DE60223675T2

DE60223675T2 - Homogenisiervorrichtung

Info

Publication number: DE60223675T2
Application number: DE60223675T
Authority: DE
Inventors: Holger Colding-Kristensen; Hans Henrik Mortensen
Original assignee: Scanima AS
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: ES2296934T3; US7178977B2; DK174688B1; EP1395354A1; US20040190373A1; JP2004530556A; JP4505220B2; DE60223675D1; WO2003002241A1; DK200100917A; EP1395354B1

Description

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.

Claims

Homogenisator für die Verarbeitung von zu homogenisierenden Produkten, insbesondere Nahrungsmitteln aus Milchprodukten, wobei der Homogenisator einen Mixer solcher Art umfasst, der aus einem geschlossenen Behälter (1) mit einem Boden (2) sowie einem ortsfesten und vorzugsweise austauschbaren, kreisförmigen Lochmischerring (3) besteht, der am Boden des Behälters angeordnet ist, wobei die Löcher des Rings Durchflussöffnungen bilden, die als Löcher und/oder Schlitze (4) geformt sind, wobei die Wand des Rings in einem Abstand von der Wand des Behälters (1) angeordnet ist und sich eine Drehwelle (5) in den Behälter (1) erstreckt, wobei die Drehwelle (5) zum Lochmischerring (3) konzentrisch angeordnet ist und ein Bauteil zur Fixierung eines Rotors umfasst, der eine Nabe (6) aufweist, die ein mit Blattklingen versehenes Vorlaufrad trägt, wobei die Nabe (6) ferner eine Abdeckplatte (8) mit einem gegenüber dem Innendurchmesser des Lochmischerrings (3) etwas geringeren Durchmesser trägt, so dass der Rand der Abdeckplatte (8) in radialer Richtung innerhalb des Lochmischerrings (3) angeordnet ist, wobei die Abdeckplatte in Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Öffnungen und eine Anzahl von mittels der Welle (5) rotierbaren Blattklingen (10) aufweist, die radial nach außen gerichtet in Umfangsrichtung beabstandet an der Unterseite der Abdeckplatte (8) befestigt sind, wobei die Blattklingen einen Spalt zur Wand des Lochmischerrings (3) und zum Boden (2) des Behälters (1) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerring (3), der bezüglich des Rotors mit der Nabe (6) ortsfest ist, in axialer Richtung auch während der Drehung der Blattklingen (10) einstellbar ist zur Verstellung aus einer ersten Position, in der ein erster Abschnitt des Mischerrings (3.2) mit einer ersten Reihe von Durchflussöffnungen (4) in radialer Richtung gegenüber den Blattklingen (10) der Nabe (6) angeordnet ist, in wenigstens eine andere Position, in der ein anderer Abschnitt des Mischerrings (3.1, 3.3) mit einer anderen Reihe von Durchflussöffnungen, die als Löcher und/oder Schlitze geformt sind, oder höchstens ein Teil eines Abschnitts des Mischerrings in radialer Richtung gegenüber den Blattklingen (10) des Rotors angeordnet ist.
Homogenisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerring (3) mit einem anderen Abschnitt (3.3) in der anderen Position ganz oder teilweise die Abflussöffnungen für einen ganz oder teilweise freien Abfluss von den Blattklingen (10) freigibt.
Homogenisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerring (3) in der zweiten Position einen zweiten Abschnitt (3.1) mit einer zweiten Reihe von Durchlassöffnungen (4) aufweist, die gegenüber den Blattklingen (10) angeordnet sind, und eine dritte Position einen dritten Abschnitt aufweist, um ganz oder teilweise die Abflussöffnungen in radialer Richtung gegenüber den Schneideblättern (10) für einen ganz oder teilweise freien Abfluss freizugeben.
Homogenisator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerring (3) in Umfangsrichtung bezüglich zu einem anderen ortsfesten Mischer und koaxial angeordneten Ring einstellbar angeordnet ist, wobei ein kleiner, radialer Freiraum zwischen den beiden Mischerringen besteht.
Homogenisator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerring (3) einen Durchmesser von mindestens 20 cm, insbesondere 25 cm und insbesondere innerhalb eines Durchmesserbereichs von 20 bis 60 cm aufweist.
Homogenisator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Rotors höchstens 2578 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Homogenisator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (3.3) des Mischerrings (3), der ganz oder teilweise die Abflussöffnungen von den Blattklingen (10) freigeben kann, mit einer in Umfangsrichtung gezackten oder sinusförmigen Kante versehen ist, deren Größe vorzugsweise der Breite einer in Umfangsrichtung angeordneten Reihe von Durchflussöffnungen (4) in einem der anderen Abschnitte (3.1, 3.2) des Mischerrings (3) entspricht.
Homogenisator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor im Bereich der Nabe (6) ein Vorlaufrad umfasst, das oberhalb der Abdeckung (8) angeordnet ist, wobei das Vorlaufrad als ein Propeller und/oder Turbinenmechanismus ausgebildet ist, der mit Turbinenschaufeln (7) versehen und angeordnet ist derart, dass das verarbeitete Medium während der Drehung durch die Öffnungen (9) der Abdeckplatte (8) hindurch, weiter in die Kammer, die vom Mischerring (3) umgeben wird, und aus den Öffnungen (4) der Mischerring-Abschnitte (3.1, 3.2, 3.3) heraus getrieben wird, die in radialer Richtung gegenüber den Schneideblättern (10) angeordnet sind.
Homogenisator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (8) ein Vorlaufrad in Form eines Turbinenrades mit Turbinenschaufeln (7) bildet, deren zum Boden (2) des Behälters (1) weisenden Kanten an der Oberseite der Abdeckplatte (8) und entlang von Kanten in den Öffnungen (9) der Abdeckplatte (8) befestigt sind.