandzone für eng aufeinanderfolgende Rinnen mit konkav gerundetem Querschnitt ausgebildet sind, deren Axialrichtung einen bestimmten Winkel, vorzugsweise einen Winkel von 90° mit der Bewegungsrichtung des Rotors einschließt. Eine praktische Erprobung hat gezeigt, daß sich eine gute Homogenisierung erzielen läßt, wenn nur die erste Oberfläche am Stator mit konkav gerundeten Rinnen gebaut wird, während die zweite Oberfläche am Eotor in Form einer Zylindermantelfläche mit durchgehenden Öffnungen für die Zufuhr des Mediums ausgebildet ist. Die beste Homogenisierungewirkung jedoch ergibt sich dann, wenn sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche mit konkav gerundeten Rinnen ausgeführt ist. Die konkav gerundeten Rinnen, deren Achsen angenähert rechtwinklig zur Be;*gungsrichtung des Rotors verlaufen, bilden jeweils Führungsflächen, die Turbulenz erzeugen und aufrechterhalten. Diesem Turbulenzeffekt kommt allem Anschein nach eine große Bedeutung für die Erzielung einer wirksamen Homogenisierung zu. Daneben ist auch der Kollisionseffekt, der durch den Aufprall des Mediums auf die Seitenwände der Rinnen oder der Zahnung zustandekommt, von erheblicher Bedeutung für die Homogenisierung.

Indem in Weiterbildung der Erfindung die gesamte erste Oberfläche oder ein Teil davon radial außerhalb der zweiten Oberfläche oder eines Teils davon gelegt und damit eine Brallfläche für die Radialkomponente des strömenden Mediums geschaffen wird, läßt sich innerhalb eines begrenzten Bereichs, durch den die Gesamtmenge des Mediums hindurchgehen muß, eine wirkungsvolle Kombination von Turbulenzeffekt und Kollisionseffekt erzielen.

In Ausgestaltung der Erfindung kann man dadurch, daß man einen ersten Teil der ersten Oberfläche am Stator zumindest angenähert radial und angenähert parallel zu einem ersten Teil der zweiten Oberfläche am Rotor verlaufen läßt, während zweite Teile der ersten und der zweiten Oberfläche zumindest annähernd axial gerichtet sind, zum einen eine besonders große Ausdehnung der Homogenisierungszone, zum zweiten einen

109834/1529

— D — "

vorläufigen Turbulenzeffekt und einen gewissen Kollisionseffekt im radial verlaufenden Abschnitt der Homogenisierungszone und zum dritten anschließend eine besonders konzentrierte V/irkung durch den axial verlaufenden Abschnitt der Homogenisierungszone erzielen.

Bei einer bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung münden Auslaß-Öffnungen im Rotor nach außen in die konkav gerundeten Rinnen des Rotoren deren Boden und/oder an deren einer Seite und haben einen erheblich kleineren Querschnitt als die Rinnen, so daii gerade an den Mündungen der Auslaßöffnungen ein zusätzlicher Turbulenzeffekt entstehen kann.

Der Frequenzeffekt für die Strömung des Mediums kann ausgeübt oder beeinflußt werden mittels verschiedener Konstruktionen für die Sinnen und/oder verschiedener Anzahlen dafür in Stator und ßotor und mit Hilfe unterschiedlicher Anordnung und Ausbildung der Absaugöffnungen. Beispielsweise kann der Rotor mit zwei oder mehr Reihen getrennter Auslaßöffnungen versehen sein, deren Achsen sich weitgehend radial nach außen erstrecken und die in den verschiedenen Seihen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Gewünschtenfalls kann der Rotor auch mit zwei oder mehr Seihen getrennter Auslaßöffnungen versehen werden, deren Mündungen unterschiedliche Querschnittsgrößen aufweisen.

Bei Einbau der Homogenisierungsvorrichtung zwischen einer Speiseleitung und einer Abführungsleitung für das Medium läßt sich sowohl bei partieweisem Betrieb in einem sogenannten "Partiehomogenisator" als auch im Rahmen einer kontinuierlich betriebenen Anlage das Medium in der Speiseleitung vor der Vorrichtung einem erheblichen Vorwärtsdruck und ebenso das Medium in der Abführungsleitung hinter der Vorrichtung einem erheblichen Gegendruck aussetzen. Dabei ist die Erzeugung des Vorwärtsdruckes und/oder des Gegendruckes durch die Anordnung der Vorrichtung auf einem entsprechend weit unterhalb eines Vorratsbehälters bssw. eines Aufnahmebehälters für das Medium gelegenen Niveau bevorzugt. Bei partieweiaer Homogenisierung können dabei Vorratsbehälter und Aufnahmebehälter ein und derselbe Behälter sein. Ebenso ist

109834/1529

es aber auch möglich, den Vorwärtsdruck bzw. den Gegendruck mit Hilfe einer Speisepumpe und eines Eegulierventils zu erzeugen. Durch den Vorwärtsdruck wird eine effektive Füllung der Vorrichtung mit dem Medium erreicht, und der Gegendruck wirkt einer Schaumbildung hinter der Vorrichtung entgegen.

Beim Homogenisieren von Milch und Milchprodukten neigen die Fettteilchen zum Zusammenklumpen nach den Austritt des behandelten Mediums aus der Homogenisierungszone. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß sich dieses Zusammenklumpen der Fetteilchen hinter der Homogenisierungszoae dadurch, wirksam vermeiden oder zumindest verringern läßt, daß die Rotationsbewegung des Mediums nach eeinem Austritt aus der Homogenisierungszone unterbunden wird. Zu diesem Zwecke ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, die Homogenisierungszone über eine fieihe von umfangsseitigen Austrittsdurchlässen mit einer ringförmigen Kollektorkammer zu verbinden, die eine Reihe von quer verlaufenden Sperren enthält, die einer Rotation des Mediums in der Kollektorkammer entgegenwirken.:

In Ausgestaltung der Erfindung besteht die Möglichkeit zur Beeinflussung der Homogenisierung und zur Vergleichmäßigung der Abgabe des Mediums in der Kailektorkammer_t indem die erste und die zweite Oberfläche relativ zueinander und mindestens eine davon relativ zum Auslaß der Homogenisierungszone für das Medium in Axialrichtung einstellbar gemacht werden.

Bei Durchführung der Homogenisierung besteht der Wunsch nach einer möglichst gleichmäßigen Aufbereitung des gesamten zu behandelnden Mediums, die vermeidet, daß ein Teil dieses Mediums stärker und ein anderer Teil dafür schwächer durchgearbeitet wird. Zu diesem Zwecke •_t ist es wiehtigj daß. die Rinnen in der ersten und in der zweiten Oberfläche so %?eit wie mir möglich zusammenwirken. In.Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Rinnen in der ersten und/oder des= EVfsiten Oberfläche in Axialrichtung gesehen eine oder mehrere l""Iuale Iferengungen im Durchtrittsquersciinitt aufweise».

109834/1529

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Verengungen in Durchtrittsquerschnitt der Binnen ringförmig in Umfangsrichtung der jeweiligen Oberfläche verlaufen, um eine Verengung der kombinierten. Binnen der Oberfläche in einer gemeinsamen Ebene zu erreichen.

Besonders wichtig ist es, daß sich die Verengung an der ersten Oberfläche am Stator ausgehend vom Boden der Binnen vollständig über deren Außenränder erstreckt, damit eine lokale Zwangsführung für das strömende Medium von der ersten Oberfläche zurück zur zweiten Oberfläche erreicht wird, jedoch sind vorzugsweise beide Oberflächen in entsprechender Weise geformt.

