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EP0454811A1 - Mischkopf zum aufschäumen eines stoffes mit einem gas. - Google Patents

Mischkopf zum aufschäumen eines stoffes mit einem gas.

Info

Publication number
EP0454811A1
EP0454811A1 EP90916474A EP90916474A EP0454811A1 EP 0454811 A1 EP0454811 A1 EP 0454811A1 EP 90916474 A EP90916474 A EP 90916474A EP 90916474 A EP90916474 A EP 90916474A EP 0454811 A1 EP0454811 A1 EP 0454811A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
mixing head
stator
head according
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP90916474A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0454811B1 (de
Inventor
Jakob Leitner
Uwe Wiedmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ytron Dr Karg GmbH
Original Assignee
Ytron Dr Karg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ytron Dr Karg GmbH filed Critical Ytron Dr Karg GmbH
Publication of EP0454811A1 publication Critical patent/EP0454811A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0454811B1 publication Critical patent/EP0454811B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/272—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces
    • B01F27/2721—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces provided with intermeshing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/272—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces
    • B01F27/2723—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces the surfaces having a conical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
    • B01F2025/912—Radial flow

Definitions

  • the invention relates to a frothing mixing head .
  • a frothing mixing head which has a toothed rotor in a toothed stator housing, and which has feed openings for a gas and a substance of a predetermined viscosity and an outlet opening.
  • Mixing heads of this type are used in many areas of technology.
  • a particular area of application is food processing technology, where thin to viscous substances, for example milk products, are foamed with nitrogen before they are packaged.
  • the foaming makes the end product particularly light and loose, which increases the enjoyment when consumed.
  • the teeth of the rotor are arranged in a plurality of rows running in the circumferential direction, pointing radially outward and aligned in the axial direction, with all teeth having essentially the same size.
  • the stator teeth are arranged * in such a manner complementary to the rotor teeth, that the rotor and stator during assembly in Achs ⁇ direction into each other can be pushed, and in Be ⁇ the rotor teeth operating state are axially offset between the rows of stator tines.
  • the tooth width can therefore correspond to a maximum of the tooth spacing, so that the ratio of tooth width and tooth spacing is not particularly favorable for a number of applications.
  • the invention is based on the object of specifying a foaming-up mixing head of the type mentioned at the outset which enables an arbitrary tooth width / tooth spacing ratio.
  • rotor and stator teeth are oriented in opposite directions in the axial direction and are arranged radially and axially offset in several sprockets, the sprocket diameter being smaller on the input side than on the output side.
  • the invention is based on the basic idea that when the teeth are axially aligned, the joining of the rotor and the stator is independent of the tooth width and the tooth spacing, so that they can be freely selected with regard to the material to be foamed.
  • the speed of rotation of the ring gears increases with increasing diameter. In other words, this means that the circumferential speed increases along the flow path, so that the amount of gas which inevitably increases in the flow path goes hand in hand with a higher circulation speed.
  • each rotor / stator ring gear it is possible for each rotor / stator ring gear to differ in diameter from the adjacent ring gear, i.e. that there is a paired assignment. In this way an essentially continuously expanding rotor / stator is obtained.
  • the rotor / stator has at least two, preferably three, rotor / stator stages, each with a plurality of gear rings, which in their Axis position match, ie which are not axially offset against each other.
  • This has the advantage that a ring gear labyrinth is generated within each rotor / stator stage, which contributes to particularly good foaming.
  • the radial passage of the material to be foamed is particularly supported in that the interdental spaces of the individual toothed rings are the same within a stator stage and / or rotor stage.
  • the gas distribution is supported in that the toothing of a rotor / stator stage is finer in comparison to the previous stage in the flow direction.
  • the cleaning of the mixing head and the maintenance of an aseptic condition when used in the food sector is facilitated in that the rotor and / or the stator are made in one piece.
  • the individual rotor / stator stages may be detachably connected to one another.
  • the feeds are arranged on the end face and the outlet opening runs tangentially.
  • Fig. 1 shows schematically an axial longitudinal section through a three-stage foam mixing head
  • Fig. 2 shows schematically a cross section through the
  • Foaming mixing head along the section line II-II in FIG. 1.
  • the foaming-mixing head designated overall by 10, has a rotor 11 and a stator housing 12.
  • a substance to be foamed is fed via a first feed opening 13 in an end face of the stator housing 12.
  • a gas is added via a second feed opening 14 in the same end face.
  • the foamed end product is discharged via a tangential outlet opening 15.
  • the frothing mixing head is constructed in three stages, i.e. the rotor 11 consists of a first, second and third series-connected rotor / stator stage 16, 17, 18, which are connected to one another at least in a rotationally fixed manner on a shaft 19.
  • Each of the rotor / stator stages 16, 17, 18 consists of a cylinder 20, 21 or a disk 22, on which, in the example shown here, three toothed rings 23, 24, 25 are arranged, which are coaxial with the shaft 19 in Direction to the two feed openings 13,14 are aligned.
  • the first rotor stage 16 assigned to the two feed openings 13, 14 has the smallest diameter.
  • the diameter of the two subsequent rotor stages 17, 18 is in each case larger by a predetermined amount in such a way that the associated ring gears 24 and 25 lie radially outside the cylinders 20 and 21 of the preceding first and second rotor stages 16, 17.
  • the ring gears 23, 24, 25 of the three rotor stages 16, 17, 18 are in engagement with complementary ring gears 26, 27, 28 which are arranged on the stator housing 12.
  • the figure shows that the stator housing 12 and the stator-side ring gears 26, 27, 28, in accordance with the gradation of the rotor 11, run in the same way in three stages, which widen outwards in the direction of flow. During assembly or disassembly, the rotor 11 can therefore easily be pulled out of the stator housing 12 when a Housing cover 29 is removed.
  • the flow of a material to be foamed takes place according to arrow 30 first in the radial direction through the first rotor / stator stage 16. After the passage of the outermost stator-side ring gear, the material is passed through a conically widening space 31 according to arrow 32 into the second rotor stage 17. A passage through the second and third stages 17, 18 then takes place in the same way.
  • the rotor-side sprockets 24, 25 of the second and third rotor stages 17, 18 and the associated stator-side sprockets 27, 28 are each made finer in comparison to the sprockets 23, 26 of the first rotor / stator stage 16. With increasing mixing, the gas particle size is therefore refined, the circumferential speed being additionally increased due to the larger diameter compared to the respective previous stage.

