DE3938306A1 - Mischkopf zum aufschaeumen eines stoffes mit einem gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufschäum-Mischkopf, welcher einen gezahnten Rotor in einem gezahnten Statorgehäuse auf­ weist, und welcher Zuführöffnungen für ein Gas und einen Stoff vorgegebener Viskosität sowie eine Austrittsöffnung aufweist.

Derartige Mischköpfe werden in vielen Bereichen der Tech­ nik eingesetzt. Ein besonderes Anwendungsgebiet ist die Lebensmittelverfahrenstechnik, wo dünn- bis zähflüssige Stoffe, beispielsweise Milchprodukte, mit Stickstoff auf­ geschäumt werden, bevor sie abgepackt werden. Durch das Aufschäumen wird das Endprodukt besonders leicht und locker, was den Genuß beim Verzehr erhöht.

Bei einem bekannten Aufschäum-Mischkopf dieser Art sind die Zähne des Rotors in mehreren, in Umfangsrichtung ver­ laufenden Reihen radial nach außen weisend angeordnet und in Achsrichtung fluchtend ausgerichtet, wobei alle Zähne im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen. Die Stator­ zähne sind in der Weise komplementär zu den Rotorzähnen angeordnet, daß Rotor und Stator bei der Montage in Achs­ richtung ineinander geschoben werden können, und im Be­ triebszustand liegen die Rotorzahnreihen axial versetzt zwischen den Statorzahnreihen.

Systembedingt kann die Zahnbreite daher maximal dem Zahn­ abstand entsprechen, so daß das Verhältnis von Zahnbreite und Zahnabstand für eine Reihe von Anwendungsfällen nicht besonders günstig ist. Darüber hinaus ist es auch nicht möglich, den Aufschäumvorgang dem Umstand anzupassen, daß der Stoff zunächst beim Eintritt in den Mischkopf eine andere Viskosität bzw. Konsistenz als beim Austritt auf­ weist, weil die Feinverteilung mit dem Gas eingangsseitig zwangsläufig geringer ist als ausgangsseitig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufschäum-Mischkopf der eingangs genannten Art anzugeben, welcher ein beliebiges Zahnbreiten/Zahnabstands-Verhältnis ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rotor- und Statorzähne in Achsrichtung gegensinnig ausgerichtet und in mehreren Zahnkränzen radial und axial versetzt ange­ ordnet sind, wobei die Zahnkranzdurchmesser eingangsseitig kleiner ist als ausgangsseitig.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß bei einer axialen Ausrichtung der Zähne das Zusammenfügen von Rotor und Stator von der Zahnbreite und dem Zahnabstand unab­ hängig wird, so daß diese im Hinblick auf den zu verschäu­ menden Stoff frei wählbar sind. Außerdem wird die Umlauf­ geschwindigkeit der Zahnkränze mit zunehmendem Durchmesser größer. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die Umfangsge­ schwindigkeit entlang der Durchflußstrecke zunimmt, so daß die in der Durchlaufstrecke zwangsläufig zunehmende Gasmenge mit einer höheren Umlaufgeschwindigkeit einhergeht.

Grundsätzlich ist es möglich, daß sich jeder Rotor-/Stator- Zahnkranz im Durchmesser vom benachbarten Zahnkranz unter­ scheidet, d. h., daß eine paarweise Zuordnung vorliegt. Man erhält auf diese Weise einen im wesentlichen kontinuier­ lich sich erweiternden Rotor/Stator.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Rotor/Stator mindestens zwei, bevorzugt drei, Rotor-/Statorstufen mit jeweils mehreren Zahnkränzen aufweist, welche in ihrer Achsposition übereinstimmen d. h. welche axial nicht ge­ geneinander versetzt sind. Das hat den Vorteil, daß in­ nerhalb jeder Rotor-/Statorstufe ein Zahnkranz-Labyrinth erzeugt wird, welches zu einer besonders guten Aufschäu­ mung beiträgt.

Der radiale Durchtritt des zu verschäumenden Stoffes wird besonders dadurch unterstützt, daß die Zahnzwischenräume der einzelnen Zahnkränze innerhalb einer Statorstufe und/ oder Rotorstufe gleich sind.

Die Gasverteilung wird dadurch unterstützt, daß die Ver­ zahnung einer Rotor-/Statorstufe im Vergleich zu der in Flußrichtung vorhergehenden Stufe feiner ist.

Die Reinigung des Mischkopfes und die Aufrechterhaltung eines aseptischen Zustands beim Einsatz im Lebensmittelbe­ reich wird dadurch erleichtert, daß der Rotor und/oder der Stator einstückig ausgebildet sind.

Alternativ dazu kann es zweckmäßig sein, daß die einzel­ nen Rotor-/Statorstufen lösbar miteinander verbunden sind.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung sind die Zuführungen stirnseitig angeordnet und die Austrittsöffnung verläuft tangential.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Axiallängsschnitt durch einen dreistufigen Aufschäum-Mischkopf und

Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Aufschäum-Mischkopf entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

Der insgesamt mit 10 bezeichnete Aufschäum-Mischkopf weist einen Rotor 11 und ein Statorgehäuse 12 auf. Ein aufzu­ schäumender Stoff wird über eine erste Zuführöffnung 13 in einer Stirnseite des Statorgehäuses 12 zugeführt. Über eine zweite Zuführöffnung 14 in der gleichen Stirnseite erfolgt die Beimischung eines Gases. Das aufgeschäumte End­ produkt wird über eine tangentiale Auslaßöffnung 15 abge­ führt.