Zur Erzielung eines konzentrierten Abflusses des Medium nach einem begrenzten Bereich der Homogenisierungszone ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Eotor als Hohlkörper mit einem innen geschlossenen Durchlaß für das Medium zwischen einem Einlaß und einer oder mehreren'ümfangsreihen voneinander getrennter Auslaßöffnungen ausgebildet* die nach außen in die Hoaogenisierungszone münden.

Bsi einer vom Fertigungastandpunkt her bevorzugten Aueführungsform der Erfindung enthält der Hotor ein becherförmiges Bodenteil mit einem oberen nach innen gerichteten Flansch, der als Befestigungselement für den Banct eines abnehmbaren Deckels dient, und sind Bodenteil und Deckel auf der Spindel des Botors durch eine eiözige Mutter festgelegt.

Bei einem als Hohlkörper mit ionen geschlossenem Durchlaß für das Medium ausgebildeten Botor ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, wenn dieser Durchlaß mit einer zentralen Bohrung in der Botorwelle über radial verlaufende Eweigfeohrungert im Hotor selbst und fluchtende Zweigbohrungen in eier Sot-srwelle in Verbindung steht und seinerseits über einen srhe"Micken Ts:U. bbIubt radialen. ErstrecJcung axial verlaufende, klingicivirsnige Trennwände enthält» Durch eine solche Ausbildung wird feine gesteuerte'gleichförmige Einwirkung auf das Medium im Botor gewäbrleistet, ohne daß ein Bückfluß von Medium in den Rotor möglich ist. Dies- wird kubi eiasn durch die Einströmung des Mediums in den Botor nach

109834/1529

innen unter der Einwirkung einer ersten Zentrifugalkraft in den Zweigbohrungen und zum anderen durch die anschließend von den klingenförmigen Trennwänden ausgeübte zweite Zentrifugalkraft erreicht. Dabei iet es bevorzugt, wenn die Trennwände sowohl auf der Eintrittsseite als auch auf der Austrittsseite des Durchlasses für das Medium durch den Rotor hindurch mit ringförmigen Durchlässen für die Strömungsglättimg in Verbindung stehen.

Ziel der Verwendung eines als Hohlkörper mit innen geschlossenem Durchlaß für das Medium ausgebildeten Rotors ist es, die gesamte Menge« des Mediums durch den Durchlaß im Rotor hindurchgehen zu lassen und so dem gesamten Medium eine gleichförmige Bewegung in Umfangsrichtung und damit auch in radialer Richtung aufzuzwingen, damit es danach in der Homogenisierungszone den speziellen Einwirkungen unter entsprechenden Bedingungen unterliegt. Das zwischen Rotor und Stator in radialer Richtung notwendige Spiel macht es schwierig, einem Mediumfluß außerhalb des Rotors zu begegnen. Jedoch läßt sich ein solcher unerwünschter Mediumfluß durch"passende Wahl der Abmessungen und durch passende Druckbedingungen vor und hinter dem Rotor auf ein Minimum reduzieren. Dadurch erhält man zwar eine gesteuerte Zwangsführung des Mediumflusses durch den Rotor, gleichzeitig tritt aber ein Verlust an Wirkungsgrad als Folge der Reibung ein, die das Medium in dem Spalt zwischen den radialen Flanken des Rotors und dem Stator erfährt.

Anstelle einer solchen zwangsweisen gleichförmigen Durchströmung des gesamten Mediums durch den Rotor kann man auch kleinere oder größere Teile des Mediums außerhalb des Rotors durchgehen lassen. Auf diese Weise kann man durch eine passende Zahnung oder ähnliche Oberflächenausbildung einen zusätzlichen Homogenisierungseffekt entlang der äußeren radialen Flanken des Rotors erzeugen. Anstelle der zu einem unerwünschten Verlust an Wirkungsgrad führenden Reibung in dem engen Spalt zwischen Rotor und Stator kann man auf diese Weise den Durchgang dea Mediums zwiscnen den radialen Flanken des Rotors und dem Stator für die Zwecke der Homogenisierung ausnutzen.

1 0983A/15 2 9

Im Falle einer Heranziehung der radialen Flanken von Rotor und Stator für die Zwecke der Homogenisierung ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, den gesamten Strom des Mediums oder zumindest einen erheblichen Teil davon in zwei Teilströme aufzuteilen, die außerhalb des Rotors auf dessen jeweiligen Seitsn in einem Spalt durchgehen, der von den ersten und zweiten Oberflächen begrenzt wird, die als gezahnte, gekerbte oder lokal eingesenkte Flächen ausgebildet sind.

Dabei ist eine AusfUhrungsform bevorzugt, bei der der Botor aus einem am Außenrand gezahnten Hing besteht, der mit einer Nabe über Speichen verbunden ist, die eine Verbindung zwischen zwei von einem gemeinsamen Einlaß für das Medium ausgehenden äußeren Durchlässen bilden und gleichzeitig Klingen darstellen, die dem Medium eine Rotationsbewegung aufzwingen und es unter Pumpenwirkung nach außen zum Umfang des Rotors führen.

Zur Erzielung einer besonders kräftigen Pulsation des Mediums in dem Durchlaß zwischen Stator und Rotor ist es weiter im Sinne der Erfindung bevorzugt, wenn die Rinnen in Rotor und Stator und/oder der Spalt zwischen Rotor und Stator zickzackförmig verlaufen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch gehaltenen Vertikalschnitt durch eine erste Ausfiihrungsform für eine erfingungsgemäß ausgebildete Homogenisierungsvorrichtung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine Einzelheit der Homogenisierungsvorrichtung von Fig. 1_t

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie A - A in Fig. 2, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie B - ß in Fig. 2,

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Homogenisierungsepalt der Vorrichtung von Fig. 1 in größerem WalhrUih,

Fig. 7 eine Vertikalprojektion eines Ausschnitts aus dem Rotor der ■ Vorrichtung von Fig. 1,

103Ö34/1S29

Fig. 8 einen schematisch gehaltenen Vertikalschnitt durch eine zweite Ausführungsform für eine erfindungsgemäß ausgebildete Homogenisierungsvorrichtung,

Fig. 9 einen Eadialschnitt durch die Homogenisierungsvorrichtung von Fig. 8,

Fig. 1ü einen Axialschnitt durch die Homogenisierungsvorrichtung von Fig. 8 zur Veranschaulichung von deren Einzelheiten in einer ersten Ausführung,

Fig. 11 bis 1*t Teilschnitte durch die Homogenisierungszone in verschiedener Ausführung und

Fig. 15 einen Fig. 9 entsprechenden Schnitt zur Veranschaulichung von Einzelheiten an Rotor und Htator.

Wie bereits einleitend erwähnt ist die erfindungsgemäße Homogenisierungsvorrichtung in erster Linie und vor allem für die Behandlung von Milch und Milchprodukten gedacht. Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind entsprechend speziell für diesen Zweck gebaut. Bei ihrer Beschreibung wird daher insbesondere auf die Probleme Bezug genommen, die sich beim Homogenisieren von Milch und Milchprodukten ergeben.

Untersuchungen sind angestellt worden mit Milch, deren Fettgehalt zwischen 3,6 und k_t2 % schwankte. Dabei ließ sich kein Anzeichen dafür feststellen, daß der Homogenisierungseffekt innerhalb dieses Bereichs mit dem Fettgehalt der Milch zusammenhinge. Die Versuche wurden mit Milch von etwa 6O°C dux'chgeführt. Die Erwärmung der Milch erfolgte in einem separaten Tank, und die Versuche wurden sofort nach Erreichen eines befriedigenden Tamperaturpegels vorgenommen.

