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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines Mischbehälters od. dgl. starren Körpers, der zur Erzeugung einer taumelnden und. drehenden Bewegung um zwei im Abstand senkrecht zueinander verlaufende körpereigene Achsen, an denen mit dem Körper gelenkig verbundene, gabelförmige Lenker angreifen, bewegbar ist, die ihrerseits mittels je eines Schwenklagers mit je einer von zwei parallel zueinander angeordneten Wellen verbunden sind, welche in gegensinnige und ungleichförmige Drehung versetzbar sind.
Ein taumelnder und rotierender Körper dieser Art dient insbesondere als Hohlkörper zur Aufnahme von Behandlungsgut, welches physikalischen oder chemischen Prozessen unterworfen wird, wobei auf Grund der gleichzeitigen Taumel- und Rotationsbewegung besonders günstige Wirkungen hinsichtlich des Ablaufs solcher Prozesse erzielt werden.
Bei einem zur Ausführung einer taumelnden und rotierenden Bewegung in der eingangs genannten Art aufgehängten Körper ist für dessen Antrieb zu berücksichtigen, dass die beiden Antriebswellen ungleichförmig rotieren müssen, damit eine gleichmässige Verteilung der an den beiden Wellen wechselweise verlangten Beschleunigungen bzw. Verzögerungen im Bewegungsablauf erzielt wird, weil andernfalls eine. unregelmässige Körperbewegung entstehen würde, die die vorstehend erwähnten besonderen Wirkungen auf das Behandlungsgut in dem Körper zunichte machen würde und ausserdem zu einem vorzeitigen Verschleiss von Lagern führt. Die Ungleichförmigkeit der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswellen ist demnach systembedingt und verlangt entsprechende Massnahmen beim Antrieb einer solchen Vorrichtung.
Aus der DE-PS Nr. 1145455 ist es bekannt, zur Lösung dieses Problems einen zwangsläufigen Antriebsmechanismus mit Hilfe von Kardangelenken vorzusehen, mittels welcher die Antriebswellen angetrieben werden, dass bekanntlich bei einem Kardangelenk periodisch sich ändernde Winkelgeschwindigkeiten mit einem sinusförmigen Verlauf auftreten. Abgesehen von dem grossen Platzbedarf für die Kardangelenke ist bei diesen die starke Abwinkelung mit einem Winkel von 45 ungünstig, weil die Lebensdauer dieses Antriebs nicht befriedigend ist, wenn die Übertragung des gesamten Drehmomentes über die Kardangelenke zur Folge hat, dass sich diese zu schnell ausschlagen.
Eine aus der DE-PS Nr. 1207750 bekannte Vorrichtung zur Erzeugung einer taumelnden und rotierenden Körperbewegung weist zur Lösung dieses Antriebsproblems mit Hilfe eines nicht zwangsläufigen Antriebsmechanismus ein Ausgleichsgetriebe in Form eines Reibkugelgetriebes an einer der Antriebswellen auf. Dabei ist zwischen einem lose auf der Antriebswelle angeordneten und gleichförmig durch ein Antriebselement angetriebenen Antriebsring und einem ebenfalls auf der Antriebswelle lose angeordneten Abtriebsring ein auf die Welle aufgekeilter Kugelkäfig angeordnet, durch den die Antriebswelle in Drehung versetzt wird, während der gegenläufig sich drehende Abtriebsring mit einem Kettenrad fest verbunden ist, um über eine Kette die parallel angeordnete zweite Antriebswelle gegensinnig zu drehen.
Da aber die beiden Antriebswellen ungleichmässig rotieren, wobei während der Verzögerung der einen Antriebswelle die andere eine Beschleunigung erfährt, muss in diesem Ausgleichsgetriebe zwangsläufig soviel Reibung entstehen, dass diese Lösung für den Dauerbetrieb ungeeignet ist. In der Praxis hat sich diese Lösung daher auch nicht bewährt und konnte kommerziell nie verwertet werden.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsmechanismus zu entwickeln, der die durch die Kinematik des in der eingangs geschilderten Weise aufgehängten Körpers bedingten Ungleichförmigkeiten der Bewegung und auch die durch die dabei auftretenden Massenkräfte bedingten Ungleichförmigkeiten ausgleichen kann, ohne dass dabei die Lebensdauer beeinträchtigende Reibung auftritt. Der insbesondere zur Aufnahme von Behandlungsgut bestimmte Körper soll ohne ruckartiges Bewegen taumeln und gleichzeitig sich drehen können, so dass die dadurch zustande kommenden Wirkungen auf das Behandlungsgut optimal verwirklicht sind, wobei das Auftreten von Reibung vermieden sein soll. Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Massnahmen nach Anspruch 1.
