-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen Homogenisator für die Verarbeitung von zu homogenisierenden
Produkten, insbesondere Nahrungsmitteln aus Milchprodukten.
-
Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Homogenisator vom
Mixer-Typ, nachfolgend als Homogenisierungsmixer bezeichnet, bestehend aus
einem geschlossenen Behälter
mit einem Boden und einem vorzugsweise austauschbaren, kreisförmig mit Öffnungen
versehenen oder perforierten, am Boden des Behälters angeordneten Mischerring,
wobei die Löcher
des Rings Durchflussöffnungen
bilden, die als Löcher
und/oder Schlitze geformt sind, wobei die Wand des Rings in einem
Abstand von der Behälterwand
angeordnet ist und sich eine Drehwelle in den Behälter erstreckt.
Die Drehwelle ist konzentrisch zum Lochmischerring angeordnet und
umfasst ein Bauteil zur Fixierung einer Nabe, um eine Abdeckplatte
mit einem gegenüber
dem Innendurchmesser des Lochmischerrings etwas geringeren Durchmesser
zu tragen, so dass der Rand der Abdeckplatte in radialer Richtung
innerhalb des Lochmischerrings angeordnet ist. Die Abdeckplatte
hat in Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Öffnungen und eine Anzahl von
mittels der Welle drehbaren Blattklingen, die in Umfangsrichtung
beabstandet und radial nach außen
gerichtet an der Unterseite der Abdeckplatte gefestigt sind, wobei
die Blattschaufeln zur Wand des Lochmischerrings und zum Boden des Behälters einen
Spalt aufweisen.
-
Es
sind Zentrifugen bekannt, die als Homogenisierungsmixer ausgestattet
sind, in die ein zu bearbeitendes Mittel, nachfolgend als Prozessmittel
bezeichnet, in diesem Fall eine Flüssigkeit, in den Behälter der
Zentrifuge gegeben wird und von dem Rotationssieb der Zentrifuge
mit großer
Geschwindigkeit durch kleine Löcher
oder schmale Schlitze im Sieb ausgeworfen wird, wobei beispielsweise
Fetttropfen in Milch zu kleineren Fetttopfen zerdrückt werden.
Dann sollte die Flüssigkeit – im Fall
eines Nahrungsmittels – in
einer anderen Vorrichtung weiter verarbeitet werden. Im Fall von
Milch sollte die Milch beispielsweise vor dem Abfüllen in
eine Verpackung pasteurisiert werden. Zu einem Zeitpunkt kann nur
eine Funktion ausgeführt
werden und die Zentrifuge sollte entleert sein, um eine andere Siebgröße anstelle
eines ersten, irrtümlich
gewählten
Siebs einzusetzen.
-
Das
dänische
Patent Nr. 128,597 beschreibt übereinstimmend mit
GB-A-1 100 782 einen
Homogenisierungsmixer der bekannten Art, bei dem ein Blattklingen
tragen der, rotierender Teil relativ zu einem, den Mischerring tragenden,
ortsfesten Teil axial austauschbar ist. Ein Nachteil dieser Einrichtung
ist der ziemlich hohe Geschwindigkeitsbedarf, 1570–2100 Winkelgrad
pro Sekunde, welcher durch die Verwendung einer Zentrifugalpumpenanordnung und
eines weiteren Mischerrings im Rotorteil nahe des Lochrings im Statorteil
auf etwa 280 Winkelgrad pro Sekunde reduziert werden könnte. Ein
anderer Nachteil ist, dass jedes Mal, wenn die Lochgröße in einem
Mischerring erhöht
werden muss, die Vorrichtung gestoppt und entleert werden sollte,
der Mischerring ausgetauscht werden sollte, die Einrichtung gereinigt,
wiederaufgefüllt
und neu gestartet werden sollte.
-
Zweck
der Erfindung ist es, einen Homogenisierungsmixer bereitzustellen,
der einfacher anzuwenden ist als die bekannte Vorrichtung, und der mehr
Funktionen bei der Bearbeitung von Nahrungsmitteln als die bekannte
Vorrichtung zur Homogenisierung vom Nahrungsmitteln bietet, beispielsweise so,
dass die Nahrungsmittelprodukte neben einer separaten oder kombinierten
Homogenisierung, falls erforderlich, in ein und demselben Behälter gemischt, pasteurisiert,
emulgiert, dispergiert, desodoriert, belüftet etc. werden können, und
in Ausführungsformen für den Homogenisierungsmixer
ohne jede Notwendigkeit, das Nahrungsmittelprodukt während der
Umrüstung
des Homogenisierungsmixers in dessen nächste Funktion zu einem anderen
Behälter
zu übertragen.
