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Die
Erfindung betrifft einen Mischer mit rotierendem Behälter nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere einen Mischer zum
Mischen von Zementen mit Sandgemischen und/oder Bindemitteln.
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Aus
der
CH 399 110 ist eine
Vorrichtung zum Antrieb eines Mischbehälters bekannt, bei der der Mischbehälter kreuzweise
mit zwei gabelförmigen Lenkgliedern
gekoppelt ist. Die Lenkglieder werden über ein Getriebe gegenläufig mit
unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten angetrieben, so dass der Mischbehälter eine
taumelnde und rotierende Bewegung ausführt. Die getriebetechnische
Realisierung des Antriebes mit einem Untersetzungsgetriebe, einem
Kettengetriebe und einem Ausgleichsgetriebe ist material- und kostenaufwändig.
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In
der
DE 696 08 622
T2 ist ein Plattformrüttler
mit dreidimensionaler Bewegung einer Plattform gezeigt. Auf der
Plattform befindet sich ein Gefäß mit einer
Probe, wobei der Kipp- und Neigungswinkel der Plattform entsprechend
den Eigenschaften des Probenmaterials während des Betriebes von Hand
einstellbar ist. Die Plattform ist als Drehscheibe ausgebildet und
mit Wellen angetrieben, deren Rotationsachsen sich schneiden. Über ein
Hebelsystem kann der Schnittwinkel der Wellenachsen verändert werden,
so dass die Grundneigung der Plattform einstellbar ist.
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Weiterhin
sind Freifallmischer bekannt, bei denen ein Behälter eine geregelte dreidimensionale Bewegung
ausführt.
Die Bewegung wird durch eine kardanische Aufhängung des Behälters erreicht
und ergibt sich aus zwei sich senkrecht überlagernden Rotationen. Die
Antriebe um zwei verschiedene Achsen erfolgen programmgesteuert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Mischer mit rotierendem Behälter zu
entwickeln, der mit geringem Aufwand zuverlässig eine räumliche Mischkinematik ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird mit einem Mischer gelöst, welcher die Merkmale nach
Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Behälter
pendelnd aufgehängt
und mit nur einem Antrieb in Rotation versetzt. Die Pendelachse
liegt schiefwinklig zur Rotationsachse. Die Schiefwinkligkeit der
Pendelachse zur Rotationsachse bewirkt eine Taumelbewegung des Behälters. Infolge
einer ständigen
Gewichtsverlagerung des Mischgutes im Behälter ergeben sich aufgrund
der Pendelgeometrie eine Unwucht und Fliehkräfte, so dass der Behälter selbsttätig um die
Pendelachse rotiert. Die Rotation um die Rotationsachse mit dem
Antrieb und die selbsttätige Rotation
um die Pendelachse ergeben eine räumliche Mischbewegung des Mischgutes
im Behälter.
Bei Rotation des Behälters
um die Pendelachse ergibt sich ein stetiges Umwandeln von potentieller
in kinetische Energie sowie der statischen und dynamischen Unwucht
bis zum Überschlag
des Behälters. Es
wird eine effektive Durchmischung von Pulver- und/oder Zementmischungen
erreicht.
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Der
Mischer lässt
sich einfach an herkömmliche
Mischersysteme adaptieren. Z.B. kann der Behälter in einer herkömmlichen Mischtrommel
an einem asymmetrisch geformten U-förmigen Pendelbügel über Kugellager
nahezu reibungsfrei rotierbar befestigt sein.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden, es
zeigen:
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1:
ein Schema einer pendelnden Aufhängung
eines Mischbehälters
in einer Trommel,
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2:
die Bewegungsbahn eines Punktes des Mischbehälters im Raum,
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3.1–3.9: Bewegungsphasen der Mischtrommel und des
Pendelbügels
um die Rotationsachse der Trommel,
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4.1–7.2: Bewegungsphasen der Mischtrommel und des
Pendelbügels
um eine Pendelachse,
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8.1–8.2: Integration eines Mischbehälters in
einen herkömmlichen
Trommelmischer,
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9.1–9.2: eine direkte Pendellagerung eines Mischbehälters,
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10.1–10.2: eine Bügelkonstruktion zum
Halten eines Mischbehälters,
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11.1–12.2: Verwendung von Halteklammern für die Befestigung
eines Mischbehälters,
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13.1–13.3: eine Ausführung eines Pendelbügels,
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14–15:
Details zur Einhängung
von Haltegummis,
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16:
eine Halterung eines Mischbehälters mit
Haltegummis,
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17:
eine Halterung eines Mischbehälters mit
einem Anpressbügel,
und
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18:
eine Variante einer Halterung eines Mischbehälters mit einem Anpressbügel und
Anpressfedern.