In bevorzugter Ausgestaltung bestehen die Kraftspeicher in bekannter Weise aus einer Vielzahl von Schraubendruckfedern, die zusammen mit zwischen je zwei Federn angeordneten Kugeln in Umfangsrichtung abwechselnd auf einer Kreisbahn zwischen einer mit der Welle drehfest verbundenen Scheibe und einer auf derselben Welle lose angeordneten Scheibe der Wellenkupplung angeordnet und an je einem Widerlager an jeder der Scheiben abgestützt sind.
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Eine elastische Wellenkupplung mit auf einem Kreis angeordneten Federn und Kugeln ist zwar aus der GB-PS Nr. 1, 497, 458 bekannt, jedoch in der bekannten Ausführungsform für die
Vorrichtung der eingangs genannten Art nicht geeignet, weil die jeweils über einen Viertelkreisum- fang sich erstreckenden Schraubendruckfedern beim Zusammendrücken nach aussen auszuweichen versuchen und in der sie aufnehmenden Nut erhebliche Reibung verursachen, weshalb diese elastische Wellenkupplung nur eine sehr geringe Relativverdrehung der Kupplungsteile zulässt und auch nur dafür vorgesehen ist.
Da aber bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art auf Grund der Kinematik des für die taumelnde und drehende Bewegung in besonderer Weise aufgehängten Körpers eine Relativverdrehung der beiden Kupplungsteile von 450 viermal bei jeder Umdrehung der Welle auftritt, ist die vorstehend erwähnte bekannte Wellenkupplung hier ungeeignet.
Der in die taumelnde und rotierende Bewegung versetzte Körper dient nicht nur als Mischbehälter zur Durchführung von physikalischen oder chemischen Prozessen an dem in seinem Hohlraum enthaltenen Behandlungsgut, sondern er entfaltet seine besonderen Wirkungen auch in einem den Körper umgebenden Behandlungsgut und ist in dieser Weise für sehr viele Anwendungsfälle geeignet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes rein beispielsweise dargestellt ist. Es zeigen : Fig. 1 eine Ansicht des Taumelkörpers mit dem unteren Teil der beiden in der Zeichenebene liegenden Antriebswellen in einer ersten Umlaufstellung des Taumelkörpers, Fig. 2 und 3 die gleiche Ansicht gemäss Fig. l, in einer jeweils andern Umlaufstellung des Taumelkörpers, Fig. 4 eine Seitenansicht der Antriebsvorrichtung für den Taumelkörper, Fig. 5 eine Draufsicht auf die Antriebsvorrichtung gemäss der Linie V-V in Fig. 4, teilweise aufgeschnitten und in grösserem Massstab, Fig. 6 einen Kraftspeicher in Form einer zwischen Kugeln angeordneten Schraubendruckfeder, in grösserem Massstab.
Der in den Fig. 1 bis 3 in verschiedenen Umlaufstellungen dargestellte Körper --1-- wird als Oloid bezeichnet, mit welchem man besonders günstige Ergebnisse hinsichtlich der am Behandlungsgut erzielbaren Wirkungen durch die gleichzeitige Taumel- und Rotationsbewegung erreicht.
Der Körper --1-- besitzt zwei konvexe Kanten --11, 12--, die gleiche konstante Krümmungen aufweisen und in zwei im rechten Winkel zueinander stehenden Ebenen liegen, wobei eine Hüllfläche überall gerade Mantellinien zwischen diesen Kanten besitzt. Der Körper führt durch Drehung um zwei im Abstand voneinander befindliche und verschiedene Richtungen aufweisende, d. h. windschiefe Achsen --39 und 40-- eine Drehbewegung und gleichzeitig eine Taumelbewegung aus. Die Achsen --39 und 40-- verlaufen jeweils durch den Krümmungsmittelpunkt der genannten Kanten --11 und 12-- und senkrecht zu den beiden Ebenen, in denen diese Kanten liegen.