Der bei den durchgeführten 7ersuchen erreichte Homogen!eierungsgrad H wurde ausgehend vor-, dsm Zusammenhang zwischen dem Fettgehalt in der ,Bodenschicht nach kS-stündigsia Stehen in % einerseits und dem mittleren Fettgehalt ia Ü andererseits, also nach untenstehendem Ausdruck berechnet; ^ Fettgehalt in der Bodenschicht \%)

mittlerer Fettgehalt (%)

Der Homogeaisierungsgrad H der untersuchten Milch lag vor der Behandlung

109834/1529

in einem Bereich zwischen H = 0,22 und H = 0,57· Hohmilch, d. h. nicht pasteurisierte Milch zeigte stets den niedrigsten Wert. Das Ergebnis der Behandlung ist abhängig von der Struktur der Versuchsmilch, so daß ein hoher Wert für H vor der Behandlung zu einem hohen Wert für H nach . der Behandlung führt. Die -"-enniinie verläuft jedoch für Milch mit einem niedrigen i'.ert für H bei der Behandlung steiler, so daß sich bei hinreichend hoher Drehzahl für den Rotor unabhängig von der anfänglichen Struktur der behandelten Milch ebenso gute Ergebnisse erzielen lassen. Ein voll befriedigender Hamogenisierun&sgrad liegt dann vor, wenn H einen höheren Wert hat als 0,9· Während Untersuchungen an mehrere Tage in der Kälte gelagerter Versuchsmilch zeigen, daß eine strukturelle Behandlung mit einem Homogenisierungsgrad von nur II = Ü,7 im Geschmack zu guten Ergebnissen führt, wird die unbehandelte Vergleichsmilch schnell in größerem Umfang teiloxydiert. lioch nach einer Lagerung über zwölf bis dreizehn Tage behält die behandelte Milch (H = 0,7) ihren guten ^eschmack« In manchen Fällen reicht eine einstufige Behandlung der Milch in einer Homogenisierungsvorrichtung aus, während in anderen Fällen beispielsweise eine zweistufige Behandlung angezeigt sein kann. In der folgenden Beschreibung ist nur eine Vorrichtung für eine einstufige behandlung erläutert, jedoch liegt es auch ohne ins einzelne gehende Beschreib «.ng auf der Hand, daß-auch eine Behandlung mit zwei in Serie geschalteten Vorrichtungen oder mit zwei in geeigneter Weise vereinigten Hotoren noch, im .Rahmen der Erfindung bleibt.

Pie Versuche sind rait Drehzahlen für den Botor zwischen 2 500 und ? 000 Umdreiiungßn pro Minute durchgeführt worden, und die besten Ergebnisse für die Homogenisierung wurden bei den höchsten Drehzahlen und insbesondere bei Drehaahlen zwischen k- OuO und 6000 Umdrehungen pro Minute erzielt·, Die Erfindung besitzt aber auch außerhalb dieses Drehzahlbsrsiclxeä und insbesonaei-e für andere Stoffe als Milch, Sahne und ähnlich Produkte Bedeutung.

Die eri'inaungsgemäße Vorrichtung läßt sich sowohl zum kontinuierlichen Homogenisieren beispielsweise unter Einfügung in eine kontinuierlich arbeitende Proauktionskette zwischen einem Vorratsbehälter

1 0 3 8 3 4/1529

und einem Aufnahmebehälter als auch zum partieweisen Homogenisieren verwenden, die nachstehende Beschreibung befaßt sich jedoch in erster Linie mit einem Einsatz der Vorrichtung zum kontinuierlichen Homogenisieren.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besitzt einen Außenrahmen 10, an dessen oberem Ende ein gehäuseförmiger Stator 11 befestigt ist, in dem ein Rotor 12 drehbar gelagert ist, der durch eine untere vertikale Spindel 13 angetrieben wird. Me Spindel 13 sitzt in Lagern 1*f und drehbar in einem Lagerkasten 16, der am Außenrahmen 10 befestigt ist. Bei dem dargestellten Beispiel wird die Spindel 13 über ein schematisch angedeutetes Winkelgetriebe 17 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Drehzahlregler durch einen am Außenrahmen 10 befestigten Elektromotor i8 angetrieben.

Selbstverständlich kann statt des Elektromotors 18 beispielsweise auch ein hydraulischer Motor als Antrieb für die Spindel 13 dienen, der über das Winkelgetriebe 17 oder unmittelbar damit verbunden ist und seinerseits mit in bekannter Weise geregelter Drehzahl in ein hydraulisches System eingefügt ist.

Das in der Vorrichtung zu behandelnde Medium wird bei dem dargestellten Beispiel aus einem Vorratsbehälter 19 über eine Speiseleitung 20 zugeführt, die über eine in geeigneter Weise abgedichtete Eotationskupplung 21a am unteren Ende der Spindel 13 in eine Zentralbohrung 21 in der Spindel 13 koaxial dazu nach innen mündet. Das Medium durchströmt die Zentralbohrung 21 und gelangt sodann in weiter unten im einzelnen beschriebener Weise nach innen in den Rotor 12 hinein und durch diesen und den Stator 11 hindurch und wird schließlich einer ringförmigen Kollektorkammer 22 zugeführt, die unten über eine Abführungsleitung 23 mit einem Aufnahmebehälter 2h verbunden ist. In der Zeichnung sind die Leitungen 20 und 23 unten an die Vorrichtung angeschlossen, und die Behälter 19 und 2k liegen auf einem höheren IJiveau als die Vorrichtung. Auf diese ^eise entsteht ein gewisser Vorwärts- oder Vordruck auf das Medium bei seinem Eintritt in die

109834/1529

Vorrichtung über die Zentralbohrung 21_s und in entsprechender Weise wirkt auch ein gewisser Gegendruck auf das Medium, wenn es äie Vorrichtung über die Kollektorkaffiiaer 22 verläßt. Durch diesen Vorwärtsdruck und den ^erlauf der Leitungen 20 und 23 wird eine effektive Einspeisung des Mediums in den fiotox· 12 gewährleistet, wobei dieser in das Medium eintaucht oder damit gefüllt wird, ohne daß Vakuumstellen vor der Homogenisierungszone der Vorrichtung entstehen können. In entsprechender Weise wird durch den Gegendruck in der Kollektorkammer 22 die Neigung zur Schaumbildung am Ausgang der Vorrichtung unterdrückt oder zumindest vermindert.

Statt durch Anordnung der Behälter 19 und 2*f auf einem bestimmten Niveau oberhalb der Vorrichtung lassen sich die Drucke in den Leitungen 20 und 23 auch durch eine Pumpe in der Speiseleitung 20 und ein Begulierventil in der Abführungsleitung 23 regeln.

Wie Fig. 2 zeigt, besitzt der Stator 11 ein Oberteil 25 in Form eines umgekehrten Bechers, ein zentrales, scheibenförmiges Tragteil und ein dichtendes, ringförmiges Unterteil 2.7 mit einem Querschnitt in Form eines umgekehrten Omega.

Das Oberteil 25 ißt mit einer- Zentralbohrung 28 versehen, die mit

einem Schließventil 29 in Verbindung steht. Längs seines Umfanges ist

30 das Oberteil 25 mit einem verdickten Eandabschnitt ausgeführt, der auf einer Dichtung 31 auf der Oberseite eines Bingflansches 32 sitzt, der von der Hauptfläche 33 des Tragteile 26 nach oben ragt. Das Oberteil 25 ist am Tragteil 26 mittels ßchraubbolzen J>h festgelegt, die quer durch die Dichtung 31 hindurchgehen.