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Das
Ausführungsbeispiel
zeigt in 1 ein Schema einer pendelnden
Aufhängung
eines Mischbehälters 1 in
einer Trommel 2 eines herkömmlichen Betonmischers. Die
Trommel 2 ist mit einem, vorzugsweise elektromotorischen,
Antrieb um eine z-Achse
eines kartesischen xyz-Koordinatensystems rotierbar gehalten. Die
z-Achse verläuft
senkrecht aus der Zeichnungsebene. Die x-Achse und die Y-Achse stehen
senkrecht zueinander und senkrecht zur z-Achse. Die z-Achse und
die x-Achse verlaufen horizontal.
Die Trommel 2 besitzt eine kreisförmige Öffnung 3 in einer
Ebene parallel zu einer Ebene, die durch die x- und y-Achse aufgespannt
ist. Der Mischbehälter 1 ist
am Boden fest mit einem Steg 4 eines U-förmigen
Pendelbügels 5 verbunden.
An den parallelen Schenkeln 6, 7 des Pendelbügels 5 sind
Außenringe 8, 9 von
Kugellagern 10, 11 befestigt. Zur Sicherung des
Mischbehälters 1 sind
zusätzliche Haltebügel 12 vorgesehen,
die am Steg 4 befestigt und mit Langlöchern versehen sind. Die Langlöcher ermöglichen
ein Anstellen der Haltebügel 12 gegenüberliegend
an die Außenwand
des Mischbehälters 1.
In den Innenringen der Kugellager 10, 11 ist jeweils ein
Bolzen 13, 14 gehalten. Die Bolzen 13, 14 liegen koaxial
auf einer gemeinsamen Pendelachse 15. Die Pendelachse 15 durchstößt die z-Achse
unter einem Winkel α.
Die Bolzen 13, 14 sind an Halterungen 16, 17 befestigt. Über starre
Aufhängungen 18, 19 sind die
Halterungen mit Haltebügeln 20, 21 verbunden. Die
Haltebügel 20, 21 sind
symmetrisch zur z-Achse an der Trommel 2 befestigt. Damit
ist der Mischbehälter 1 nahezu
reibungsfrei um die Pendelachse 15 drehbar gelagert. Der
Innenraum der Trommel 2 ist ausreichend bemessen, so dass
der Mischbehälter 1 frei
um die Pendelachse 15 drehbar ist. Der Mischbehälter 1 sitzt
so am Pendelbügel 5,
dass der koordinatenmäßig veränderliche
Schwerpunkt S des Mischbehälters 1 inklusive
darin befindlichen Mischgutes stets außerhalb der z-Achse liegt.
Der Mischbehälter 1 ist beim
Mischen mit einem Deckel 22 verschlossen. Am Schenkel 6 ist
zur Ausbalancierung des Mischbehälters 1 ein
Gegengewicht 23 befestigt. Das Gegengewicht 23 befindet
sich bezüglich
des Schwerpunktes S auf der anderen Seite der z-Achse. Masse des
Gegengewichtes 23 und Abstand zur z-Achse sind abhängig von
der Form und der Gewichtsverteilung des Mischbehälters 1 und/oder des Mischgutes
im Mischbehälter 1 einstellbar.
Damit können
die Pendelbewegung des Mischbehälters 1 und
die Durchmischung des Mischgutes gesteuert werden.
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Sofern
in der nachstehenden Beschreibung bereits eingeführte Bezugszeichen verwendet
werden, handelt es sich um Elemente oder Symbole mit äquivalenter
Funktion.
