DE102012005640A1

DE102012005640A1 - Mischvorrichtung

Info

Publication number: DE102012005640A1
Application number: DE201210005640
Authority: DE
Inventors: Johannes Stoll; Markus Fischer; Florian Mangold
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: DE102012005640B4

Abstract

Es wird eine Mischvorrichtung (1) vorgeschlagen, die über eine zur Aufnahme zu mischender Medien dienende Mischkammer (3) verfügt und die ein in der Mischkammer (3) angeordnetes Mischwerkzeug (7) aufweist, das berührungslos durch Magnetkopplung mit einer außerhalb der Mischkammer (3) angeordneten Antriebseinrichtung (8) derart gekoppelt ist, dass es zu einer Mischbewegung (12) antreibbar ist. Das Mischwerkzeug (7) ist als Wälzkörper ausgebildet, der an einer in der Mischkammer (3) angeordneten Abwälzfläche (18) abwälzbar anliegt. Bei Ausführung seiner Mischbewegung (12) bewegt sich das Mischwerkzeug (7) an einer von der Antriebseinrichtung (8) vorgegebenen Mischbahn (15) fort, wobei es sich gleichzeitig an der Abwälzfläche (18) abwälzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, mit einer zur Aufnahme von zu mischenden Medien dienenden Mischkammer und einem in der Mischkammer angeordneten, berührungslos durch Magnetkopplung mittels einer abgetrennt von der Mischkammer angeordneten Antriebsvorrichtung zu einer Mischbewegung antreibbaren Mischwerkzeug.
Eine aus der DE 42 32 935 A1 bekannte, dort als Rührwerk bezeichnete Mischvorrichtung enthält als Mischwerkzeug ein drehbar gelagertes Schaufelrad, das durch die Magnetkraft einer permanentmagnetischen Kopplungseinrichtung berührungslos antriebsmäßig mit einer Rührwerkswelle gekoppelt ist. Die Rührwerkswelle ist mittels eines Elektromotors in Rotation versetzbar, um eine rotierende Mischbewegung des Mischwerkzeuges hervorzurufen. Durch die Magnetkopplung wird zwar wirksam vermieden, dass die zu mischenden Medien mit der Antriebseinrichtung in Berührung gelangen. Andererseits ist der Mischvorgang lokal eng begrenzt, so dass die Durchmischungs- bzw. Rührwirkung bei großvolumigen Mischkammern eingeschränkt ist.
Die gleichen Unzulänglichkeiten ergeben sich bei dem in der DE 10 2010 016 014 A1 beschriebenen Rührwerk.
Aus der im Internet veröffentlichten Publikation „Der etwas andere Umgang mit dem Wasser" der OLOID AG, Jurastraße 50, CH-4053 Basel, April 2005, ist ein „OLOID-Rührer Typ 200” bekannt, der sich auch für den Einsatz in Verbindung mit großflächigen Mischkammern eignet, wobei die Mischkammern in dem beschriebenen Fall von den Becken von Kläranlagen oder von Schwimmteichen gebildet sind. Der OLOID-Rührer wird hierbei schwimmend entlang der Oberfläche der zu mischenden Medien bewegt und enthält ein nach Art eines Oloids geformtes Mischwerkzeug, das mechanisch mit einer Antriebseinrichtung gekoppelt ist. Der hierbei zum Einsatz kommende mechanische Aufwand ist relativ groß.
In der DE 10 2004 018 247 B3 wird auf zur Wasseraufbereitung genutzte Oloid-Rührer der OLOID AG ebenfalls verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine zum Mischen und/oder Rühren von Medien geeignete Mischvorrichtung zu schaffen, die bei einfachem und kostengünstigem Aufbau eine effektive Bearbeitung selbst größerer Medienvolumina ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass das Mischwerkzeug als an einer in der Mischkammer angeordneten Abwälzfläche abwälzbar anliegender Wälzkörper ausgebildet ist, der sich bei der durch die Antriebseinrichtung hervorgerufenen Mischbewegung unter gleichzeitigem Abwälzen an der Abwälzfläche entlang einer von der Antriebseinrichtung vorgegebenen linearen oder nichtlinearen Mischbahn fortbewegt.
