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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenblockanordnung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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STAND DER TECHNIK
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Die
Pumpenblockausführung,
mit der die Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Einsatz kommen kann, gibt es beispielsweise in einer Hochdruckpumpe
oder einem Homogenisierapparat. Eine Hochdruckpumpe besteht im Wesentlichen
aus einem kraftvollen Elektromotor mit einem Übertragungsmechanismus, der
einen Riementräger,
ein Getriebe und einen in einem Kurbelgehäuse untergebrachten Kurbelmechanismus
umfasst. Die Hochdruckpumpe beinhaltet auch einen Pumpenbereich mit
dem Pumpenblock, mit Ventilen und Kolben. Die Drehbewegung vom Elektromotor
wird mittels des Übertragungsmechanismus
in die Hin- und Herbewegung der Kolben umgewandelt.
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Ein
Homogenisierapparat ist im Wesentlichen eine Hochdruckpumpe, in
der der Pumpenblock durch eine oder mehrere Homogenisiervorrichtungen oder
Gegendruckvorrichtungen, in denen die eigentliche Homogenisierung
stattfindet, ergänzt
wurde. Eine Hochdruckpumpe oder ein Homogenisierapparat gemäß diesem
Prinzip ist in der schwedischen Patentanmeldung SE9800896-4 beschrieben.
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Homogenisierung
ist ein seit langem angewendetes industrielles Verfahren, dessen
Zweck darin besteht, Teilchen in verschiedenen Flüssigkeitsarten
fein zu verteilen, beispielsweise um Emulsionen zu stabilisieren,
Geschmackstoffe und Aromen zu verstärken, die Farbsättigung
in Anstrichfarben zu verbessern, usw. Ein sehr übliches Anwendungsgebiet ist
die Homogenisierung von Milch, deren Zweck darin besteht, die größten Fettkügelchen,
die in der Milch enthalten sind, in kleinere Fettkügelchen
aufzuspalten und somit die Fettemulsion zu stabilisieren, um zu
verhindern, dass sich Rahm absetzt. Der größte Teil der Verbrauchermilch
wird heutzutage homogenisiert.
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Homogenisierung
findet normalerweise dadurch statt, dass beispielsweise auf eine
Fettemulsion, die aus Milch bestehen kann, ein hoher Eingabedruck
ausgeübt
wird, der die Emulsion mit hoher Geschwindigkeit durch einen sehr
engen Spalt treibt, wo die Fettkügelchen
der Fettemulsion, u.a. als eine Folge der Turbulenz, die bei einem
plötzlichen
Druckabfall hinter dem Homogenisierungsventil auftritt, aufgespalten
werden. Das zu homogenisierende Produkt wird mittels der Hochdruckpumpe
druckbeaufschlagt, oft bis auf mehrere hundert Bar, und durch einen
engen Spalt in der Gegendruckvorrichtung gedrückt.
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Wenn
das Produkt in den Homogenisierapparat oder die Hochdruckpumpe eintritt,
wird es durch ein Einlassrohr oder einen Einlasskanal eingeleitet
und auf verschiedene Ventile im Pumpenblock verteilt. In den meisten
Homogenisierapparaten und Hochdruckpumpen, die heutzutage verwendet
werden, wird der Einlasskanal durch Aufbohren im homogenen Pumpenblock
ausgebildet, was hohe Produktionskosten zur Folge hat. Darüber hinaus
ist es nicht immer möglich,
den Einlasskanal auf die gewünschten
großen
Durchmesser aufzubohren. Wenn ein großer Einlassdurchmesser gewählt wird,
wird die Geschwindigkeit im Einlassrohr und dadurch das Kavitationsrisiko,
das als eine Folge von Geschwindigkeitsänderungen aufgrund des Pulsierens
der Pumpe auftreten kann, reduziert.