Von dem Handabschnitt 30 geht an der Innenseite des Ringflansches ein Hingflanech 35 nach unten ab, der an seiner radial nach innen zeigenden Seite eine gezahnte Oberfläche 36 aufweist.

Zwischen dem Oberteil 23 und dem Tragteil 26 liegt eine innere Statorkammer 37, die den Bstor 12 aufnimmt und weiter unten näher beschrieben ist.

109834/1529

An der Unterseite 38 des Tragteils 26 ist das Unterteil 2? mittels Schraubbolzen 39 befestigt. Zwischen der Unterseite 38 des Tragteils und dem ringförmigen und kanalartig ausgebildeten Unterteil 27 liegt die Kollektorkammer 22. Die ringförmige Kollektorkammer 22 steht mit der Statarkammer 37 über eine ringförmige Rinne kO in Verbindung, die die mit querstehenden Trennwänden M und vertikalen Bohrungen 42 versehen ist, die mit passendem Zwischenraum aus dem Boden der Rinne kO herausgebohrt sind. Kach oben öffnet sich die ringförmige Rinne ^O in einen Spalt ^3» der zwischen der gezahnten Oberfläche 36 am Stator 11 und einer entsprechenden gezahnten Oberfläche Mf am Rotor 12 liegt.

Der Abstand zwischen der ringförmigen Rinne *fO und der Unterkant* der gezahnten Oberfläche 36 läßt sich durch Einfügung passender Abstandsstücke zwischen den Sandabschnitt 30 des Oberteils 25 und den Ringflansch 32 des Tragteils 26 einstellen. Solche Abstandsstücke können mit Diciitungssckeiben oder Dichtungsringen versehen oder gewünschtenfalls selbst als solche ausgebildet sein.

Auf der Untex-ssit-; 3?^; ^^es iragteils Zo ±at ein Ksnschettenförmiger Ansatz 50 ausgebildet, der mit einer doppeitvrirkenden Hotaticnsdichtungsanordnyn,-; 5^ bis 02 an sich bekannter Art versehen ist, die eine Kamsier 5^ -für ein neutrales Sperrnsedium enthält, dasⁿu§er eine Speiseleitung 57 eingespeist 'und oben über eine Abführungsleitung 58 abgeführt wird.

us? Eotor 12 ist auf die grindel 13 an deren oberem Ende aufgekeilt und viird in seiner Lage auf dsr Spindel I3 durch eine Mutter 63 gesi-ohert, die auf einei? Außengewindeabschnitt der Spindel 13 aufgegesciiraubt ist.

Ώζτ Rotor 12 bestellt aus einem becherförmigen unteren Bodenteil 67

und. eines ringförmigen oberem .Deckel 68, Das Bodenteil 6? stützt sich a-i einer Schulter 69 auf der spindel 13 ab, es besitzt einer, radial aaefe iüaen vorspriη^ώηα«ϊ Flansch 70, von dem eine Manschette 71 nach -»;-';ö3 abgeht, die in sin« Bodenplatte 72 mil. horizontaler üntereeite

^!a «1 fs p Ί /. /1OÖ

! if 'S W ^ H f I W dCc V·

und schräg nach außen verlaufender Oberseite 7k übergeht. Ganz außen an der Bodenplatte 72 sitzt ein nach abwärts gerichteter Flansch 75 (Fig. 3), der nach unten in die ringförmige Hinne kO im Stator 11 hineinragt und zusammen mit einer abgesetzten Schulter 76 eine Sperre zwischen dem äußeren Abschnitt des Rotors 12 und einer ringförmigen flachen Kammer 77 bildet, die zwischen der Unterseite 73 des Rotors und der nach oben zeigenden Hauptfläche 33 des Tragteils 26 liegt (Fig. 6) Von der Bodenplatte 72 nach oben erstreckt sich ein Randteil 80, der in einigem Abstand oberhalb der Bodenplatte 72 schräg nach oben und innen zu einem Flanschteil 8i abgeknickt ist. Am Innenrand des Flanschteils 81 ist eine Höhlung 82 ausgebildet, die als Unterlage für eine Dichtung 83 zwischen der Oberseite des Bodenteils 67 und dem Rand des Deckels 68 dient. Zwischen den inneren Teil des Deckels 68 und den Flansch 70 des Bodenteils 67 ist eine Dichtung 8*f eingelegt, und der Deckel 68 als Ganzes wird zusammen mit den Dichtungen 83 und 8^· von der Mutter 63 gegen das Bodenteil 67 gedruckt, die gleichzeitig dieses an die Schulter 69 auf der Spindel 13 anpreßt.

Am oberen Ende der Spindel 13 gerade unterhalb des endseitigen Außengewindeabschnitts 6k steht die Zentralbohrung 21 in der Spindel 13 über Zweigbohrungen 85 und damit fluchtende Bohrungen 86 in der Manschette des Bodenteils 67 mit einer Innenkammer 87 im Rotor 12 in Verbindung. Mit radialem Abstand nach außen zu den Bohrungen 86 sind zwischen der Bodenplatte 72 und dem Flanschteil 81 axial und radial verlaufende Klingen 90 angeordnet. Die Klingen 90 enden gerade vor dem Randteil 80, so daß sich zwischen diesem und den Klingen 90 ein schmaler Spalt 91 ergibt, der glättend auf den Druck entlang des Umfange des Rotors 12 wirkt. Durch den Sandteil 80 sind zwei Reihen von Bohrungen 92 und hindurchgebohrt (Fig. 3), welche die Innenkammer 87 mit dem Spalt 43 zwischen Stator 11 und Rotor 12 in Verbindung bringen.

Bei dem in Fig. 1 bis 5 veranschaulichten Aueführungebeispiel umfaßt , die Homogen·* sierungszone die Bohrungen 92 und 93 und ihre Austrittsmündungeä, ?ine zahnrandartige Beihe von konkav gerundeten Höhlungen 95 in der Oberfläche kk, eine zahnrandartige Beihe von konkav

109834/1629

gerundeten Höhlungen 96 in der Oberfläche 36 und in gewissem Umfange auch die Trennwände *f1 (Fig. 2 und h) in der ringförmigen Rinne kO und die Bohrungen k2 in der Kollektorkammer 22. Wie die Zeichnung zeigt, münden die Bohrungen $2 und 93 nach außen in die Höhlungen 95 in deren oberem Teil. Wahrscheinlich erfolgt die stärkste Einwirkung auf das Medium gerade in diesem oberen Teil der Homogenisierungszone, wo die Bohrungen 92 und 93 nach außen münden, jedoch gibt es auch eine erhebliche Einwirkung im unteren Teil der Höhlungen 95 und in den benachbarten Höhlungen 96·

In Fig. 6 ist die Drehrichtung des Eotors 12 durch einen Pfeil 97 angedeutet. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Höhlungen 95 und 96 in entsprechender Weise konkav gerundet, jedoch zeigen die Höhlungen 95 eine etwas kleinere Periode als* die Höhlungen 96. Diese Bemessung zielt darauf ab, Resonanzproblemen zu begegnen. Durch Pfeile 98 ist in Fig. 6 der Austrittsweg des Mediums von den Höhlungen 95 ^zu den Höhlungen 96 markiert. Durch Pfeile 99 und 100 sind links- bzw. rechtsdrehende Turbulenzen angedeutet, wie sie in der Homogenisierungszone auftreten dürften. In den Höhlungen 96 im Stator 11 gibt es einen hochfrequenten Wechsel zwischen links- und rechtsdrehenden Turbulenzen zur gleichen Zeit, wie dort entsprechend frequente Druckänderungen und Änderungen in der Lage der Prallflächen relativ zur Strömung des Mediums aus dem Rotor 12 auftreten. Durch die abgerundeten Höhlungen 96 im Stator 11 kann man einen erheblichen Teil der Mediumströmung gegen den Htator 11 zum Aufprall auf die eine, äußere Seite der Höhlungen 96 bringen, die in Fig. 6 mit der Bezugszahl 101 bezeichnet ist, während