Auf diese Weise liegt weiterhin eine berührungslose magnetische Kopplung zwischen dem Mischwerkzeug und seiner Antriebseinrichtung vor, was die Möglichkeit bietet, die Antriebseinrichtung außerhalb der zu mischenden Medien zu platzieren und vor einem Kontakt mit diesen Medien abzuschirmen. Dies begünstigt die Lebensdauer der Antriebseinrichtung und vermeidet Abdichtungsprobleme hinsichtlich der Mischkammer. Hinzu kommt ein äußerst effektiver Misch- bzw. Rührvorgang selbst bei Mischkammern mit großflächiger Ausdehnung, weil sich die Mischbewegung des Mischwerkzeuges nicht auf eine ortsfeste Rotationsbewegung beschränkt, sondern sich das Mischwerkzeug bei seiner Mischbewegung in der Mischkammer fortbewegt, wobei es einem als Mischbahn bezeichneten Bahnverlauf folgt. Die Antriebseinrichtung ist vorzugsweise nur für die Fortbewegung des Mischwerkzeuges verantwortlich, während eine diesbezüglich überlagerte Rotationsbewegung des Mischwerkzeuges davon herrührt, dass sich das Mischwerkzeug nach Art eines Wälzkörpers an einer Abwälzfläche in der Mischkammer abwälzt. Für den Abwälzvorgang ist insbesondere der zwischen der Abwälzfläche und dem daran anliegenden Mischwerkzeug auftretende Reibschluss verantwortlich.
Mit der Mischvorrichtung lassen sich, insbesondere in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Antriebseinrichtung, Mischbahnen mit anwendungsspezifischem Verlauf vorgeben, wobei die Mischbahn eine lineare oder eine nichtlineare Erstreckung haben kann. Eine lineare Erstreckung der Mischbahn empfiehlt sich insbesondere in Verbindung mit Mischkammern, die in länglichen Becken oder in Rohren, letzteres insbesondere bei Anwendungen in der Prozessindustrie, ausgebildet sind. Durch die Antriebseinrichtung kann je nach Ausgestaltung der Mischbahn eine kontinuierliche, unidirektionale Mischbewegung oder aber eine alternierend hin und her gehende Mischbewegung erzeugt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Mischvorrichtung verfügt zum Hervorrufen der berührungslosen Magnetkopplung von Antriebseinrichtung und Mischwerkzeug zweckmäßigerweise über eine Magnetkopplungseinrichtung, bei der es sich vorzugsweise um eine permanentmagnetische Magnetkopplungseinrichtung handelt. Die Magnetkopplungseinrichtung ist insbesondere so ausgebildet, dass sie mindestens einen sowohl das Mischwerkzeug als auch die Antriebseinrichtung durchsetzenden geschlossenen Magnetkreis bildet. Besonders vorteilhaft ist eine dahingehende Ausgestaltung, dass die Magnetkopplungseinrichtung genau einen geschlossenen Magnetkreis definiert. Dies hat den Vorteil, dass das Mischwerkzeug im Falle eines während des Betriebes unbeabsichtigt auftretenden Lösens der Magnetkopplung selbsttätig wieder mit korrekter Ausrichtung magnetisch an die Antriebseinrichtung ankoppeln kann. Die störungsbedingten Stillstandszeiten der Mischvorrichtung sind daher auf ein Minimum reduziert.
Die Magnetkopplungseinrichtung verfügt zweckmäßigerweise über eine permanentmagnetische Magneteinrichtung, die als Bestandteil des Mischwerkzeuges ausgebildet ist und deshalb als werkzeugseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung bezeichnet wird. Vorzugsweise enthält aber auch die Antriebseinrichtung eine permanentmagnetische Magneteinrichtung der Magnetkopplungseinrichtung, die zur besseren Unterscheidung als antriebsseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung bezeichnet sei. Die beiden permanentmagnetischen Magneteinrichtungen koppeln mit Magnetkraft aneinander und rufen auf diese Weise die gewünschte berührungslose antriebsmäßige Verbindung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Mischwerkzeug hervor.