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Es
ist versucht worden, die im Pumpenblock aufgebohrten Einlasskanäle durch
ein separates Einlassrohr zu ersetzen. Da aber das Produkt oft erwärmt wird,
können
sehr hohe thermische Beanspruchungen auftreten, weil das Rohr rasch,
der Pumpenblock jedoch aufgrund seiner großen Masse wesentlich langsamer
erwärmt
wird. Was die Homogenisierung betrifft, so weist das Produkt oft
eine Temperatur von 75°C
auf, und die thermische Beanspruchung, die dann beim Start des Homogenisierapparats
auftreten kann, liegt über
dem Ausfallpunktniveau des Rohrmaterials. Hohe Temperaturen können auch
vor Produktionsbeginn bei der Sterilisierung des Rohrs oder Rohrsystems
auftreten. Die Schweißnähte, die notwendigerweise
im Einlassrohr vorgesehen werden müssen, reißen natürlich bei einer wesentlich niedrigeren
thermischen Beanspruchung. Je größer der
Homogenisierapparat ist, d.h. je höher die Anzahl der Pumpenventile
im Pumpenblock ist, umso größer ist
die thermische Beanspruchung, die zwischen dem Pumpenblock und dem
Einlassrohr auftritt.
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Dieses
Problem lässt
sich nicht in geeigneter Weise durch Verwendung von Dehnungszwischenstücken oder
anderen dehnbaren Rohranordnungen lösen, weil für diese oft sperrigen Vorrichtungen
kein Platz vorhanden ist und sie darüber hinaus aus hygienischen
Gründen
ungeeignet sind.
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In
der US-A-3 679 332 ist eine Pumpe beschrieben, die eine Zylinderkammer
mit einem hin- und hergehenden Kolben aufweist. Die Zylinderkammer
hat Einlassventile, die über
am Zylinderblock fixierte Flanschverbindungen mit Einlassrohren
verbunden sind. Diese Art der Verbindung ist während der Wärmeausdehnung nicht bewegbar.
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In
der US-A-5 716 083 ist eine flexible Flanschverbindung beschrieben.
Diese Flanschverbindung hat einen Verstärkungsmechanismus, um eine
Abdichtung entlang dem inneren Umfang des Flansches aufrechtzuerhalten.
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AUFGABEN DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Einlassrohr
für einen
Pumpenblock zu realisieren, das als ein separates Teil ohne die eine
Rissbildung am Rohr bewirkenden thermischen Beanspruchungen ausgeführt sein
kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch
Einsatz der Anordnung gemäß der Erfindung
einen wesentlich wirtschaftlicheren Einlass zum Pumpenblock zu realisieren,
bei dem der Durchmesser des Einlasses frei gewählt werden kann.
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LÖSUNG
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Diese
und andere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch erfüllt,
dass die in der Einleitung beschriebene Ausführung die charakterisierenden
Merkmale gemäß dem charakterisierenden
Teil des Anspruchs 1 aufweist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung weisen darüber hinaus die in den beiliegenden
Unteransprüche
aufgeführten
charakterisierenden Merkmale auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER BEILIEGENDEN ZEICHNUNGEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter besonderer Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen nachstehend ausführlicher
beschrieben; dabei sind:
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1 eine
Teilansicht der Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
teilweise Schnittansicht eines Details der Anordnung gemäß der Erfindung;
und
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3 eine
Ansicht eines Homogenisierapparats, in dem die Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Einsatz kommen kann.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
einen Teil der Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung; genauer gesagt: ein Einlassrohr 1 mit einer
Anzahl von Verbindungen 2, die an verschiedene Pumpenventile 3,
die sich innerhalb eines Pumpenblocks 4 befinden, angeschlossen werden
sollen. Das Einlassrohr 1 kann aus einem aus rostfreiem
Stahl hergestellten Standardrohr 5 mit einem Durchmesser
bestehen, der entsprechend der Leistung des Homogenisierapparats 6 oder
der Hochdruckpumpe, mit dem bzw. der die Anordnung gemäß der Erfindung
zum Einsatz kommt, ausgewählt
wird. Da dieses Einlassrohr 1 ein separates Teil darstellt,
können
verschiedene Einlassrohre 1 mit unterschiedlichen Durchmessern
für ein
und denselben Pumpenblock 4 ausgewählt werden.
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In
seinem einen Ende 7 ist das Einlassrohr 1 offen
und dort mit einer (nicht dargestellten) Leitung verbunden, die
das Produkt in den Homogenisierapparat 6 oder in die Hochdruckpumpe
einleitet. An seinem anderen Ende 8 ist das Einlassrohr 1 geschlossen.