103 die gegenüberliegende äußere Seite 102 und der Boden der Höhlungen 96 im wesentlichen als führende bzw. Turbulenz erzeugende Oberfläche im Homogenisierungsspalt unmittelbar gegenüber den Mündungen der Bohrungen 92 (93) dienen. Entsprechend wirkt auch die Oberfläche 10*f der Höhlungen 95 im Rotor 12 als Turbulenz erzeugende Oberfläche. Bei dem dargestellten Beispiel verlaufen die Höhlungen 95 und 96 als längliche Binnen senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 6, so daß es zu einer raeoheh und wirksamen Abführung des Mediums entlang des Homogenieierungsspalts aus dem Bereich um die Bohrungen 92 und 93 kommt. In diesem Bereich

109834/1529

gerade an den Bohrungen 92, 93» wo das Medium durch die Löcher im Rotor 12 (ganz oben in Fig. 3) nach außen entlassen wird, ist eine besonders kräftige Einwirkung auf die Teilchen im Medium anzunehmen. Es herrscht dort eine Kombination von Turbulenz, Kavitation und Kollision (Teilchen gegen Teilchen und Teilchen gegen Prallflächen) mit hoher Frequenz. Aber auch im unteren Teil des Homogenisierungsspalts (ganz unten in Eig. 3) findet eine anschließende und wirksame Einwirkung auf das Medium als Folge der sich im Homogenisierungsspalt zwischen Rotor und Stator ausbildenden Turbulenz statt.

In Fig. 7 sind die oberen Bohrungen 92 im Rotor 12 mit größerem in der Sarstellung übertrieben größerem - Querschnitt als die darunter liegenden Bohrungen 93 ausgeführt. Dabei liegen die Mittelachsen der Bohrungen 93 jeweils in der rechten Hälfte der Oberfläche 1O*t der Höhlungen 95, die Mittelachsen der Bohrungen 92 dagegen jeweils in der linken Hälfte dieser Oberfläche 104. Mit Hilfe dieser Formgebung und Anordnung für die Bohrungen 92 und 93 läßt sich in verschiedener Weise auf das die verschiedenen Bohrungen durchströmende Medium einwirken, so daß in verschiedenen Teilen einer Höhlung 95 unterschiedliche Geschwindigkeitseffekte für das Medium entstehen und damit der Turbulenzeffekt in der Homogenisierungszone in unterschiedlicher Weise gesteuert werden kann.

Bei dem dargestellten Beispiel dienen die Zentralbohrung 21 in der Spindel 13 und die Zweigbohrungen 85 als Führungselemente für das Medium auf seinem Wege zur Innenkammer 87 des Rotors 12. Durch die im Rotor 12 wirksam werdenden Zentrifugalkräfte kann gewährleistet werden, daß das zu behandelnde Medium zwangsweise und ohne die Möglichkeit eines- Eückatrömung von der Spindel 13 durch den Eotor 12 hindurch und über die Homogenisierungszone hinweg geführt wird, die durch den Spalt ^3 zwischen der Oberfläche 36 am Stator 11 und der Oberfläche Mf am Eotor 12 gebildet wird, und bei diesem Durchgang einem so weit wie möglich gleichförmigen Homogenisierungeeffekt unterliegt.

Ungeachtet der mangelnden Darstellung in der Zeichnung ist es auch

109834/1529

möglich, anstelle der Bohrungen 21 und 85 in der Spindel I3 des Rotors 12 eine gesonderte und feststehende Speiseleitung für die Einbringung des zu behandelnden Mediums in den Rotor 12 zu verwenden, jedoch hat es sich bei einer solchen Ausführung in der Praxis als schwierig erwiesen, eine befriedigende Abdichtung zwischen der Speiseleitung und dem Eotor 12 zu erreichen, wodurch es auch schwierig wird, eine gleichförmige Beeinflussung des zu behandelnden Mediums vor der Homogenisierungszone zu erzielen.

Wie man aus Fig. 3 sieht, ist der Stator 11 in gewissem Abstand von den Bohrungen 92 und 93 im Rotor 12 und unterhalb dieser Bohrungen und 93 mit einer ringförmigen Lippe 105 versehen, die radial nach innen auf den Rotor 12 zu vorspringt. Aufgabe dieser Lippe 105 iet es zunächst und vor allem, einem teilweisen Abströmen von Medium entlang des Stators 11 entgegenzuwirken, wobei die Lippe 105 das Medium aus dem oberen Teil der Höhlungen 96 im Stator 11 zwangsweise in den Rotor 12 zurückführt. Gleichzeitig entsteht durch die Lippe IO5 eine lokale Geschwindigkeitssteigerung für das Medium bei seinem Vorbeigang an der Lippe 105. Von einer solchen '3eschwindigkeitssteigerung aber ist eine Verstärkung der Einwirkung auf das Medium am äußeren Ende der Fomogenisierungszone zu erwarten. .

Bei dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Rotor 12 mit vertikaler Achse verwendet, in der Praxis ist aber auch die Verwendung von Rotoren mit horizontaler Drehachse möglich.

Allgemein ist für folgende Einwirkungen auf das Medium Bedeutung für die Homogenisierung anzunehmen.

So gibt es einen kräftigen Druckaufbau im Rotor in den Zweigboh-'« rungen vor den Hohlrändern des Rotors, bevor das Medium die Löcher (mit einem Durchmesser bis zu J mm Größe) paseiert. Das Medium tritt an den Bohrungsmündungen in Form konzentrierter Strahlen aus, die rasch zti einen Strom von der'Form einer Ringlippe dispergieren im Homogenisierungsspalt. Beim Austritt aus den Mündungen werden die .

109834/1529

Teilchen einem plötzlichen Druckabfall ausgesetzt. Die Bewegung des Mediums in radialer Richtung dürfte einen Kollisionseffekt .herbeiführen und eine kräftige Turbulenz entstehen lassen, während die Bewegung in Zirkulationsrichtung und die vom Stator und seinen Hohlräumen ausgeübte, rückwärts gerichtete tangentiale Bremswirkung zur gleichen Zeit, wie eine gewisse Abbremsung der Teilchenbewegung eintritt, eine Deformation (eine Abflachung oder Längung der Teilchen) zur Folge haben dürften. Zusammen mit der starken Umlenkung in den Höhlungen 96 und 95 kann für den Turbulenzeffekt, den ßtoßeffekt und dergl., die sich in dem engen Homogenisierungsspalt ergeben, angenommen werden, daß insgesamt die einzelnen Masseteilchen sehr wirksam in Stücke zerrissen werden. In der Praxis ließ sich eine sehr intensive Aufspaltung der größeren Teilchen und eine geringere Aufspaltung der kleineren Teilchen nachweisen, die insgesamt zu einem hohen Homogenisierungsgrad führen.

Die Aufspaltung der Teilchen dürfte teilweise die Folge der an den einzelnen Teilchen entstehenden Deformationen und teilweise die Folge von anschließenden plötzlichen lokalen Druckeffekten sein, die auf Kavitationserscheinungen in der unmittelbaren Nachbarschaft und auf große Geschwindigkeitsänderungen in den verschiedenen Schichten des Homogenisierungsspalts zurückgehen.