Des Weiteren kann der Wechsel von der einen Funktion des Homogenisierungsmixers
zu dessen nächster
Funktion oder Einstellung einer der Funktionen oft ohne Unterbrechung
der Rotation des Homogenisierungsmixerrotors stattfinden.
-
Dies
wird durch einen Homogenisierungsmixer der oben erwähnten Art
erreicht, der erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, dass der Lochmischerring, auch während der
Rotation der Blattklingen axial verstellbar angeordnet ist zur Verstellung aus
einer Position, in der ein erster Mischerringabschnitt mit einer
ersten Reihe von Durchfluss- oder Sieböffnungen in radialer Richtung
gegenüber
den Blattklingen angeordnet ist, in wenigstens eine andere Position,
in der ein anderer Mischerringabschnitt mit einer anderen Reihe
als Löcher
und/oder Schlitze geformten Durchflussöffnungen oder höchstens
ein Teil des Mischerringabschnitts in radialer Richtung gegenüber den
Blattklingen angeordnet ist.
-
Dadurch
wird erreicht, 1) dass die Reihe von Durchflussöffnungen im Mischerring, in
dem Moment, wenn sie gegenüber
den Blattklingen positioniert ist, beispielsweise wenn die Löcher zu
klein sind und eine zu umfangreiche Homogenisierung bieten, durch
eine andere Reihe und größere Löcher oder durch
keinerlei Hindernis gegen Abfluss von den Blattklingen ausgetauscht
werden könnten,
ohne dass der Mixer entleert werden muss, 2) dass die Blattklingen
ein Nahrungsmittelprodukt, beispielsweise in Form von flüssig/flüssig oder
pulverförmig/flüssig mit
möglichen
anderen Additiven und das homogenisiert werden sollte, in dem durch
den Mischerring umfassten Behälter
in Rotation versetzen, und 3) dass die so erzielte Zentrifugalkraft
das Produkt durch den Behälter
und durch die Mischerringöffnungen
heraus schleudert und das Produkt durch die Öffnungen der Abdeckplatte wieder
zuführt.
Dadurch wird ein Nahrungsmittelprodukt gemischt und effizient in
wenigen Minuten bearbeitet, auch Mischungen mit ziemlich hohem trockenem
Feststoffgehalt und in kleinen oder großen Füllmengen. Wie vorstehend erwähnt, kann
ein Nahrungsmittelprodukt eine der folgenden funktionellen Zustände aufweisen,
bei denen das Produkt je nach Bedarf entweder einzeln oder kombiniert
im selben Behälter
gemischt, pasteurisiert, homogenisiert, dispergiert, emulgiert,
desodoriert wird.
-
Ein
Homogenisator, insbesondere ein erfindungsgemäßer Homogenisierungsmixer wird
im Folgenden weiter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in
denen:
-
1 einen
axialen Schnitt durch den unteren Teil des Homogenisierungsmixers
und einen Lochmischerring mit nur einem Lochmischerringabschnitt,
von der Seite gesehen, zeigt,
-
2 eine
Einzelheit in einem axialen Schnitt durch einen Tankboden und den
Rotor des Mixers, dessen Blattklingenradauslass, in eine Zwischenposition
eines axial verstellbaren Lochmischerrings mit mehreren, hier drei,
Mischerringabschnitten münden
kann,
-
3 die
Gegenstände
von 2 in einer unteren Position, und
-
4 die
Gegenstände
von 2 in einer oberen Position zeigt.
-
1 zeigt
die unterschiedlichen Elemente des Homogenierungsmixers sowie deren
Funktion.
-
Es
ist offensichtlich, dass der Teil des den Mischerring 3 tragenden
Bodens 2 des Behälters 1 einen
nichtschweißbaren
Flansch für
den Behälter 1 haben
kann.
-
Der
Behälter 1 kann
mit einer Versorgungsleitung 15 mit einem Absperrschieber 16 und
einem Vorratstrichter 14 für Trockensubstanz, beispielsweise
Milchpulver, welche dem Behälter
zugeführt
werden kann, wenn dieser entleert ist, einer Versorgungsleitung 17 mit
einem federbelasteten Sperrventil 18 zur Dampfzuführung, und
einer Versorgungsleitung 12 für entweder ein Kühlmittel
oder ein Heizmittel verbunden sein, das in einem Zwischenraum 13 zwischen
der den Behälter 1 ummantelnden
Isolierschale 11 und der Außenwand des Behälters vorgesehen
ist.