Der Körper-l-ist an einer ersten Welle --21--, die am Ende gabelförmig ausgebildet ist und einen Schwenkzapfen --35-- trägt, mittels eines an diesem Zapfen schwenkbar befestigten Tragbügels --37-- gehalten, an dessen Ende der Körper mittels die Achse --39-- bildenden Drehzapfen befestigt ist. Ferner ist der Körper --1-- an einer parallel zur ersten angeordneten zweiten Welle --22-- mittels eines an einem Schwenkzapfen --36-- gelagerten Tragbügels --38-- gehalten, welcher am Ende die die Achse --40-- bildende Drehzapfen besitzt.
Durch die kardanischen Aufhängungen, bei welchen der Körper auf der einen Seite um die senkrecht zueinander stehenden Achsen --35 und 39-- und auf der andern Seite um die senkrecht zueinander stehenden Achsen --36 und 40-- Beweglichkeit besitzt, führt der Körper --1-- eine Taumelbewegung und eine Drehbewegung aus, wenn die beiden Wellen --21 und 22-- gegensinnig gedreht werden.
Aus den Fig. 2 und 3 ist erkennbar, wie der Körper --1-- bei der Taumelbewegung seine Stellung verändert.
An die als Hohlwellen ausgebildeten Wellen --21 und 22-- sind oberhalb ihrer gabelförmigen Enden biegsame Leitungen --41 und 42-angeschlossen, die an zwei verschiedenen Stellen in den Körper --1-- einmünden und zum Zu- und Abführen des Behandlungsgutes dienen. Diese Leitungen müssen so biegbar sein, dass sie die taumelnde Umlaufbewegung des Körpers nicht behindern.
In Fig. 4 ist der Antrieb für den Körper-l-in Seitenansicht dargestellt. In einem
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Maschinengestell --10-- sind die beiden parallel zueinander angeordneten Wellen --21 und 22-drehbar gelagert, die über die kardanischen Aufhängungen den Körper-l-tragen. Auf der Welle --21-- ist ein Kettenrad --23-- drehbar gelagert, d. h. es kann sich in beiden Richtungen in bezug auf die Welle drehen. Eine um das Kettenrad --23-- laufende Kette --24--- wird durch einen in den Zeichnungen nicht dargestellten Motor angetrieben. Ein scheibenförmiges Schwungrad --25-- ist unterhalb des Kettenrades --23-- auf der Welle, gegenüber dieser drehbar, angeordnet und mit dem Kettenrad fest verbunden.
Ferner ist mit dem Schwungrad --25-- eine Scheibe --26-- fest verbunden, die ebenfalls auf der Welle drehbar angeordnet ist. Unterhalb der Scheibe --26-- befindet sich eine weitere Scheibe --27--, die mit Hilfe eines Keils --51-- (Fig. 5) mit der Welle --21-- drehfest verbunden ist. Die Scheibe --26-- besitzt in ihrer unteren Stirnfläche --261-- eine ringnutförmige Ausnehmung --262-- und die Scheibe --27-- besitzt in ihrer oberen Stirnfläche --271-- eine ringnutförmige Ausnehmung --272--.
Diese beiden Ausnehmungen ergänzen sich zu einem ringförmigen Kanal, in welchem Kugeln --52 bzw. 54-- und Schraubendruckfedern --53--, welche Kraftspeicher bilden, in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind (Fig. 5). An jeder der beiden Scheiben --26 und 27-- ist ein Widerlager --55-- angeordnet, das in den ringförmigen Kanal hineinragt. Gegen dieses Widerlager --55-- stützen sich die Kugeln --54-- ab, die von den jeweils auf einem Halbkreis angeordneten Kugeln und Federn die letzten, am Ende liegenden Kugeln sind.
Wenn in Fig. 5 das auf der linken Seite dargestellte Widerlager --55-- in der unteren Scheibe --27-- fest angeordnet ist, während das auf der rechten Seite dargestellte Widerlager --55-- in der oberen Scheibe --26-- fest angeordnet ist, dann wird bei Drehung der Scheibe --26-- gemäss Pfeilrichtung im Uhrzeigersinn ein antriebsseitiger Drehmomentüberschuss in den in Fig. 5 auf dem unteren Halbkreis liegenden Druckfedern --53-- gespeichert, während die Federn auf dem oberen Halbkreis entlastet werden bzw. Spielraum erhalten, sofern die Federn keine Vorspannung besitzen. Die Wirkungsweise ist bei einem in umgekehrter Richtung auftretenden Drehmoment die gleiche, wobei nur der Unterschied darin besteht, dass die in der andern Hälfte des ringförmigen Kanals befindlichen Druckfedern zur Speicherung eines Drehmomentes in Funktion treten.