Die in Fig. 8 dargestellte Vorrichtung besitzt einen Außenrahmen 110, der einen gehäuseförmigen Stator 111 trägt, in dem ein Rotor 112 drehbar gelagert ist, der von einer Spindel II3 in Drehung versetzt werden kann. Die Spindel II3 sitzt drehbar in Lagern 11*f und 115 in einem Lagerkasten Ho im Außenrahmen 110. Der Antrieb der Spindel 113 erfolgt über ein schematisch angedeutetes Winkelgetriebe 11? mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Drehzahlregler durch einen Elektromotor II8.

Das zu behartelnde Indium wird der Vorrichtung über eine Leitung zugeführt, dia ea ihrer unteren Mündung 121 koaxial zur Spindel II3 des Rotors 112 mit £em hohlen Inneren des Stators 111 in Verbindung steht.

109834/1529

Der Austritt des Mediums aus der Vorrichtung vollzieht sich über eine ringförmige Kollektorkammer 122, die unten über eine Abführungsleitung 123 mit einem Aufnahmebehälter für das Medium verbunden ist.

Der in Fig. 8 bis 10 veranschaulichte Stator H'ybesitzt ein Oberteil 125 und ein Unterteil 126, die gemeinsam eine Innenkammer 127 bis 129 (Fig. 8) umschreiben, die einen mit der Mündung 121 der Leitung in Verbindung stehenden Einlaßteil 127j einen radial äußeren Druckaufbauteil 128 und einen radial anschließenden Homogenisierungsteil 129 aufweist. Der Homogenisierungsteil 129 ist an seinem Umfang (Fig. 9) mit einer Reihe radial nach außen gerichteter Bohrungen 13Ο versehen, ' die mit einer ringförmigen Rinne 131 in Verbindung stehen. In die Rinne 131 sind mit passendem Zwischenraum Trennwände 132 (Fig. 9) eingesetzt, die in einer Axialebene radial nach außen verlaufen. Die Trennwände 132 wirken einer Rotation des Mediums außerhalb der Homogenisierungszone entgegen. Am Grunde der Rinne 13I sind nach unten gerichtete Bohrungen 133 angeordnet, die mit der Kollektorkammer 122 in Verbindung stehen. Die Bohrungen 133 arbeiten mit den Trennwänden bei der Verhinderung einer Rotation des Mediums außerhalb der Homogenisierungszone zusammen.

132
Die Trennwände überspannen den größeren Teil des Querschnitts der

Rinne 131 und definieren eine Reihe getrennter Zonen in der Rinne Bei dem dargestellten Beispiel münden elf Bohrungen 13Ο nach innen in jede einzelne Zone der Rinne 131» während drei Bohrungen 133 von jeder einzelnen Zone der Rinne 131 nach außen zur Kollektorkammer 122 führen. Die dargestellte Anordnung mit Trennwänden 132 und Bohrungen I30 und 133 zielt auf eine Verminderung der Rotationsbewegung des Mediums in der Vorrichtung unmittelbar nach seinem Austritt aus der Homogenisierungszone .

Das überteil 125 des Stators 111 (Fig. 8) ist an seinem Innenrand mit einer Dichtung 136 versehen, die der Abdichtung gegenüber der Leitung 120 ein Stück oberhalb deren Mündung 121 dient. Anschließend an seinen Innenrand erstreckt sich das Oberteil 125 mit einer konischen Innenfläche 137 schräg nach unten und außen und geht anschließend mit '

109834/1529

einer Radialfläche 138 im Druckaufbauteil 128 weiter. Im Homogenisierungateil 129 ragt ein konkav abgebogener und gezahnter Randteil 139 nach unten. An seinem Umfang sitzt das Oberteil 125 auf dem Unterteil 126 auf und ist dagegen mittels einer Dichtung 14O abgedichtet. Die Festlegung des Oberteils 125 auf dem Unterteil 126 erfolgt mittels Schraubbolzen 141 (Fig. 8). Das Unterteil 126 ist im Druckaufbauteil 128 mit einer radial verlaufenden Innenfläche 142 versehen, und im Homogenisierungsteil 129 ragt ein konkav abgebogener und gezahnter Handteil IV5 nach oben, der mit dem gezahnten Eandteil 139 am Oberteil 125 fluchtet. Die gezahnten Randteile 139 und 143 haben aufeinander ausgerichtete.Zähne, und jedes Zahnpaar zeigt im Axiatechnitt im wesentlichen die Form eines U. Wie Fig. 10 zeigt, sind die Zähne in jedem Randteil 139 und. 1V5 mit Ringlippen 139a, 139b und 139c, i43a, und 1.43c und i49a, i49b und i49o versehen.

In der von Oberteil 125 und Unterteil 126 des Stators 111 gebildeten Innenkammer 127 bis 129 ist der Rotor 112 angeordnet. Der Rotor 112 besitzt eine innere Nabe 146, die mittels einer Mutter 147 auf der Spindel 113 festgelegt ist. Die schräge Oberseite der Mutter 147 bildet eine untere Fiihrungsflache für das Medium von der Mündung 121 der Leitung 120 zum Einlaßteil 127 ies Stators 111. Von der Nabe 146 laufen eine Reihe von Speichen 148 radial nach außen, die eine gezahnte äußere Felge 1^9 tragen. Die Speichen 148 verlaufen, wie Fig. 10 zeigt, in axialer Richtung über die ganze Höhe des Druckaufbauteils 128 des Stators 111 und stehen in Rotationspassung mit den Flächen 138 und 142. In den Zwischenräumen zwischen den Speichen 148 sind Öffnungen 15O (Fig. 9) angeordnet, die das Medium auf gegenüberliegende Seiten des Rotors 112 verteilen. Die gezahnte Felge 149 hat in Axialrichtung eine geringere Höhe als die Speichen 148 und liegt in dem Zwischenraum zwischen den gezahnten Eandteilen 139 und 143. Die Felge 149 besitzt eine den Zahnungen der Randteile 139 und 1V3 entsprechende Außenzahnung, in der jeder Zahn im Axialschnitt im wesentlichen U-Form aufweist.

Die Zahnungen der Randteile 139 und 143 und der Felge 1^9 sind mit relativ schärfen Zahnflanken und konkav gebogenen Zahnlücken ausgeführt.

109834/1529

Bei dem dargestellten Beispiel (Fig. 9) weist die Felge 1M? eine größere Zahnteilung auf als die Randteile 139 und 1^3· Auf diese V/eise werden Hesonanzerscheinungen zwischen den Zähnen an Rotor und Stator 111 vermieden.

Bein Betriebe der Vorrichtung wird das zu behandelnde Medium durch einen passenden Überdruck über die Mündung 12.1 der Leitung 120 dem Einlaßteil 127 im Stator 111 zugeführt, wo es von den Speichen 1^8 des Rotors 112 erfaßt und gemeinsam mit dem Rotor 112 in Drehung versetzt wird. Als Ergebnis wird das Medium über die Öffnungen 150 auf gegenüberliegende Seiten des Rotors 112 verteilt, und gleichzeitig wird Strömungsenergie in Umfangsrichtung aufgebracht und zusätzliche Druckenergie vor dem Eingang in den Homogenisierungsteil· 129 zugeführt .

Ausgehend vom Druckaufbauteil 126 verteilt sich das Medium in Teilötrömen entlang der gezahnten Felge 1^9 des Rotors 112 und entlang der gezahnten Randteile 139 und iA-3 des Stators 111. Die Ringlippen 139a bis 139c und iVjfe bis 1^3c am Stator 111 und die Ringlippen 1^9a bis 1^9c am Rotor i12 sorgen dafür., daß das strömende foediuyabwechselnd auf die Zahnnungen an den ßandteilen 139 unf i43 und an der Felge 1^9 verteilt und damit das gesamte Hedium mehr oder weniger gleichförmig behandelt wird. Der lokale Druckaufbau, der die Massenwanderung vom Stator zum Rotor und zurück zum Stator ändert, dürfte einen wirksamen Einfluß auf die zu homogenisierende Masse haben.