-
Der
Mischerring 3 ist hier als Sieb mit länglichen oder kreisförmigen Öffnungen 4 geformt,
mit einer Breite und einem Durchmesser von jeweils nicht mehr als
3 mm.
-
Die
Drehwelle 5 erstreckt sich durch den Boden 2 des
Behälters 1 und
nach oben über
die Oberkante des Mischerrings 3, wo ein Rotor mittels
dessen Nabe 6 an der Welle befestigt ist, wobei diese Nabe
ein Vorlaufrad, hier als ein Turbinenrad mit Turbinenschaufeln 7 bezeichnet,
eine an den Unterkanten der Klingen 7 befestigte Abdeckplatte 8 und
mit unterhalb der Turbinenschaufeln 7 nach unten zur Aussparung
innerhalb des Mischerrings 3 angeordnete Öffnungen 9 trägt.
-
Eine
Anzahl von gleichmäßig in Rotationsrichtung
beabstandeten und sich in radialer Richtung erstreckenden Klingen 10 ist
an der Unterseite der Abdeckplatte 8 befestigt. Die Klingen 10 drehen
die Mittel in der Mischerringkammer und erzeugen dabei eine starke
Zentrifugalkraft, die das Mittel zwingt, durch die Öffnungen 4 des
Mischerrings 3 zu fließen.
-
Die
gezeigten Pfeile stellen die während
dem Homogenisierungs- und Mischvorgang stattfindenden Strömungen des
Prozessmittels dar. Flüssigkeit und
mögliche
Additive im Behälter
werden von den Turbinenschaufeln 7 von oben durch Löcher 9 in
der Abdeckplatte 8 und in den Behälter innerhalb des Mischerrings 3,
weiter zwischen die Klingen 10 und heraus durch die Öffnungen 4 der
Mischerplatte und zur Rückführung nach
unten in den Behälter 1 hinuntergesaugt.
-
Die
in 2 gezeigte Einzelheit stellt mit dem Doppelpfeil
dar, wie ein axialer Versatz einer Reihe paralleler, den Lochmischerring 3 tragende Hebestangen 19 jeden erwünschten
Mischerringabschnitt 3.1, 3.2 oder 3.3 gegenüber der
Abflussebene des Blattklingenrads des durch die Nabe 6 getragenen
Rotors zur Erzielung eines vollständig oder teilweise ungehinderten
oder freien Abfluss hiervon einstellen kann. Dadurch wird erreicht,
dass die Funktion des Homogenisierungsmixers umschaltbar auf beispielsweise
Vollmischleistung durch einen axialen Versatz des Mischerrings 3 stattfinden
kann, ohne dass der Homogenisierungsmixer seine Blattklingenrotation
stoppen muss. Wenn der gezeigte Abschnitt 3.3 in eine nicht
dargestellte Position oberhalb der Abflussebene der Blattklingen
verstellt wird, wird es möglich
sein, das an der Versorgungsseite des Blattklingenrads angeordnete
Prozessmittel ganz oder teilweise um das Klingenrad zu dessen Auslass
zu führen,
beispielsweise zur Zwischenreduktion der Homogenisierung oder zur
Erwärmung
des Prozessmittels.
-
Die
Tatsache, dass der Lochmischerring 3 in dessen zweiter
Position in 2 und 3 einen
anderen Abschnitt 3.2 oder 3.1 mit einer anderen
Reihe von Abflussöffnungen 4 gegenüber den
Blattklingen 10, und in einer dritten Position in 4 einen
dritten Abschnitt 3.3 zum vollständigen oder teilweisen Freilegen
des Abflusses in radialer Richtung gegenüber der Blattklingen 10 für einen
kompletten oder teilweisen Abfluss hiervon aufweist, begründet die
Möglichkeit – durch
einen axialen Versatz des Mischerrings 3 mit dessen drei
Abschnitten – einer
optionalen Funktionsveränderung
entweder zur einer stärkeren
Homogenisierung, zu einer schwächeren
Homogenisierung oder zu einer vollständigen oder teilweise vollständigen Mischfunktion.
-
Die
Vorrichtung muss während
der Bearbeitung nicht entleert oder gestoppt werden. Wenn der dritte
Abschnitt 3.3 zu einer nicht dargestellten Position oberhalb
der Ebene der Blattklingen 10 verstellt wird, wird es möglich sein,
wie oben erwähnt,
das an der Versorgungsseite des Blattklingenrads angeordnete Prozessmittel
ganz oder teilweise durch die Blattklingen 10 des Blattklingenrads
ganz oder teilweise hindurchtreten zu lassen.