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Description

Mischkopf zum Aufschäumen eines Stoffes mit einem Gas
Die Erfindung betrifft einen Aufschäum-Mischkopf ,. welcher einen gezahnten Rotor in einem gezahnten Statorgehause 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-* zahne 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 Aufschaumvorgang 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 A u f g b e 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- enden 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 Ausfuhrungsbeispiels 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 Roto'r-/Statör-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

Patentansprüche
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 auf eist , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, 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 g e k e n n z e i c h n e t, daß 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 g e k e n n z e i c h n e t, daß drei Rotor-/Statorstufen (16,17,18) vorhanden sind.
4. Mischkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, 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 g e k e n n z e i c h n e t, 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 g e k e n n z e i c h n e t, daß der Rotor (11 ) und/oder das Statorgehäuse (12) einstückig ausgebildet sind.
7. Mischkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die einzelnen Rotor- und/oder Statorstufen (16,17, 18) lösbar miteinander verbunden sind.
8. Mischkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zuführungen (13,14) stirnseitig angeordnet sind und die Austrittsöffnung (15) tangential verläuft
EP90916474A 1989-11-17 1990-11-15 Mischkopf zum aufschäumen eines stoffes mit einem gas Expired - Lifetime EP0454811B1 (de)

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PCT/EP1990/001956 WO1991007221A1 (de) 1989-11-17 1990-11-15 Mischkopf zum aufschäumen eines stoffes mit einem gas

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EP0454811B1 EP0454811B1 (de) 1994-11-02

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