Dabei ist auch gleichgültig, ob ein solches Drehmoment von der Antriebsseite oder von der Abtriebsseite her auftritt.
Vom Körper-l-durch die bei der Taumelbewegung zur Wirkung kommenden Massenkräfte verursachte Drehmomente werden kraftspeichernd und dadurch mit Dämpfung aufgenommen, so dass die antriebsseitigen Getriebemittel ruhig und stossfrei arbeiten.
Da die beiden Wellen --21 und 22-- sich gegensinnig drehen müssen, besitzen die beiden Scheiben --26--, die auf jeder der beiden Wellen --21 und 22-- angeordnet sind, am Umfang eine Verzahnung --263--. Über zwei Ritzel-6- (Fig. 5), die mit den beiden Verzahnungen --263-der Scheiben --26-- in Eingriff stehen, sind die beiden Scheiben --26-- demnach durch eine schlupffreie Bewegungstransmission gekoppelt. Im übrigen ist auch bei der zweiten Welle --22-die Ausbildung der Scheibe --26-- und einer unter dieser angeordneten Scheibe --27-- mit den innerhalb der beiden Scheiben angeordneten Kraftspeichern und Kugeln gleich wie bei den zuvor beschriebenen beiden Scheiben --26 und 27-auf der Welle --21--.
Jede der beiden Wellen --21 und 22-- trägt eine Kurvenscheibe --70--. Die Umfangsfläche jeder Kurvenscheibe besitzt Abschnitte, die einen grösseren radialen Abstand von der Drehachse besitzen, und ferner Abschnitte, die einen kleineren radialen Abstand von der Drehachse besitzen.
Ein Kraftspeicher --74-- in Form einer Schraubendruckfeder ist mit dem einen Ende gegen einen ortsfesten Teil --75-- des Maschinenrahmens abgestützt und ist mit dem andern Ende gegen einen um eine ortsfeste Achse --76-- schwenkbaren Hebel --77-- angedrückt. Dieser Hebel --77-trägt am Ende einen drehbar gelagerten Wälzkörper --78--, der auf der Umfangsfläche der Kurvenscheibe --70-- abrollt, wenn sich die Kurvenscheibe zusammen mit der Welle dreht. Bei Drehung der Kurvenscheibe wird die Feder --74-- abwechselnd zusammengedrückt und entspannt.
Die Federkraft übt somit periodisch mittels der Kurvenscheibe ein Drehmoment auf die Welle-21 bzw. 22-- aus, wenn die Kurvenscheibe --70-- mit einem einen grösseren radialen Abstand aufweisenden Abschnitt gerade den Wälzkörper --78-- passiert hat. Die Feder --74-- speichert eine Kraft, wenn der genannte Abschnitt beim Umlaufen der Kurvenscheibe sich dem Wälzkörper --78-- nähert und ein Drehmoment auf den Hebel --77-- ausgeübt wird. Dieses Wechselspiel wiederholt
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sich viermal während eines Umlaufs der Welle--21 bzw. 22--. Die Kraft der Feder --74-- kann durch eine Stellschraube --79-- unterschiedlich eingestellt werden.
Die Kurvenscheibe --70-- kann, abweichend von der Darstellung in den Zeichnungen, unmittelbar unter der Scheibe-27- angeordnet und mit dieser Scheibe drehfest verbunden sein, oder die Kurvenscheibe kann vorzugs- weise mit der Scheibe --27-- zusammen einen einstückigen Bauteil bilden.
Mit Hilfe dieser zusätzlichen Kraftspeicher --74-- können die trotz der zwischen den beiden
Scheiben --26 und 27-- vorhandenen Kraftspeicher --53-- noch auftretenden Schwankungen der
Drehmomente und die daraus sich ergebenden Vibrationen mittels Gegenwirkung mindestens an- nähernd oder vollständig beseitigt werden, so dass die angestrebte Gleichförmigkeit der Bewegung erreicht wird. Bei bestimmten Anwendungsfällen mit niedrigen Drehzahlen der Wellen und kleiner
Masse des Körpers-l-kann auch auf diese zusätzlichen Kraftspeicher und Kurvenscheiben verzichtet werden.
