[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und vorzugsweise feinkörnigen Schüttgütern nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wobei das Funktionsprinzip durch die Inversionskinematik nach Paul Schatz (1898-1979) definiert ist.
[0002] Solche Mischvorrichtungen sind mehrere bekannt, so beispielsweise aus CH 216 760 (D1), CH 366 710 (D2), EP 0 584 301 (D3).
[0003] Bekannt ist aus diesen Vorrichtungen auch das Prinzip der Inversionskinematik an sich.
[0004] Solche bekannten Vorrichtungen haben sich in der Praxis bewährt. Alle jedoch leiden an einem gemeinsamen Nachteil: Bei der ungleichförmigen Bewegung, wie sie diesen Vorrichtungen eigen und gemeinsam ist, treten, sowohl vom Mischgefäss als auch vom Mischgut verursacht, beträchtliche Massenkräfte auf. Diese müssen vom Gestell, welches die Vorrichtung trägt, -aufgenommen und an die es tragende Gebäudestruktur abgeleitet werden. Das führt dazu, dass solche Gestelle erhebliche Vibrationen aufweisen, welche gegebenenfalls selbst in der Gebäudestruktur spür- und hörbar sind.
[0005] Zwei gekoppelte Vorrichtungen sind bekannt aus D1. So wie diese Kopplung erzeugt wird, ändert sich jedoch wenig an den Massenkräften; nur die Komponenten in der Richtung der zwei Antriebswellen kompensieren einander. Gerade diese Komponenten jedoch sind klein gegenüber jenen, die senkrecht zu den Antriebswellen auftreten.
[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischvorrichtung für flüssiges und körniges Mischgut zu schaffen, bei welcher die beim Mischen entstehenden Massenkräfte von Mischbehältern und Mischgut senkrecht zu den Antriebswellen der einzelnen Mischvorrichtungen kompensiert werden. Die Lösung der gestellten Aufgabe ist wiedergegeben im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 hinsichtlich der wesentlichen Merkmale, in den folgenden Ansprüchen hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausbildungen. Die erfinderische Idee besteht darin, zwei Mischer mit untereinander parallelen Antriebswellen so zu montieren, dass sie symmetrisch zu einer Spiegelungsebene angeordnet sind und auch spiegelsymmetrisch zu dieser Spiegelungsebene sich bewegen.
Diese Spiegelungsebene verläuft senkrecht zu jener Ebene, in welcher die vier Antriebswellen verlaufen und parallel zur Richtung dieser Antriebswellen.
[0007] Anhand der Zeichnungen wird die Erfindungsidee näher erläutert. Es zeigen
<tb>Fig. 1<sep>eine inversionskinematische Mischvorrichtung nach dem Stande der Technik,
<tb>Fig. 2<sep>ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Seitenansicht,
<tb>Fig. 3<sep>ein zweites, generalisiertes Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht.
[0008] Fig. 1 ist die Darstellung einer inversionskinematischen Mischvorrichtung nach dem Stande der Technik. Ein Gestell 1 trägt zwei Lager 2, 3, in welchen zwei parallele Antriebswellen 4, 5 drehbar sind. An ihren - in Fig. 1 - oberen Enden sind die Achsen 4, 5 als Schwenklager 6 ausgebildet für zwei Gabeln 7. Die Drehachsen der beiden Schwenklager 6 stehen in der in Fig. 1dargestellten Position der Vorrichtung senkrecht zueinander. Diese relative Lage gilt immer dann, wenn eine der beiden Drehachsen parallel steht zur Zeichnungsebene, da die beiden Drehwinkel [phi]1 und [phi]2 der beiden Antriebswellen 4, 5 immer die Beziehung erfüllen:
<EMI ID=2.1>
sofern beide Winkel bezüglich der Zeichenebene gemessen werden. Durch die Gabeln 7 verlaufen Drehachsen 8, welche einerseits zueinander, anderseits auch zu den respektiven Schwenkachsen 6 senkrecht stehen.