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In 1 hat
das Einlassrohr 1 fünf
Verbindungen 2. Die Anzahl kann abhängig von der Leistung des Homogenisierapparats 6 oder
der Hochdruckpumpe variieren. Von den Verbindungen 2 ist eine
Verbindung 9 fixiert. In der bevorzugten Ausführungsform
ist diese Verbindung 9 an demjenigen Ende 8 des
Einlassrohrs 1, das geschlossen ist, platziert. Alternativ
kann es sich bei der fixierten Verbindung 9 um eine beliebige
der anderen Verbindungen handeln, die praktischste Lösung besteht
jedoch darin, die fixierte Verbindung 9 an einem der Enden 7 oder 8 des
Einlassrohrs zu platzieren.
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Die
fixierte Verbindung 9 hat einen Flansch 10, der
fest an einem um eine Öffnung 12 im
Rohr 5 herum verlaufenden Kragen 11 angeschweißt ist.
Der Flansch 10 hat mindestens zwei Löcher 13 für eine Schrauben-
oder Bolzenverbindung. Die Bolzenlöcher 13 weisen im
Verhältnis
zu den verwendeten Schrauben oder Bolzen 14 eine normale
Größe auf. Im
Flansch 10 ist ein O-Ring oder eine Dichtung 15 vorgesehen,
der bzw. die die Verbindung 9 abdichtet, wenn diese an
der vorgesehenen Stelle in den Pumpenblock 4 eingeschraubt
wird.
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Die übrigen Verbindungen 16 sind
in der Längsrichtung
des Rohrs 5 bewegbar. Eine bewegbare Verbindung 16 ist
in 2 im Detail dargestellt. Die bewegbare Verbindung 16 hat
einen Flansch 17, der in einer der fixierten Verbindung 9 entsprechenden
Weise fest an einem um eine Öffnung 12 im
Rohr 5 herum verlaufenden Kragen 11 angeschweißt ist. Der
Flansch 17 hat mindestens zwei Löcher 18 für eine Schrauben-
oder Bolzenverbindung. Die Bolzenlöcher 18 sind im Verhältnis zu
den verwendeten Schrauben oder Bolzen 14 überdimensioniert.
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Ein
Abstandshalter 19 ist in jedem der überdimensionierten Bolzenlöcher 18 platziert.
Die Abstandshalter 19 haben eine solche Länge, dass
sie oberhalb des Flansches 17 auf derjenigen Seite des Flansches 17 hinausragen,
die dem Pumpenblock 4 zugewandt ist. Die Abstandshalter 19 haben
einen Innendurchmesser, der ein Bolzenloch in Standardgröße für die verwendeten
Schrauben oder Bolzen 14 darstellt. Zwischen dem Außendurchmesser
des Abstandshalters und dem überdimensionierten
Bolzenloch 18 ist ein Abstand A vorgesehen. Die bewegbare Verbindung 16 hat
auch einen O-Ring oder eine Dichtung 15, der bzw. die die
Verbindung 16 abdichtet, wenn sie an der vorgesehenen Stelle
in den Pumpenblock 4 eingeschraubt wird. Wenn der Flansch 17 an der
vorgesehenen Stelle in den Pumpenblock 4 eingeschraubt
wird, wird der O-Ring 15, bei vollständigem Festziehen, um 20 Prozent
seiner möglichen Zusammendrückbarkeit
zusammengedrückt.
Ein Zusammendrücken
von 20 Prozent ist erforderlich, damit ein O-Ring 15 zuverlässig abdichtet.
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Die
bewegbare Verbindung 16 wird an der vorgesehenen Stelle
in den Pumpenblock 4 eingeschraubt. Die Länge der
Abstandshalter 19 wird so angepasst, dass der O-Ring, wenn die Schrauben oder
Bolzen 14 vollständig
festgezogen sind, ausreichend gegenüber dem Pumpenblock 4 abdichtet
und sich zwischen dem Flansch 17 und dem Pumpenblock 4 ein
Abstand B ergibt.
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Rostfreier
Stahl, der vorzugsweise als Standardmaterial für die Herstellung des Einlassrohrs
für den
Einsatz in Homogenisierapparaten 6 in der Molkereiindustrie
verwendet wird, hat eine Wärmedehnung
von 1,65 mm/m bei 100°C.