Jede permanentmagnetische Magneteinrichtung enthält zweckmäßigerweise mindestens eine Permanentmagneteinheit, die zugunsten geringer Kosten vorzugsweise aus einem einzigen Permanentmagnet besteht. Die werkzeugseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung verfügt zweckmäßigerweise über nur eine einzige solche Permanentmagneteinheit, während die antriebsseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung insbesondere über zwei beabstandet zueinander angeordnete Permanentmagneteinheiten verfügt.
Es ist vorteilhaft, wenn die permanentmagnetische Magneteinrichtung des Mischwerkzeuges mindestens einen Flussleitkörper enthält, der dafür sorgt, dass die zur Ausbildung eines Magnetkreises wirksamen Endpole optimal beabstandet zueinander platziert sind, so dass das Mischwerkzeug im Innern der Mischkammer eine stabile Relativposition bezüglich der Antriebseinrichtung einnimmt. Von Vorteil ist dies insbesondere bei einem speziell gestalteten Mischwerkzeug, das die Form eines sogenannten Oloids hat. Ein oloidförmiges Mischwerkzeug führt beim Abwälzen an der Abwälzfläche eine der hierbei auftretenden Rotationsbewegung überlagerte Taumelbewegung aus, ohne dass dies zu Lasten der Effektivität der Magnetkopplung ginge.
Die Magnetkopplungseinrichtung ist insbesondere so ausgebildet, dass der durch sie generierte Magnetkreis in einer Ebene verläuft, die rechtwinkelig zur Fortbewegungsrichtung des Mischwerkzeuges ausgerichtet ist.
Hinsichtlich des Mischwerkzeuges empfiehlt es sich, die werkzeugseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung mit einer Vielzahl granulatförmig ausgebildeter Flussleitkörper auszustatten, die – wie zweckmäßigerweise die gesamte permanentmagnetische Magneteinrichtung – im Innern des bevorzugt als Hohlkörper ausgebildeten Mischwerkzeuges angeordnet sind. Die Granulatform der Flussleitkörper begünstigt deren Unterbringung in komplex gestalteten Innenräumen des Mischwerkzeuges und erlaubt eine dicht gepackte Unterbringung von Flussleitkörpern zugunsten eines hohen Gewichts des Mischwerkzeuges, was sich positiv auf den Reibschluss zur Abwälzfläche auswirkt und mithin das Erzeugen der Abwälzbewegung begünstigt.
Die Antriebseinrichtung verfügt zweckmäßigerweise über eine relativ zu der Mischkammer bewegbare Antriebseinheit, die an der Magnetkopplung teil hat. Vorzugsweise ist die Antriebseinheit der Antriebseinrichtung mit einer antriebsseitigen permanentmagnetischen Magneteinrichtung einer die Magnetkopplung mit dem Mischwerkzeug hervorrufenden Magnetkopplungseinrichtung ausgestattet.
Eine besonders vorteilhaft ausgebildete Antriebseinrichtung ist als Linearantriebseinrichtung ausgebildet, die elektrisch oder durch Fluidkraft – hierbei insbesondere pneumatisch – oder kombiniert elektro-fluidisch angetrieben werden kann.
Die Abwälzfläche kann Bestandteil eines in geeigneter Weise im Innern der Mischkammer platzierten Bauteils sein. Besonders vorteilhaft ist allerdings eine Ausführungsform, bei der die Abwälzfläche direkt von einer die Mischkammer begrenzenden Wandfläche eines die zu mischenden Medien aufnehmenden Mischbehältnisses gebildet ist. Dieses Mischbehältnis kann beispielsweise nach Art eines Beckens oder nach Art eines Rohres ausgebildet sein.