So ergibt sich eine dreigliederige Gelenkkette, also eine halbe Gelenkkette nach Bricard, die zwischen vier jeweils senkrecht zueinander stehenden Gelenken liegt, nämlich zwischen dem Schwenklager 6 an der Antriebswelle 4, der Achse 8 der linken Gabel 7, der Achse 8 der rechten Gabel 7 und dem Schwenklager 6 an der Antriebswelle 5. Die Abstände zwischen den Achsen 8 zueinander und der zugehörigen Schwenklager 6 und den Achsen 8 sind gleich gross und gleich dem
<EMI ID=3.1>
des Abstandes der Antriebswellen 4, 5; dies entspricht den Bricard-Bedingungen, und insbesondere jenen, die Paul Schatz für solche Maschinen formulierte. Die beiden Achsen 8 sind an einem Korb 9 befestigt, der zur Aufnahme eines Mischbehälters 10 dient.
[0009] Die Antriebsvorrichtung zum Erzeugen der für solche Mischvorrichtungen charakteristischen ungleichförmigen Rotationsbewegungen der zwei Antriebswellen ist nicht dargestellt, da hierfür mehrere Lösungen bekannt sind.
[0010] Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Anordnung in einer Prinzipdarstellung. Hier sind zwei inversionskinematische Mischer 12, 12 auf einem gemeinsamen Gestell 11 angeordnet. Vier Antriebswellen, zwei erste Antriebswellen 4, 4 und zwei zweite Antriebswellen 5, 5 in einer ersten Ebene angeordnet, welche durch die geometrischen Achsen der genannten vier Antriebswellen 4, 4, 5, 5 definiert ist. Ferner sind die beiden Mischer 12, 12 symmetrisch zueinander angeordnet, womit eine zweite Ebene E als Symmetrieebene definiert ist.
[0011] Ein erstes Ausführungsbeispiel einer kinematischen Kopplung der zwei Mischer ist ebenfalls Teil von Fig. 2. Die beiden ersten Antriebswellen 4, 4 tragen je ein Stirnzahnrad 14, 14 gleicher Zähnezahl, welche miteinander kämmen. Die beiden zweiten Antriebswellen 5, 5 tragen je eine Riemenscheibe 15, 15. Diese Riemenscheiben 15, 15 sind zur Aufnahme von Keilriemen oder Rundschnüren, fortan Riemen 16, 16 genannt, eingerichtet, welche auch um Riemenscheiben 17, 17 umlaufen. Direkt mit diesen Riemenscheiben 17, 17 verbunden sind zwei weitere Zahnräder 18, 18 mit untereinander gleicher Zähnezahl, welche miteinander kämmen.
[0012] Falls nur die erste< >Antriebswelle 4 extern angetrieben wird - in der erforderlichen ungleichförmigen Weise - so übernimmt die Antriebswelle 4 diese Drehweise im gespiegelten Drehsinn. Die zweite Antriebswelle 5 dreht dann entsprechend den Gesetzen der Inversionskinematik im umgekehrten Drehsinn, wie die erste Antriebswelle 4, jedoch mit einer Phasenverschiebung von [pi]/4. Diese Drehbewegung der zweiten Antriebswelle 5 wird vom Riemen 16 an die Riemenscheibe 17 und von dieser direkt auf das Zahnrad 18 übertragen. Das mit dem Zahnrad 18 kämmende gleich grosse Zahnrad 18 überträgt die Drehbewegung auf die Riemenscheibe 17, und diese im gleichen Drehsinn die Drehbewegung auf die Riemenscheibe 15; Letztere ist wiederum direkt mit der zweiten Antriebswelle 5 verbunden.
[0013] Über die Zahnräder 17, 17 wird die Drehbewegung lageschlüssig von der ersten Antriebswelle 4 auf die Antriebswelle 4 übertragen. Wegen der kleinen, aber entscheidenden Elastizität der Riemen 16, 16 sind die zweiten Antriebswellen 5, 5 kraftschlüssig, aber nicht lageschlüssig verbunden. Damit wird Fertigungstoleranzen der Mischer 12, 12 Rechnung getragen. Der Antrieb der ganzen erfindungsgemässen Vorrichtung kann also über eine einzige der ersten< >Antriebswellen, vorzugsweise Antriebswelle 4 oder Antriebswelle 4, erfolgen.