Durch passende Bemessung des Durchtrittsquerschnitts für das Medium an den Zahnungen relativ zur Drehzahl des Rotors und zum Vorwärtsdruck auf das Medium vor seinem Eintritt in die Vorrichtung und durch passende Bemessung der Bohrungen 13O läßt eich eine gewünschte #bewegungsvariable Geschwindigkeit für das Medium auf dem Wege von Einlaßteil 127 über den Druckaufbauteil 128 und den Homogenisierungsteil 129 bis zum Austritt über die ringförmige Sinne 131 erzielen.

1 09834/1529

- 2k -

Als Folge der Ringlippen 139a bis 1^9ο, die den Durchtrittsquerschnitt für das Medium an den Zahnungen von Rotor 112 und Stator 111 verringern, ergibt sieh ein zusätzlicher Druckaufbau vor den Ringlippen und ein gewisser Druckabfall an den Ringlippen radial über den Homogenisierungsteil 129· Indem man den gesamten Durchtrittsquerschnitt für das Medium an den Bohrungen 130 etwas kleiner oder auf jeden Fall nicht wesentlich größer als den Durchtrittsquerschnitt an den Ringlippen hält, kann man einen zusätzlichen Druckaufbau im Homogenisierungsteil 129 erhalten. Die Bewegungsenergie, der das Medium durch die gezahnte Felge 1^9 ausgesetzt wird, dürfte zu einem gewissen Fluß des Mediums in Auswärtsrichtung führen, während die zugeordneten Zahnungen an den Randteilen 139 und 1^3 die Bewegung des Mediums sowohl in radialer Richtung nach außen als auch in Richtung der Rotorbewegung abbremsen. Sollte sich ein gewisser Fluß des Mediums in Radialrichtung zurück in die Homogenisierungszone entlang der gezahnten Randteile 139 und 1V5 ergeben, so wird dieser Fluß von den Rückflanken der Ringlippen aufgehalten und zum Rotor 112 umgelenkt.

Sowohl die Anzahl der Binglippen als auch ihre gegenseitige Anordnung können anders gewählt sein, als sie im dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt sind, wobei sich dann jeweils spezifische Druckeffekte erzielen lassen.

Ein wesentlicher Vorteil der dargestellten Ausführungsform liegt darin, daß sich eine verlängerte Homogenisierungszone ergibt, in der ein erheblicher Turbulenzeffekt in einem ersten Abschnitt entlang zweier gegenüberliegender Radialseiten des Rotors 112 durch das Zusammenwirken der Zahnungen an Rotor 112 und Stator 111 und eine stärkere und konzentriertere Einwirkung in einem anschließenden Umfangsabschnitt auftreten. Unter allmählichem Fortschreiten zum Umfang dea Rotors 112 entlang den Zähnen der Felge 1^9 des Rotors 112, wo das Medium eine hohe Bewegungsenergie besitzt, wird das Medium wuchtig gegen die gezahnten Randteile 139 und 1^3 am Umfang des Stators 111 geschleudert uiid von dort über die Bohrungen 13Ο rasch abgeführt. Die Bohrungen I30 liegen dem Umfang des Rotors 112 unmittelbar gegenüber in den Zahnlücken der gezahnten Randteile 13V und 1V5.

109834/1529

In der Zeichnung sind die Zähne der Randteile 139 und 1V5 und der Felge 1^9 mit radialem Verlauf dargestellt; in der Praxis können die Zähne jedoch zur Förderung des Turbulenzeffekts und des Kollisionseffekts zwischen den Teilchen des Mediums und den Zähnen auch von der Eadialrichtung abweichen, so daß beispielsweise die Zähne an der Felge ik-9 einen rechten V/inkel mit den Zähnen an den Randteilen 139 und 1^3 einschließen.

In Fig. 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispxel veranschaulicht, bei dem die Zahnungen am Rotor 151 und am Stator 152 zickzackförmig verlaufen und radial nach außen versetzt sind. Durch diese radiale Versetzung der Zahnungen an Rotor 151 und Stator 152 erhält man bei relativ kleinem Durchmesser für den Rotor 151 eine relativ langgestreckte Homogenisxerungszone.

Der Rotor 151 ist mit einer Folgezahnung versehen, bei der jeder Zahn nacheinander vom inneren Ende des gezahnten Randes 153 der Reihe nach abwechselnd und gestuft über Radialabschnitte 15^, I56 und I58 und über Axialabschnitte 155t 157 und 159 verläuft. In der Zeichnung sind die Zähne mit radialem Verlauf dargestellt, sie können aber auch nach vorwärts oder rückwärts in Richtung der Rotorbewegung von der reinen Radialdichtung abweichen.

Der Stator 152 ist mit Zahnreihen 16O bis 165 versehen, die den Zahiireihen 15^ bis 159 am Rotor 151 genau gegenüberstehen. In den Durchlässen zwischen je zwei Zahnreihen 16O, 16I; 162, 163; 164, und 155,156; 157, 158 sind Ringlippen i60a, i62a, i6^fa und 155a, 157a ausgebildet.

In Fig. 12 ist ein weiteres Ausführungsbexspiel dargestellt, bei dem'ein Rotor 17O und ein Stator 171 einen relativ langgestreckten Radialteil und einen relativ langgestreckten Axialteil· besitzen. Der Rotor 17O weist radial gegenüberliegende und nach außen divergierende gezahnte Ränder 172 und 173 auf, die am Umfang des Rotors 170 unter einem spitzen Winkel zu einem gezahnten Axialrand 17*f umgebogen aind.

1 0 9 8 3 A/1529

Der Stator 171 ist in entsprechender Weise mit radial und nach außen divergierenden gezahnten Rändern 175 und 176 versehen, die mit plötzlichem scharfem Knick in einen gezahnten Axialrand 177 übergehen. Außerdem ist der Rotor 170 mit Ringlippen 178 und 179 versehen, während der Stator 171 Ringlippen 18O, 181 und 182 aufweist.

Fig. 13 zeigt einen Rotor .185 mit einer sägezahnartigen Zahnung und einen Stator 187 mit einer entsprechenden sägezahnartigen Zahnung 188, wobei zwischen den Zahnungen 186 und 188 ein minimales Spiel von beispieleweise etwa 1 mm vorhanden ist. Wie die Zeichnung zeigt, erstrecken sich die Spitzen i86a an bestimmten Abschnitten der Zahnung 186 gerade bis zum Grunde i88b der Zahnung 188 nach innen, während die Spitzen l88a bestimmter Abschnitte der Zahnung 188 gerade bis zum Grunde i86b der Zahnung 186 nach innen reichen. Der Grund i86b der Zahnung 186 und der Grund i88b der Zahnung 188 erstrecken sich parallel zueinander über die größten radial verlaufenden Oberflächenabschnitte der Zahnungen 186 und 1.88.

Fig. 1*f zeigt einen Rotor 190 mit einer gewinkelten Zahnung 191 und einen Stator 192 mit einer gewinkelten Zahnung 193» wobei die beiden Zahnungen 191 und. 193 einander ihre konkaven Seiten zuwenden. Bei diesem Ausführungsbeispiel folgen die Oberkanten 191a und 193a der Zahnungen 19I und 193 ebeneo wie der Zahnungsgrund 191b und der Zahnungsgrund 193b in einer iiadialebene einer Zickzacklinie, wobei jedoch die Winkel am Zahnungsgrund schärfer sind als an den Oberkanten. Zahnungsgrund und Zahnungsgipfei treffen sich für beide Zahnungen jeweils an umgekehrten Kanten der Zickzacklinie.