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Beim
Antrieb der Trommel 2 um die z-Achse in der angegebenen
Pfeilrichtung 24 treten am Mischbehälter 1 aufgrund des
bezüglich
der z-Achse asymmetrischen Schwerpunktes S Erregerkräfte auf, die
den Mischbehälter 1 zum
Schwingen bzw. Pendeln bis zum Überschlag
bringen. Ein Punkt P am Boden des Mischbehälters 1 vollführt eine
in 2 dargestellte Bahnbewegung im Raum mit unterschiedlichen
Ausschlägen
in Richtung der y-Achse und z-Achse. Für kleine Auslenkungen des Pendelbügels 5 bzw.
des Mischbehälters 1 um
die Pendelachse 15 gilt das Prinzip des mathematischen
Pendels, d.h., der Mischbehälter 1 vollführt eine
Drehschwingung. Durch die Drehung der Trommel 2 in Richtung 24 verändert sich
laufend die potentielle Energie des Mischbehälters 1 inklusive
Mischgut, so dass es zu einer parametrischen Erregung kommt. In
den 3.1–3.9 sind
Drehphasen des Mischbehälters 1 um
die z-Achse in Schritten von 45° dargestellt. Zur
Vereinfachung sind lediglich der Pendelbügel 5, die Kugellager 10, 11,
die Pendelachse 15 und die Koordinatenachsen x, x dargestellt.
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Ab
einer gewissen Höhe
des Schwerpunktes S des Mischbehälters 1 wird
die potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Dadurch
entsteht zusätzlich
zur Drehbewegung um die z-Achse eine überlagerte Pendelschwingung
des Mischbehälters 1 quer
zur Drehrichtung 24 der Mischtrommel 1. In den 4.1 bis 7.1 bzw. 4.2 bis 7.2 sind
die Drehlagen des Pendelbügels 5 und
der Haltebügel 12 bei
0°, 45°, 90°, und 135° um die Pendelachse 15 in
Seitenansicht mit Blick entgegen der x-Achse bzw. Draufsicht mit
Blick entgegen der y-Achse dargestellt. Die Trommel 2 ist
drehbar um die z-Achse in einem Lager 25 gehalten welches
ortsfest am Gestell 26 befestigt ist. Bei der in den 5.1 und 5.2 gezeigten
Drehlage befindet sich der Mischbehälter 1 in einer Taumelbewegung.
Die 7.1 und 7.2 zeigen
den Mischbehälter 1 in
einer Überschlagposition.
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In
den 8.1 bis 8.2 ist
in Draufsicht und Vorderansicht näher gezeigt, wie der Mischbehälter 1 in
die Trommel 2 eines herkömmlichen Trommelmischers integriert
ist. Der Trommelmischer steht fest auf dem Boden 26. Die
Trommel 2 ist in dem Lager 25 drehbar an einer
Deichsel 27 befestigt. Die Deichsel 27 ist um
zwei Lagerpunkte 28, 29 im Winkel um die x-Achse
verstellbar. An der Trommel 2 befindet sich umlaufend um
die Trommelachse ein Zahnkranz 30, in den ein Ritzel 31 eingreift.
Das Ritzel 31 ist mit der Welle eines elektrischen Antriebsmotors 32 verbunden.
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Bei
der Variante nach den 9.1 bis 9.2 ist ein Mischbehälter 1 mit Deckel 22 selbsttragend
ausgeführt
und ohne zusätzliche
Haltemittel an der Trommel 2 drehbar in den Kugellagern 10, 11 befestigt.
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In
den 10.1 bis 10.2 ist
in Seitenansicht und Draufsicht ein Pendelbügel 5 und ein Querbügel 33 gezeigt.
Querbügel 33 und
Pendelbügel 5 stehen
senkrecht zueinander. Der Querbügel 33 sitzt fest
am Pendelbügel 5.
Pendelbügel 5 und
Querbügel 33 ergeben
ein Drehkreuz, um einen Mischbehälter 1 sicher
zu befestigen.
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In
den 11.1 bis 11.2 bzw. 12.1 bis 12.2 ist
in Vorderansicht und Draufsicht die Verwendung zusätzlicher
Halteklammern 34. Die vier L-förmigen Halteklammern 34 sind
jeweils einer Hälfte
eines Steges des Pendelbügels 5 und
des Querbügels 33 zugeordnet.
An einem der Schenkel weisen die Halteklammern 34 Langlöcher 35 auf,
in denen sie entsprechend dem Durchmesser 36 eines Mischbehälters 1 auf
gleichen Abstand zu den Schenkeln 6, 7 des Pendelbügels 5 und
des Querbügels 33 einstellbar
sind und auf den Stegen 4 mit Schraubverbindungen oder
Steckbolzen fixierbar sind.
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Die 13.1 bis 13.3 zeigen
in Vorderansicht, Seitenansicht und Draufsicht eine Ausführung eines
U-förmigen
Pendelbügels 5.