[0014] Ein zweites Ausführungsbeispiel der kinematischen Kopplung, der zwei Mischer 12, 12 zeigt Fig. 3. Hier sind zwei Getriebekästen 19, 19 vorhanden, welche je die ungleichförmigen Drehbewegungen der von ihnen angetriebenen ersten und zweiten Antriebswellen 4, 4, 5, 5 erzeugen. Die beiden kämmenden Stirnzahnräder 14, 14 dienen hier nur dazu, den Lageschluss der beiden Antriebswellen 4, 4 zu bewirken; im Regelfall werden durch die Stirnzahnräder 14, 14 keine nennenswerten Drehmomente übertragen. Jeder der beiden Getriebekästen 19, 19 verfügt über eine Antriebsquelle (nicht dargestellt).
So steht das zweite Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3beispielsweise auch stellvertretend für Antriebe mit
je zwei Gleichstrommotoren,
gesteuerten Synchron- oder Asynchronmotoren,
je zwei zweiachsigen Kreuzgelenkantrieben,
je zwei Antrieben mit Ovalzahnrädern,
je zwei Antrieben mit Differenzialgetrieben,
je zwei Antrieben mit Hydraulikantrieb und
je zwei Antrieben mit Induktionsmotoren.
[0015] Diese Liste ist nicht abschliessend.
[0016] Wesentlich ist hier, dass die für den Mischvorgang erforderliche Antriebsleistung a priori auf die vier ersten und zweiten Antriebswellen 4, 4, 5, 5 übertragen wird, und die Kopplung durch die Zahnräder 14, 14 nur für den Lageschluss oder, mit anderen Worten, für den Synchronverlauf der zwei Mischvorrichtungen 12, 12 erforderlich ist.
The present invention relates to a device for mixing liquids and preferably fine-grained bulk materials according to the preamble of claim 1, wherein the functional principle is defined by the inverse kinematics after Paul Schatz (1898-1979).
Several such mixing devices are known, for example from CH 216 760 (D1), CH 366 710 (D2), EP 0 584 301 (D3).
Also known from these devices is the principle of inversion kinematics per se.
Such known devices have proven themselves in practice. However, all suffer from a common drawback: In the non-uniform movement, as it is inherent and common to these devices, occur, both from the mixing vessel and the mix caused considerable mass forces. These must be picked up by the rack which supports the device and be diverted to the building structure supporting it. As a result, such frames have significant vibrations, which may even be felt and audible even in the building structure.
Two coupled devices are known from D1. How this coupling is generated, however, changes little in the mass forces; only the components in the direction of the two drive shafts compensate each other. However, just these components are small compared to those that occur perpendicular to the drive shafts.
The object of the present invention is to provide a mixing device for liquid and granular mix, in which the mixing forces resulting from mixing of mixing containers and mix are compensated perpendicular to the drive shafts of the individual mixing devices. The solution of the problem is reflected in the characterizing part of claim 1 with respect to the essential features in the following claims with respect to further advantageous embodiments. The inventive idea is to mount two mixers with mutually parallel drive shafts so that they are arranged symmetrically to a mirror plane and also move mirror-symmetrically to this mirror plane.
This plane of reflection is perpendicular to the plane in which the four drive shafts extend and parallel to the direction of these drive shafts.
Reference to the drawings, the invention idea is explained in detail. Show it
<Tb> FIG. 1 <SEp> a prior art inversion kinematic mixing apparatus,
<Tb> FIG. 2 <sep> a first embodiment of the device according to the invention in a side view,
<Tb> FIG. 3 <sep> a second, generalized embodiment in a side view.
Fig. 1 is an illustration of a prior art inversion kinematic mixing apparatus. A frame 1 carries two bearings 2, 3, in which two parallel drive shafts 4, 5 are rotatable. At their - in Fig. 1 - upper ends of the axes 4, 5 are designed as a pivot bearing 6 for two forks 7. The axes of rotation of the two pivot bearings 6 are in the position shown in Fig. 1 of the device perpendicular to each other. This relative position always applies if one of the two axes of rotation is parallel to the plane of the drawing, since the two angles of rotation [phi] 1 and [phi] 2 of the two drive shafts 4, 5 always satisfy the relationship:
<EMI ID = 2.1>
provided that both angles are measured with respect to the plane of the drawing. Through the forks 7 extend axes of rotation 8, which are perpendicular to each other, on the other hand, to the respective pivot axes 6.