Durch Anpassung der überdimensionierten
Bolzenlöcher 18 ergibt
sich ein Abstand A, der die zu erwartende Wärmedehnung aufnehmen kann.
Die überdimensionierten
Bolzenlöcher 18 können mit
dem gleichen Abstand A für alle
bewegbaren Verbindungen 16 ausgeführt werden. Alternativ kann
der Abstand A an die Distanz von den fixierten Verbindungen 9 angepasst
werden, so dass sich ein größerer Abstand
A ergibt, je weiter die bewegbare Verbindung 16 von der
fixierten Verbindung 9 entfernt ist. Als eine Folge des
Abstands B zwischen den Flanschen 17 und dem Pumpenblock kann
sich das Einlassrohr 1 im Verhältnis zum Pumpenblock 4 ungehindert
bewegen.
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An
demjenigen Ende des Einlassrohrs 1, das mit eingehendem
Produkt in Verbindung steht, ist das Einlassrohr 1 in einer
(nicht dargestellten) Gleitverankerung oder Gleitklemme in geeigneter
Weise gesichert. Die Gleitverankerung lässt eine Bewegung in der Längsrichtung
des Rohrs 5 zu, hält
es aber in der radialen Richtung fest.
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3 zeigt
die in einem Homogenisierapparat 6 verwendete Anordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Das
Produkt kommt in einer Leitung, die in der Figur nicht dargestellt
ist, am Homogenisierapparat 6 an. Die Leitung ist mit dem
Einlassrohr 1 in seinem offenen Ende 7 verbunden.
Das Einlassrohr 1 ist mittels einer fixierten 9 Verbindung
und der restlichen bewegbaren 16 Verbindungen 2 im
Pumpenblock 4 gesichert. Die Anzahl der Verbindungen 2 entspricht der
Anzahl der Pumpenventile 3 im Pumpenblock 4. die
Pumpenventile 3 sind jeweils mit einem Zylinder in einer
Kolbenpumpe 21 verbunden. Die Kolbenpumpe 21 wandelt
die Drehbewegung von einem Elektromotor 22 in eine Hin-
und Herbewegung um. Der Homogenisierapparat 6 stellt auch
eine Homogenisiervorrichtung 23 oder eine Gegendruckvorrichtung
dar.
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Wenn
das Produkt in den Pumpenblock 4 mit seinen Pumpenventilen 3 eintritt,
wird das Produkt durch die Kolbenpumpe 21 druckbeaufschlagt.
Das (oft auf mehrere hundert Bar druckbeaufschlagte) Produkt wird
bei hoher Geschwindigkeit durch einen engen Spalt in der Homogenisiervorrichtung 23 gezwungen.
Das Produkt kann aus einer Emulsion bestehen, die stabilisiert werden
soll. Wenn es sich bei dem Produkt um Milch handelt, so besteht
diese aus einer Fettemulsion mit Fettkügelchen in unterschiedlicher
Größe. Im engen
Spalt der Homogenisiervorrichtung werden die Fettkügelchen
in kleinere Kügelchen
aufgespalten, und es wird eine stabile Emulsion erhalten, in der
verhindert wird, dass sich Rahm absetzen kann. Das Produkt tritt
durch das Auslassrohr 24 aus dem Homogenisierapparat 6 aus.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar, wird mit der vorliegenden
Erfindung eine Anordnung realisiert, die ein Einlassrohr zu einem Pumpenblock
darstellt, wobei der Pumpenblock die thermischen Beanspruchungen,
die im Einlassrohr und im Pumpenblock bei unterschiedlichen Temperaturen
auftreten, kompensieren kann. Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
lässt die
Verwendung separater Einlassrohre zu einem Pumpenblock zu, ohne
dass das Risiko besteht, dass es aufgrund der hohen thermischen
Beanspruchungen, die auftreten, zu Rissbildungen an den Rohren kommt.
Die vorliegende Erfindung lässt
auch die freie Wahl des Durchmessers des Einlassrohrs zu, wodurch
das durch das Pulsieren der Pumpe bedingte Kavitationsrisiko in
den Rohren reduziert werden kann.