Die Mischvorrichtung enthält zweckmäßigerweise ein die Mischkammer definierendes Mischbehältnis, wobei die für den Antrieb des Mischwerkzeuges verantwortliche Antriebseinrichtung zweckmäßigerweise außerhalb des Mischbehältnisses angeordnet ist und sich entlang des Mischbehältnisses erstreckt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten ersten Bauform der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung mit einem nach Art eines Oloids gestalteten Mischwerkzeug, wobei die Wandung eines eine Mischkammer definierenden Mischbehältnisses partiell aufgebrochen dargestellt ist,
2 die Mischvorrichtung aus 1 in perspektivischer Darstellung aus einer anderen Blickrichtung, wobei das die Mischkammer definierende Mischbehältnis aufgeschnitten illustriert ist,
3 eine Seitenansicht der Mischvorrichtung aus 1 und 2 bei partiell aufgebrochenem Mischbehältnis,
4 eine Draufsicht der Mischvorrichtung der 1 bis 3 mit Blickrichtung gemäß Pfeil IV aus 3,
5 einen Querschnitt durch die Mischvorrichtung der 1 bis 4 gemäß Schnittlinie V-V aus 3,
6 eine Einzeldarstellung des bei der Mischvorrichtung der 1 bis 4 zum Einsatz kommenden Mischwerkzeuges, das die Gestalt eines Oloids hat,
7 das Mischwerkzeug aus 6 mit gestrichelter Illustrierung interner Bestandteile,
8 das oloidförmige Mischwerkzeug in Einzeldarstellung aus einem im Vergleich zu 6 und 7 anderen Blickwinkel,
9 das Mischwerkzeug aus 8 mit gestrichelter Illustration interner Komponenten,
10 eine Seitenansicht des in 6 bis 8 illustrierten Mischwerkzeuges, und
11 einen Querschnitt des Mischwerkzeuges gemäß Schnittlinie XI-XI aus 10.
Die beispielhaft illustrierte Mischvorrichtung 1 verfügt über ein Mischbehältnis 2, das eine Mischkammer 3 definiert, in der sich während des Gebrauches der Mischvorrichtung 1 miteinander zu mischende oder umzurührende Medien befinden. Bei den zu mischenden Medien handelt es sich beispielsweise um unterschiedliche Flüssigkeiten oder um eine Flüssigkeit und um Feststoffpartikel. Der Einsatz der Mischvorrichtung 1 ist nicht auf bestimmte Anwendungsfelder begrenzt. Sie ist auch als einfache Rührvorrichtung einsetzbar, die genutzt wird, um eine gleichmäßige Verteilung miteinander vermengter Medien aufrechtzuerhalten.
Das Mischbehältnis 2 hat eine Wandung 4, die die Mischkammer 3 zumindest partiell umschließt. Das Ausführungsbeispiel zeigt ein wannenartiges oder beckenartiges Mischbehältnis 2, das an einer Oberseite offen ist, so dass eine ständige Zugänglichkeit der Mischkammer 3 gewährleistet ist. Allerdings kann dieses Mischbehältnis 2 zum Abdecken der Öffnung auch einen Deckel aufweisen. Eine andere, nicht illustrierte Ausgestaltung des Mischbehältnisses 2 hat die Form eines Rohres, wobei es sich ohne Weiteres um ein Rohrstück handeln kann, das in den Verlauf einer längeren Rohrleitung eingeschaltet ist, die beispielsweise in einer chemischen Anlage verlegt ist.
Die Wandung 4 hat eine die Mischkammer 3 begrenzende innere Wandfläche 5. Exemplarisch verfügt die Wandung 4 über eine in der Gebrauchslage des Mischbehältnisses 2 unten angeordnete Bodenwand 6, an der ein nach oben weisender Teilbereich der inneren Wandfläche 5 ausgebildet ist.
Im Innern der Mischkammer 3 befindet sich ein beweglich angeordnetes Mischwerkzeug 7. Im Betrieb der Mischvorrichtung 1 ist das Mischwerkzeug 7 zweckmäßigerweise vollständig in die zu mischenden Medien eingetaucht, die sich in der Mischkammer 3 befinden.
Mittels einer abgetrennt von der Mischkammer 3 angeordneten und vorzugsweise außerhalb des Mischbehältnisses 2 angeordneten Antriebseinrichtung 8 ist das Mischwerkzeug 7 zu einer sich im Innern der Mischkammer 3 relativ zum Mischbehältnis 2 bewegenden Mischbewegung 12 antreibbar. Diese Mischbewegung 12 ist eine Kombination aus einer durch einen linearen Doppelpfeil angedeuteten translatorischen Bewegung 13 und einer dieser translatorischen Bewegung 13 überlagerten, durch einen gekrümmten Doppelpfeil angedeuteten rotatorischen Bewegung 14.