This results in a dreigliederige link chain, ie a half-link chain to Bricard, which is between four mutually perpendicular joints, namely between the pivot bearing 6 on the drive shaft 4, the axis 8 of the left fork 7, the axis 8 of the right fork 7 and the distances between the axes 8 to each other and the associated pivot bearing 6 and the axes 8 are the same size and equal to the
<EMI ID = 3.1>
the distance of the drive shafts 4, 5; this corresponds to the Bricard conditions, and in particular those that Paul Schatz formulated for such machines. The two axes 8 are attached to a basket 9, which serves to receive a mixing container 10.
The drive device for generating the characteristic of such mixing devices non-uniform rotational movements of the two drive shafts is not shown, as this several solutions are known.
Fig. 2 shows the inventive arrangement in a schematic diagram. Here, two inversion kinematic mixers 12, 12 are arranged on a common frame 11. Four drive shafts, two first drive shafts 4, 4 and two second drive shafts 5, 5 arranged in a first plane, which is defined by the geometric axes of said four drive shafts 4, 4, 5, 5. Further, the two mixers 12, 12 arranged symmetrically to each other, whereby a second plane E is defined as the plane of symmetry.
A first embodiment of a kinematic coupling of the two mixers is also part of Fig. 2. The two first drive shafts 4, 4 each carry a spur gear 14, 14 of the same number of teeth, which mesh with each other. The two second drive shafts 5, 5 each carry a pulley 15, 15. These pulleys 15, 15 are for receiving V-belts or round cords, henceforth called belts 16, 16, which also rotate around pulleys 17, 17. Connected directly to these pulleys 17, 17 are two further gears 18, 18 with mutually equal numbers of teeth, which mesh with each other.
If only the first <> drive shaft 4 is driven externally - in the required non-uniform manner - so the drive shaft 4 takes over this rotation in the mirrored sense of rotation. The second drive shaft 5 then rotates in the reverse direction in accordance with the laws of inverse kinematics, like the first drive shaft 4, but with a phase shift of [pi] / 4. This rotational movement of the second drive shaft 5 is transmitted from the belt 16 to the pulley 17 and from there directly to the gear 18. The meshing with the gear 18 equal-size gear 18 transmits the rotational movement of the pulley 17, and this in the same direction of rotation, the rotational movement of the pulley 15; The latter is in turn connected directly to the second drive shaft 5.
About the gears 17, 17, the rotational movement is transferred position-smoothly from the first drive shaft 4 to the drive shaft 4. Because of the small but decisive elasticity of the belts 16, 16, the second drive shafts 5, 5 are positively connected, but not lageschlüssig. This manufacturing tolerances of the mixer 12, 12 is taken into account. The drive of the entire device according to the invention can therefore take place via a single one of the first drive shafts, preferably drive shaft 4 or drive shaft 4.
A second embodiment of the kinematic coupling, the two mixers 12, 12 is shown in FIG. 3. Here are two gear boxes 19, 19 are present, depending on the non-uniform rotational movements of the driven by them first and second drive shafts 4, 4, 5, the fifth produce. The two meshing spur gears 14, 14 serve only to effect the end of the two drive shafts 4, 4; As a rule, no significant torques are transmitted by the spur gears 14, 14. Each of the two gear boxes 19, 19 has a drive source (not shown).
For example, the second exemplary embodiment according to FIG. 3 is also representative of drives
two DC motors each,
controlled synchronous or asynchronous motors,
two two-axis universal joint drives,
two drives each with oval gears,
two drives each with differential gears,
two drives each with hydraulic drive and
two drives each with induction motors.
This list is not exhaustive.
It is essential here that the drive power required for the mixing process a priori on the four first and second drive shafts 4, 4, 5, 5 is transmitted, and the coupling by the gears 14, 14 only for the deadline or, with others Words, for the synchronous course of the two mixing devices 12, 12 is required.