In Fig. 15 ist eine Zahnung mit in radial nach außen entlang eines Rotors 198 verlaufenden Segmenten 195, 196 und 197 unterschiedlicher Zahnteilung veranschaulicht. Entsprechend unterschiedliche Zahnteilungen können auch an einem Stator 199 vorgesehen sein. Fig. 15 zeigt eine unterschiedliche Zahnteilung auch für das äußere Segment 197 des Rotors 198 gegenüber der Zahnteilung für das damit zusammenwirkende äußere Segment 200 des Stators 199.

Patentansprüche;

109834/1529

Claims

Patentansprüche

IhJ Vorrichtung zum Homogenisieren von Medien wie insbesondere Milch, Milchprodukten und dergl., dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem axial verlaufenden Einlaß und einem dagegen radial nach außen versetzten Auslaß für das Medium ein angetriebener Rotor angeordnet ist, der das Medium mittels Zentrifugalkräften in eine Homogenisierungszone hineintreibt, die zwischen dem Rotor und einem diesem benachbarten Stator liegt, und daß der Stator eine erste Oberfläche und der Rotor eine zweite Oberfläche aufweisen, die einander unmittelbar gegenüberstehen und zwischen sich einen Homogenisierungsspalt mit minimalem Abstand von den beiden Oberflächen bilden und von denen mindestens die erste zwecks Erzeugung eines lokalen Turbulenzbereichs als gezahnte, gekerbt^ünd eingesenkte Fläche ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche von otator bzw. Rotor als gezahnte, gekerbte und eingesenkte Oberfläche ausgebildet ist.

f>. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Rptor und Stator im Homogenisierungsspalt in der Größenordnung bis zu 2 mm liegt.

h. Vorrichtung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Rotor und Stator kleiner ist als 1 mm.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die erste Oberfläche am Stator als Randzone für seitlich abgedichtete Rinnen ausgebildet ist, die mit konkav gerundetem Querschnitt aufeinanderfolgen und deren Axialrichtung einen erheblichen Winkel mit der Bewegungsrichtung des Botors einschließt.

6-, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche am Rotor als Randzone für seitlich

109834/1529

abgedichtete Rinnen ausgebildet ist, die mit konkav gerundetem Querschnitt aufeinanderfolgen und deren Axialrichtung einen erheblichen Winkel mit der Bewegungsrichtung des Rotors einschließt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Axialrichtung der Rinnen und der Bewegungsrichtung des Rotors etwa 90 beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teile der ersten Oberfläche radial außerhalb der zweiten Oberfläche oder von Teilen davon liegen und eine Prallfläche für die Radialkomponente der Strömung des Mediums bilden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil der ersten Oberfläche zumindest angenähert radial und angenähert parallel zu einem ersten Teil der zweiten Oberfläche verläuft, während zweite Teile der ersten und der zweiten Oberfläche zumindest angenähert axial gerichtet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die konkav gerundeten Rinnen an deren Boden und/oder an deren einer Seite Auslaßöffnungen des Rotors nach außen münden, deren Austrittsquerschnitt klein ist gegen den Querschnitt der Rinnen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor an seinem Umfang zwei oder mehr Reihen voneinander getrennter Auslaßöffnungen aufweist, deren Achsen angenähert radial nach außen gerichtet sind und die selbst in den verschiedenen Reihen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor an seinem Umfang zwei oder mehr Reihen voneinander getrennter Auslaßöffnnngen aufweist, deren Mündungen unterschiedliche Austrittsquersekeltte zeigen.

109834/1529

13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenneeichnet» daß die Homogenisierungszone über eine Reihe von Austrittsdurchlässen mit einer ringförmigen Kollektorkammer in Verbindung steht, die mit einer Keine von Sperren versehen ist, die sich der Rotation des Mediums nach dessen Austritt aus der Homogenisierungezone widersetzen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Oberfläche relativ zueinander und mindestens eine davon relativ zum Auslaß für das Medium in Axialrichtung einstellbar sind.

15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ihren Einbau zwischen eine Speiseleitung und eine Abführungeleitung für das Medium, wobei das Medium in der Speiseleitung vor dem Rotor einem erheblichen Vorwärtsdruck und gleichzeitig dae Medium in der Abführungsleitung hinter dem Rotor einem erheblichen Gegendruck aussetzbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ihre Anordnung auf einem dem Vorwärtsdruck und/oder dem Gegendruck entsprechenden Niveau unterhalb eines Vorratsbehälters bzw. eines Aufnahmebehälters für das Medium.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Binnen in der ersten und/oder der zweiten Oberfläche in Axialrichtung gesehen eine oder mehrere lokale Verengungen im Durchtrittsquerschnitt für das Medium aufweisen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengungen im Durchtrittsquerschnitt der Rinnen ringförmig in U»~ fangsrichtung der jeweiligen Oberfläche verlaufen und die kombinierten Rinnen in der Oberfläche in einer gemeinsamen Ebene verengen*

109834/1529

19· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verengung an der ersten Oberfläche am Stator ausgehend vom Boden der Binnen vollständig über deren Außenränder erstreckt und das strömende Medium zwangsweise von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche am Rotor zurückführt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor als Hohlkörper mit einem innen geschlossenen Durchlaß für das Medium zwischen einem Einlaß und einer oder mehreren Umfangsreihen voneinander getrennter Auslaßöffnungen ausgebildet ist, die nach außen in die Homogenisierungszone münden»

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kotor ein becherförmiges Bodenteil mit einem oberen nach innen gerichteten ·Flansch aufweist, der als Befestigungselement für den Band eines abnehmbaren Deckels dient, und daß Bodenteil und Deckel des Rotors durch eine einzige Mutter auf einer den Rotor antreibenden Spindel festgelegt sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der innen geschlossene Durchlaß mit einer zentralen Bohrung in der Rotorspindel über radial verlaufende Zweigbohrungen im Rotor selbst und fluchtende Zwedg>ohrungen ia der Rotorspindel in Verbindung steht und seinerseits über einen erheblichen Teil seiner radialen isrstreckung axial verlaufende, klingenförmige Trennwände enthält.

23· Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände sowohl auf der Eintrittsseite als auch auf der Austrittsseite des Durchlasses für das Medium durch den Rotor hindurch mit ringförmigen Durchlässen für die Strömungsglättung in Verbindung stehen.

2h, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Strom des Mediums oder zumindest ein erheblicher Teil davon in zwei Teiletröme aufgeteilt ist, die außerhalb

109834/1529

des Kotors auf dessen jeweiligen Seiten in einem Spalt durchgehen! der von der ersten und der zweiten Oberfläche begrenzt ist, die als gezahnte, gekerbte oder lokal eingesenkte Flächen ausgebildet sind.

25· Vorrichtung nach Anspruch 2*t, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem am Außenrand gezahnten Ring besteht, der mit einer Nabe über Speichen verbunden ist, die eine Verbindung zwischen zwei von einem gemeinsamen Einlaß für das Medium ausgehenden äußeren Durchlässen bilden und gleichzeitig Klingen darstellen, die dem Medium eine Rotationsbewegung aufzwingen und es unter Pumpenwirkung nach außen zum Umfang des Rotors führen.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen in Rotor und Stator und/oder der Spalt zwischen Rotor und Stator zickzackförmig verlaufen.

109834/1£29

Leerseite