Im Rahmen der translatorischen Bewegung 13 bewegt sich das Mischwerkzeug 7 in der Mischkammer 3 fort und ändert mithin seine bezüglich des Mischbehältnisses 2 eingenommene Relativposition. Die von dem Mischwerkzeug 7 hierbei durchlaufene Fortbewegungsbahn sei auf Grund der zugeordneten Funktion des Mischwerkzeuges 7 als Mischbahn 15 bezeichnet, deren Verlauf in der Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist.
Die Mischkammer 3 hat zweckmäßigerweise eine Längserstreckung mit einer Längsachse 16. Exemplarisch ist die Längsachse 16 während des Betriebes der Mischvorrichtung 1 horizontal ausgerichtet. Die Längsachse 16 ist vorzugsweise mit der Ausrichtung der Mischbahn 15 gleichgerichtet.
Auf Grund der der translatorischen Bewegung 13 überlagerten rotatorischen Bewegung 14 dreht sich das Mischwerkzeug 7 vielfach um sich selbst, wenn es die translatorische Bewegung 13 ausführt. Es dreht sich dabei insbesondere um eine quer zur Längsrichtung der Mischbahn 15 verlaufende virtuelle Rotationsachse 17. Selbige verläuft beim Ausführungsbeispiel quer und insbesondere rechtwinkelig zu der Längsachse 16.
Die Mischbewegung 12 des Mischwerkzeuges 7 kommt dadurch zu Stande, dass auf das Mischwerkzeug 7 mittels der externen Antriebseinrichtung 8 eine in der Längsrichtung der Mischbahn 15 orientierte Antriebskraft F_A ausgeübt wird. Die Antriebskraft F_A hat originär die translatorische Bewegung 13 zur Folge und indirekt die diesbezüglich überlagerte rotatorische Bewegung 14. Die rotatorische Bewegung 14 ist ein unmittelbares, synchron ablaufendes Resultat der translatorischen Bewegung 13 und rührt daher, dass das Mischwerkzeug 7 sich auf einer in der Mischkammer 3 angeordneten Abwälzfläche 18 abwälzt. Dies ist dadurch möglich, dass das Mischwerkzeug 7 als Wälzkörper mit konvexer Außenfläche konzipiert ist, der lose an der genannten Abwälzfläche 18 anliegt, wobei der zwischen dem Mischwerkzeug 7 und der Abwälzfläche 18 vorhandene Reibschluss in Verbindung mit der Antriebskraft F_A ein die rotatorische Bewegung 14 hervorrufendes Drehmoment verursacht.
Die Abwälzfläche 18 ist vorzugsweise direkt von einem Abschnitt der inneren Wandfläche 5 des Mischbehältnisses 2 gebildet. Exemplarisch handelt es sich bei der Abwälzfläche 18 um den an der Bodenwand 6 befindlichen, in der Gebrauchslage des Mischbehältnisses 2 vertikal nach oben weisenden Teilbereich der inneren Wandfläche 5. Das als Wälzkörper ausgebildete Mischwerkzeug 7 wird mit seiner Außenfläche 22 hierbei insbesondere auf Grund seiner Gewichtskraft an die Abwälzfläche 18 angedrückt. Der Längsverlauf der Abwälzfläche 18 entspricht demjenigen der Mischbahn 15. Die Richtung der Mischbewegung 12 hängt von der Wirkungsrichtung der Antriebskraft F_A ab. Exemplarisch ist die Antriebseinrichtung 8 so ausgebildet, dass die Antriebskraft F_A alternierend in zwei einander entgegengesetzten Richtungen auf das Mischwerkzeug 7 ausübbar ist, so dass die Mischbewegung 12 eine hin- und hergehende translatorische Bewegung 13 enthält, der je nach Bewegungsrichtung eine rotatorische Bewegung 14 im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns überlagert ist.