Wie aus Fig. 4 und 5 hervorgeht, sind die Wellen --21 und 22-- als Hohlwellen ausgebildet, so dass in den längs der Achse verlaufenden Kanälen --43 bzw. 44-- und über die biegsamen
Leitungen --41 bzw. 42-- das Behandlungsgut dem Körper-l-zugeleitet und aus diesem abgeleitet werden kann. Ferner ist es auch möglich, die Tragarme --37 und 38-- als Hohlkörper auszubilden, wobei dann über Hohlgelenke an den kardanischen Aufhängungen das Behandlungsgut in den Körper--l-eingeleitet bzw. aus diesem abgeführt wird.
Ferner können mehrere Kör- per-l-zu Batterien zusammengeschlossen und in Serie oder parallel zueinander schaltbar sein, um ein Behandlungsgut in Stufen zu behandeln oder um bei Parallelbetrieb einen grösseren Durchsatz je Zeiteinheit zu erreichen.
Mit Hilfe eines Körpers-l-der beschriebenen Art, der während der rotierenden Bewegung eine Taumelbewegung ausführt und dabei das Behandlungsgut im Körper dreidimensionalgerichteten Längs- und Drehbewegungen aussetzt, werden physikalische oder chemische Prozesse oder Mischungen verschiedener Komponenten von Behandlungsgut mit in vielen Fällen überraschenden Ergebnissen durchgeführt. So wurde beispielsweise gefunden, dass Gase enthaltendes flüssiges oder festes Behandlungsgut aufgenommenes Gas entgegen allen Oberflächenkräften freigibt, wenn der Hohlraum des Körpers mit der Atmosphäre bzw. Unterdruck-oder Überdruckräumen verbunden wird.
Man stellte ferner fest, dass umgekehrt ein gasfreies oder dampffreies Behandlungsgut Gase oder Dämpfe in einem unerwartet grossen Ausmass aufnimmt, wenn das Behandlungsgut in einem derartigen Körper behandelt wird und mit den anzunehmenden Medien in Berührung kommen kann. Der Körper lässt sich mit seinem inneren Hohlraum somit als Mittel zur Beeinflussung biologischer und/oder mikrobiologischer Vorgänge benutzen, wobei sich das Wachstum von Bakterien beeinflussen lässt usw. Allgemein gesagt ist bei Verwendung des Körpers die Steigerung des Gehaltes eines Behandlungsgutes an aufzunehmenden Stoffen wie Desinfektionsmitteln, Kosmetika, Arzneien u. dgl. ebenso vorteilhaft wie die Reduktion des Gehaltes von Stoffen wie beispielsweise gesundheitsschädigende Verunreinigungen.
Ferner lässt sich der in Taumelbewegung umlaufende Körper vorteilhaft verwenden, um den Dispersionsgrad bei der Aufnahme von Feststoffen in Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten merkbar zu erhöhen. Ferner lässt sich die Mischung von Flüssigkeiten erreichen, die sonst nicht ohne weiteres mischbar sind. Dasselbe gilt für die Auflösung von Flüssigkeiten in andern Flüssigkeiten oder Feststoffen, wenn unter andern Bedingungen keine Auflösung mehr möglich ist. Der Körper mit seiner besonderen Art der Taumelbewegung dient daher zum Homogenisieren, Emulgieren, Egalisieren, für das Eintragen von Kristallen des Kohlenstoffes (Diamantpulver und-Splitter) in Bindemittel aller Art wie keramische Trägermassen, ferner von Silberhalogeniden in Gelatine zur Herstellung von Filmen höchster Empfindlichkeit wie etwa Röntgenfilme.
Wichtige Anwendungen sind in der pharmazeutischen Industrie zur Herstellung von Mischungen, in der Medizin für Untersuchungen von Harn, Blut usw., in der Metallurgie für die Herstellung von Sintermetallpulvern, in der Kosmetikindustrie für die Herstellung von Pudern und Lacken, in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Pulvermischungen aller Art und auf vielen weiteren Gebieten.
So ist die vorstehend beschriebene Vorrichtung z. B. auch in Verbindung mit elektrolytischen Verfahren verwendbar, sei es, dass der Elektrolyt vor der Elektrolyse im Körper --1-- mechanisch vorbehandelt wird, oder sei es, dass der Körper --1-- selbst als elektrolytische Zelle benutzt wird.