Der Aufschäum-Mischkopf ist in dem dargestellten Beispiel drei­ stufig aufgebaut, d. h., der Rotor 11 besteht aus einer ersten, zweiten und dritten in Reihe geschalteten Rotor-/Stator-Stufe 16, 17, 18, die auf einer Welle 19 zumindest drehfest miteinander verbunden sind. Jede der Rotor-/Stator-Stufen 16, 17, 18 besteht aus einem Zylinder 20, 21 bzw. einer Scheibe 22, auf welcher in dem hier dargestellten Beispiel jeweils drei Zahnkränze 23, 24, 25 angeordnet sind, die koaxial zur Welle 19 in Richtung auf die beiden Zuführöffnungen 13, 14 ausgerichtet sind.

Die den beiden Zuführöffnungen 13, 14 zugeordnete erste Ro­ torstufe 16 weist den kleinsten Durchmesser auf. Der Durch­ messer der beiden folgenden Rotorstufen 17, 18 ist jeweils in der Weise um einen vorgegebenen Betrag größer, daß die zugehörigen Zahnkränze 24 bzw. 25 radial außerhalb der Zylinder 20 bzw. 21 der vorhergehenden ersten bzw. zweiten Rotorstufe 16, 17 liegen.

Die Zahnkränze 23, 24, 25 der drei Rotorstufen 16, 17, 18 stehen in Eingriff mit komplementären Zahnkränzen 26, 27, 28, die am Statorgehäuse 12 angeordnet sind. Die Figur veran­ schaulicht, daß das Statorgehäuse 12 und die statorseitigen Zahnkränze 26, 27, 28 in Übereinstimmung mit der Abstufung des Rotors 11 in gleicher Weise in drei Stufen verläuft, die sich in Flußrichtung nach außen erweitern. Bei der Montage oder Demontage kann daher der Rotor 11 ohne weiteres aus dem Statorgehäuse 12 herausgezogen werden, wenn ein Gehäusedeckel 29 entfernt wird.

Der Durchfluß eines aufzuschäumenden Stoffes erfolgt gemäß Pfeil 30 zunächst in radialer Richtung durch die erste Rotor-/Statorstufe 16. Nach dem Durchtritt des äußersten statorseitigen Zahnkranzes wird der Stoff über einen sich konisch erweiternden Raum 31 gemäß Pfeil 32 in die zweite Rotorstufe 17 geleitet. In gleicher Weise erfolgt dann ein Durchtritt durch die zweite und dritte Stufe 17, 18.

Die rotorseitigen Zahnkränze 24, 25 der zweiten und drit­ ten Rotorstufe 17, 18 sowie die zugehörigen statorseitigen Zahnkränze 27, 28 sind jeweils im Vergleich zu den Zahn­ kränzen 23, 26 der ersten Rotor-/Statorstufe 16 feiner aus­ gebildet. Mit zunehmender Durchmischung wird daher die Gaspartikelgröße verfeinert, wobei zusätzlich aufgrund der größeren Durchmesser die Umfangsgeschwindigkeit gegen­ über der jeweils vorhergehenden Stufe erhöht ist.

Grundsätzlich ist es auch möglich, bei den einzelnen Rotor-/ Statorstufen 16, 17, 18 gleiche Durchmesser vorzusehen. Der aufzuschäumende Stoff wird dabei nach jeder Stufe wieder nach innen geleitet.

Aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 durch das Stator­ gehäuse 12 entlang der Schnittlinie II-II wird ersichtlich, daß die Zahnzwischenräume 33 der drei statorseitigen Zahn­ kränze 26 im wesentlichen gleich sind, so daß radial ver­ laufende gerade Durchtrittskanäle gebildet werden, wel­ che den radialen Stoffdurchtritt unterstützen. Die einzel­ nen Zähne sind mit 35 bezeichnet.

Claims (8)

1. Aufschäum-Mischkopf, welcher einen gezahnten Rotor in einem gezahnten Statorgehäuse aufweist, und welcher Zuführöffnungen für ein Gas und für einen aufzuschäumenden Stoff vorgegebener Viskosität sowie eine Austrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor- und Statorzähne (35) in Achsrichtung gegensinnig ausgerichtet und in mehreren Zahnkränzen (23 bis 28) radial und axial versetzt angeordnet sind, wobei der Zahnkranzdurchmesser eingangsseitig kleiner ist als ausgangsseitig.

2. Mischkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da′ der Rotor (11) und das Statorgehäuse (12) minde­ stens zwei Rotor-/Statorstufen (16, 17, 18) aufweist, die jeweils mit mehreren Zahnkränzen (23, 24, 25 bzw. 26, 27, 28) versehen sind, welche in ihrer Achsposition übereinstimmen.

3. Mischkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Rotor-/Statorstufen (16, 17, 18) vorhanden sind.

4. Mischkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnzwischenräume (33) der einzelnen Zahn­ kränze (23 bis 28) innerhalb einer Rotor-/Stator­ stufe (16, 17, 18) im wesentlichen gleich sind.

5. Mischkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung einer Rotor-/Statorstufe (16, 17, 18) im Vergleich zu der in Flußrichtung vorhergehenden Stufe feiner ist.

6. Mischkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (11) und/oder das Statorgehäuse (12) einstückig ausgebildet sind.

7. Mischkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rotor- und/oder Statorstufen (16, 17, 18) lösbar miteinander verbunden sind.

8. Mischkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen (13, 14) stirnseitig angeordnet sind und die Austrittsöffnung (15) tangential verläuft.