Mit dem Steg 4 des Pendelbügels 5 ist mittig
ein Flacheisen 37 verschraubt (Alternativ sind auch Schweiß-, Löt- oder Nietverbindungen
geeignet). An den Schenkeln 6, 7 des Pendelbügels 5 sind
Bohrungen 38 für
Gegengewichte 23 oberhalb der Bohrungen 39 für die Bolzen 13, 14 der
Pendelachse 15 eingebracht. Weiterhin sind in den Schenkeln 6, 7 Bohrungen 40 für Schraubenbolzen 41 zum
Einhaken von Haltebügeln 42 von Haltegummis 43 eingebracht,
was näher
in den 14 und 15 in
Vorderansicht und Seitenansicht gezeigt ist. Der Schraubenbolzen 41 ist
mit einer Mutter 44 am Schenkel 7 festgeschraubt.
Zwischen der Mutter 44 und einer Mutter 45 sowie
zwischen Muttern 46, 47 auf dem Schraubenbolzen 41 eingeklemmte
Scheiben 48, 49 bilden eine Führung zum Einhängen des
Haltebügels 42.
Im Steg 4 und im Flacheisen 37 sind zusätzliche
Bohrungen 50 für zusätzliche
Haltebügel
vorgesehen.
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16 zeigt
die Befestigung eines Mischbehälters 1 mit
Deckel 22 mit Hilfe von Haltegummis 43. Die Haltebügel 42 der
Haltegummis 43 sind in den Schraubenbolzen 41 und
in den Bohrungen 40 der Halteklammer 34 bzw. des
Querbügels
eingehängt. Die
Haltegummis 43 sind straff und über Kreuz durch einen Ring 51 über den
Deckel 22 gelegt.
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Alternativ
zu den Haltegummis 43 kann der Mischbehälter 1 inklusive dem
Deckel 22 mit einem in 17 gezeigten
Anpressbügel 52 an
einem Pendelbügel 5 gehalten
werden. Der Anpressbügel 52 ist U-förmig ausgebildet
und mit Schrauben 53 am Pendelbügel 5 befestigt. Der
Anpressbügel 52 ist
entsprechend der Höhe
des Mischbehälters 1 in
Richtung der Y-Achse
verstellbar.
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In 18 eine
Variante einer Halterung eines Mischbehälters 1 mit einem
Anpressbügel 52 nach 17 mit
zusätzlichen
Anpressfedern 54 dargestellt. Die Anpressfedern 54 stützen sich
unter Spannung gegen den Deckel 22 und den am Pendelbügel 5 befestigten
Anpressbügel 52 ab.
Damit wird der Deckel 22 beim Mischen sicher auf dem Mischbehälter 1 gehalten.
Die Anpressfedern 54 sorgen für eine gleichmäßige Anpresskraft
auf den Deckel 22 bzw. für den Mischbehälter 1 gegen
den Pendelbügel 5.
Die Anpressfedern 54 wirken schwingungs- und geräuschdämpfend.
Zudem gewährleisten
die Anpressfedern 54 eine materialschonende Halterung des
Mischbehälters 1 ohne
Druckstellen auf dem Deckel 22 durch den Anpressbügel 52.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel mit einer Trommel 2 beschränkt. An
Stelle der Trommel 2 können
sonstige rotierender Glieder eingesetzt werden, in denen der Behälter 1 pendelnd
aufgenommen ist.
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- 1
- Mischbehälter
- 2
- Trommel
- 3
- Öffnung
- 4
- Steg
- 5
- Pendelbügel
- 6,
7
- Schenkel
- 10,
11
- Kugellager
- 12
- Haltebügel
- 13,
14
- Bolzen
- 15
- Pendelachse
- 16,
17
- Halterung
- 18,
19
- Aufhängung
- 20,
21
- Haltebügel
- 22
- Deckel
- 23
- Gegengewicht
- 24
- Pfeilrichtung
- 25
- Lager
- 26
- Gestell
- 27
- Deichsel
- 28,
29
- Lagerpunkte
- 30
- Zahnkranz
- 31
- Ritzel
- 32
- Antriebsmotor
- 33
- Querbügel
- 34
- Halteklammer
- 35
- Langloch
- 36
- Durchmesser
- 37
- Flacheisen
- 38–40
- Bohrung
- 41
- Schraubenbolzen
- 42
- Haltebügel
- 43
- Haltegummi
- 44–47
- Mutter
- 48,
49
- Scheibe
- 50
- Bohrung
- 51
- Ring
- 52
- Anpressbügel
- 53
- Schraube
- 54
- Anpressfeder