-
Falls
der Lochmischerring 3 verstellbar in dessen Umfangsrichtung
relativ zu einem nicht dargestellten anderen Mischerring mit kleinem
radialen Abstand angeordnet ist und hiermit ortsfest und koaxial
angeordnet ist, wird es möglich
sein, den Abstand der Abflussöffnungen 4 auf
einfache Weise zu ändern,
beispielsweise von einem kleineren Wert, der Null sein kann, und
zu einem Höchstwert,
welcher die größte Öffnungsgröße oder
Siebgröße der Mischerringabschnitte
sein kann.
-
Falls
der Mischerring 3 einen Durchmesser von mindestens 20 cm,
vorzugsweise 25 cm, aufweist, und sich vorzugsweise im Bereich von
20–60 cm
befindet, wird erreicht, dass die Homogenisierung durch angemessene
Geschwindigkeiten, beispielsweise durch 2500 Umdrehungen pro Minute
stattfinden kann.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors oder des Blattklingenrads
höchstens
2578 Umdrehungen pro Minute, eine Optimierung kann erreicht werden
aus der Homogenisierung ohne übermäßige Wärmeerzeugung
durch Anpassung des Durchmessers des Mischerrings 3 an
die niedrigstmögliche
erwünschte Geschwindigkeit.
-
Abschnitt 3.3 des
Mischerrings 3 – welcher vollständig oder
teilweise den Abfluss von den Mischerblattklingen 10 freigeben
kann – ist
vorzugsweise als nicht dargestellte Wandumrandung geformt, die den
Abfluss öffnet
und eine gezackte oder sinusförmige
Oberkante aufweist, deren Amplitude vorzugsweise der Breite einer
umgebenden Reihe von Durchflussöffnungen 4 in
einem der anderen Abschnitte des Mischerrings 3 entspricht.
Dabei wird erreicht – falls
die Oberkante höher
als das Blattklingenrad im Mixer angeordnet ist – dass es auf eine geregelte
Weise möglich
ist, während
des Homogenisierungs- und/oder Mischvorgangs das Prozessmittel ganz
oder teilweise an der Versorgungsseite des Blattklingenrads ganz
oder teilweise durch das Blattklingenrad oder Turbinenrad an der
Nabe 6, wie oben erwähnt,
hindurchtreten zu lassen.
-
Die
Nabe 6 mit dem Rotor trägt
vorzugsweise ein oberhalb der Abdeckplatte 8 angeordnetes Vorlaufrad,
wobei dieses als Propeller und/oder Turbinenmechanismus geformte
Vorlaufrad so angeordnet ist, dass es während der Rotation die Flüssigkeit durch
die Öffnungen 9 der
Abdeckplatte 8 und weiter in die, durch den Mischerring 3 umschlossene
Kammer und heraus durch die Öffnungen 4 des
in radialer Richtung gegenüber
den Blattklingen 10 angeordneten Mischerringsabschnitts 3.1, 3.2, 3.3 hinaustreibt. Dabei
ist es bei unveränderten
Homogenisierungsgrad möglich,
die Rotationsgeschwindigkeit für
die Mischerblattklingen 10 zu reduzieren.
-
Die
Abdeckplatte 8 ist vorzugsweise als ein Vorlaufrad in Form
eines Turbinenrads mit Turbinenschaufeln 7 gebildet, deren
zum Boden 2 des Tanks 1 weisende Kanten an der
Oberseite der Abdeckplatte 8 und entlang der Kanten in
deren Öffnungen befestigt
sind. Dadurch wird eine besonders einfache Ausführungsform eines Vorlaufrads
erreicht.
-
Der
Mixer kann Milchprodukte, wie beispielsweise Käsemasse, Yoghurt, Eiskremmischung,
Softeis bearbeiten, ebenso aber können Nahrungsmittelprodukte,
wie Babynahrung bearbeitet werden. Des Weiteren kann er Desserts,
Marmelade, Mayonnaise, Senf, Softdrinks etc., Cremes und Salben
für den Kosmetikbereich
sowie chemische und pharmazeutische Produkte bearbeiten.
-
Der
Homogenisator kann somit viele Funktionen einzeln oder in Kombination
ausführen, üblicherweise
sogar ohne jeden Vorgangsstop, und ist trotzdem von einer einfachen
Bauweise.