Die Ausrichtung der Mischbahn 15 hängt von der Ausgestaltung der Antriebseinrichtung 8 ab, die die Antriebskraft F_A generiert. Auf diese Weise bestehen vielfältige Möglichkeiten zur Vorgabe der Mischbahn 15. Insbesondere kann die Mischbahn 15 abgesehen von der beim Ausführungsbeispiel vorhandenen linearen Erstreckung auch einen nichtlinearen Verlauf haben und insbesondere eine Kurvenbahn beschreiben. Es besteht die Möglichkeit, die Mischbahn 15 als in sich geschlossene Bahnkurve zu realisieren, die einen beliebigen, anwendungsspezifisch vorgebbaren Längsverlauf hat, wobei sich vor allem eine Realisierung als Kreisbahn oder als elliptische Bahn empfiehlt.
Die Antriebskraft F_A wird berührungslos durch magnetische Kopplung von der Antriebseinrichtung 8 auf das Mischwerkzeug 7 übertragen. Die Magnetkopplung findet insbesondere durch die Wandung 4 der Mischkammer 3 hindurch statt, was die beim Ausführungsbeispiel realisierte vorteilhafte Möglichkeit bietet, die Antriebseinrichtung 8 außerhalb des Mischbehältnisses 2 zu platzieren, insbesondere derart, dass sie sich entlang des Mischbehältnisses 2 erstreckt. Damit ist unter anderem auch der Vorteil verbunden, dass die Antriebseinrichtung 8 nicht in Kontakt mit den zu mischenden Medien gelangt. Außerdem erübrigen sich Abdichtmaßnahmen, die erforderlich wären, wenn eine mechanische Antriebskopplung durch die Wandung 4 des Mischbehältnisses 2 hindurch stattfinden würde.
Die Antriebseinrichtung 8 ist vorzugsweise als Linearantriebseinrichtung ausgebildet. Exemplarisch kommt eine durch Fluidkraft betätigbare Linearantriebseinrichtung zur Anwendung, wenngleich auch elektrisch betätigbare Bauarten oder Hybrid-Bauarten ohne Weiteres verwendbar sind. Alternativ können nichtlinear arbeitende Antriebseinrichtungen zum Einsatz kommen, wenn die Mischbewegung 12 eine nichtlineare translatorische Bewegungskomponente hat.
Die Antriebseinrichtung 8 enthält vorzugsweise eine Antriebseinheit 23, die zu einer durch einen Doppelpfeil illustrierten Antriebsbewegung 24 antreibbar ist. Die Richtung der Antriebsbewegung 24 gibt die Verlaufsrichtung der translatorischen Bewegung 13 des Mischwerkzeuges 7 und mithin den Verlauf der Mischbahn 15 vor. Hierzu ist die Antriebseinheit 23 mittels einer Magnetkopplungseinrichtung 25 berührungslos magnetisch mit dem Mischwerkzeug 7 gekoppelt, so dass die Ausführung der Antriebsbewegung 24 die Ausübung der oben erwähnten Antriebskraft F_A auf das Mischwerkzeug 7 zur Folge hat.
Bei Ausführung der Antriebsbewegung 24 bewegt sich die Antriebseinheit 23 entlang einer strichpunktiert angedeuteten Antriebsbahn 26. Selbige erstreckt sich parallel zu der Mischbahn 15 und hat exemplarisch eine lineare Erstreckung. Wenn die Antriebseinrichtung 8 nicht als Linearantriebseinrichtung ausgebildet ist, kann die Antriebsbewegung 24 und mithin die Antriebsbahn 26 auch einen nichtlinearen Verlauf haben.
Beim Ausführungsbeispiel enthält die als Linearantriebseinrichtung konzipierte Antriebseinrichtung 8 ein eine Längserstreckung mit Längsachse 27 aufweisendes Antriebsgehäuse 28, in dem ein Antriebsstellglied 32 linear bewegbar angeordnet ist, das ein Bestandteil der Antriebseinheit 23 ist. Das Antriebsgehäuse 28 weist einen Längsschlitz 33 auf, durch den ein mit dem Antriebsstellglied 32 bewegungsgekoppelter Mitnehmer 34 nach außen ragt und an dem, außerhalb des Antriebsgehäuses 28, eine antriebsseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung 35 angeordnet ist, die im Folgenden zur Vereinfachung nurmehr auch als erste Magneteinrichtung 35 bezeichnet wird. Durch zugeführte Fremdenergie hervorgerufene Stellkräfte sind in der Lage, das Antriebsstellglied 32 derart linear relativ zu dem Antriebsgehäuse 28 zu verlagern, dass die Antriebseinheit 23 einschließlich der ersten Magneteinrichtung 35 die Antriebsbewegung 24 ausführt.
Beim Ausführungsbeispiel ist das Antriebsstellglied 32 ein unter Abdichtung in dem Antriebsgehäuse 28 verschiebbar angeordneter Kolben, der zwei in dem Antriebsgehäuse 28 ausgebildete Antriebskammern 36a, 36b fluiddicht voneinander abtrennt, in die jeweils ein eigener Fluidkanal 37a, 37b einmündet, durch den hindurch eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung der jeweils zugeordneten Antriebskammer 36a, 36b möglich ist. Mittels aufeinander abgestimmter Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 36a, 36b kann somit die Antriebsbewegung 24 in der gewünschten Richtung erzeugt werden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel eines Linearantriebes enthält das Antriebsstellglied 32 eine Spindelmutter, die auf einer sich in dem Antriebsgehäuse 28 längs erstreckenden Antriebsspindel läuft und sich entlang dieser Antriebsspindel fortbewegt, wenn selbige mittels eines Elektromotors der Antriebseinrichtung 8 in Rotation versetzt wird.
Zweckmäßigerweise bildet das Antriebsgehäuse 28 ein Führungselement oder ist mit mindestens einem Führungselement ausgestattet, an dem die Antriebseinheit 23 linear verschiebbar geführt ist.
Die erste Magneteinrichtung 35 gehört ebenso zu der Magnetkopplungseinrichtung 25 wie eine als Bestandteil des Mischwerkzeuges 7 ausgebildete werkzeugseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung 38, die im Folgenden zur Vereinfachung auch als zweite Magneteinrichtung 38 bezeichnet wird. Dadurch, dass die erste und zweite Magneteinrichtung 35, 38 magnetisch kooperieren, ergibt sich eine Kraftkopplung zwischen der Antriebseinheit 23 und dem Mischwerkzeug 7, die auf berührungsloser Basis stattfindet. Durch die beiden Magneteinrichtungen 35, 38 wird insbesondere mindestens ein das Mischwerkzeug 7 und die Antriebseinheit 23 zumindest partiell durchsetzender, geschlossener Magnetkreis 42 ausgebildet, der die genannten Komponenten magnetisch fest zusammenhält. Vorzugsweise bildet die Magnetkopplungseinrichtung 25 nur einen einzigen geschlossenen Magnetkreis 42 aus, was den vorteilhaften Effekt hat, dass das Mischwerkzeug 7 nur in einer ganz bestimmten Ausrichtung mit der Antriebseinheit 23 koppelbar ist und mithin innerhalb der Mischkammer 3 stets eine vorbestimmte Ausrichtung einnimmt. Selbst wenn einmal auf Grund einer Funktionsstörung der magnetische Zusammenhalt zwischen den beiden Magneteinrichtungen 35, 38 unterbrochen werden sollte, finden auf diese Weise die beiden Magneteinrichtungen 35, 38 stets ohne Weiteres wieder in der gewünschten Orientierung zusammen, wenn sich die Antriebseinheit 23 im Laufe ihrer Antriebsbewegung 24 an das vorübergehend abgekoppelte Mischwerkzeug 7 annähert.
Die zweite Magneteinrichtung 38 ist vorzugsweise im Innern des Mischwerkzeuges 7 untergebracht. Das Mischwerkzeug 7 ist hierzu als Hohlkörper konzipiert, der einen die Außenfläche 22 definierenden Mantel 43 aufweist, der mindestens einen Hohlraum 44 umschließt. Dieser mindestens eine Hohlraum 44 nimmt die zweite Magneteinrichtung 38 auf.
Die zweite Magneteinrichtung 38 enthält zweckmäßigerweise mindestens eine und exemplarisch genau eine Permanentmagneteinheit 45. Diese besteht bevorzugt aus einem einzigen Permanentmagnet. Sie definiert zwei einander entgegengesetzt polarisierte Polabschnitte 45a, 45b mit einem Nordpol „N” und einem Südpol „S”. Zusätzlich enthält die zweite Magneteinrichtung 38 zweckmäßigerweise noch eine Vielzahl granulatförmig ausgebildeter Flussleitkörper 46, die dicht gepackt in dem mindestens einen Hohlraum 44 untergebracht und hierbei insbesondere den beiden unterschiedlich polarisierten Polabschnitten 45a, 45b vorgelagert sind. Auf diese Weise werden die Polflächen quasi mit einem größeren Abstand zueinander angeordnet und lässt sich der gewünschte Verlauf für die magnetischen Feldlinien des geschlossenen Magnetkreises 42 optimal vorgeben.
Die Flussleitkörper 46 bestehen zweckmäßigerweise aus einem ferromagnetischen Material. Sie sind insbesondere kugelförmig ausgebildet und bevorzugt in schüttgutartiger Konsistenz von dem Mantel 43 umhüllt.
Die Permanentmagneteinheit 45 ist innerhalb des Hohlraumes 44 zweckmäßigerweise ortsfest bezüglich des Mantels 43 fixiert. Sie sitzt hierzu insbesondere in einer bevorzugt hülsenartig ausgebildeten Lageraufnahme 47, die durch mehrere Stützstege 48 innen an dem Mantel 43 abgestützt ist. Lageraufnahme 47, Stützstege 48 und Mantel 43 sind insbesondere einstückig miteinander ausgebildet.
Die Permanentmagneteinheit 45 ist vorzugsweise scheibenförmig oder stabförmig ausgebildet und axial polarisiert. Bezogen auf eine Längsachse 52 des Mischwerkzeuges 7 ist die Permanentmagneteinheit 45 insbesondere so ausgerichtet, dass ihre beiden Polabschnitte 45a, 45b in Achsrichtung dieser Längsachse 52 orientiert sind.
Obgleich das Mischwerkzeug 7 außen beliebig gestaltet sein kann, empfiehlt sich die beim Ausführungsbeispiel realisierte Formgebung entsprechend der Gestalt eines sogenannten Oloids. Unter einem Oloid ist ein geometrischer Körper zu verstehen, der sich aus der konvexen Hülle zweier senkrecht zueinander stehender Kreise ergibt, die so weit ineinandergeschoben sind, bis der jeweils eine Kreis den Mittelpunkt des anderen Kreises trifft. Die beiden Kreise haben vorzugsweise und auch beim Ausführungsbeispiel den gleichen Durchmesser, so dass man von einem regelmäßigen Oloid sprechen kann. Die sich aus der Oloid-Form ergebende Außenfläche 22 des Mischwerkzeuges 7 hat keinerlei Ecken und verfügt lediglich über zwei von den äußeren Kreisbögen der beiden Kreise gebildete Kanten. Im Übrigen ist die Außenfläche 22 bevorzugt glatt ausgebildet.
Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform ist der Oloid durch zwei Kreise unterschiedlichen Durchmessers definiert, so dass es sich um einen asymmetrischen Oloidkörper handelt. Eine solche Ausgestaltung des Mischwerkzeuges 7 empfiehlt sich dann, wenn die Mischbahn 15 einen gekrümmten und insbesondere einen kreisbogenförmigen Bahnverlauf hat.
Ein als Oloid gestaltetes Mischwerkzeug 7 zeichnet sich im Betrieb der Mischvorrichtung 1 dadurch aus, dass der rotatorischen Bewegung 14 eine Taumelbewegung überlagert ist, im Rahmen derer die Längsachse 52 des Mischwerkzeuges 7 ihre Winkellage bezüglich eines gedachten Mittelpunktes des Mischwerkzeuges 7 laufend verändert. Die in der Mischbewegung 12 enthaltene Taumelbewegung des Mischwerkzeuges 7 wirkt sich besonders vorteilhaft auf den erzielten Durchmischungseffekt der das Mischwerkzeug 7 aufnehmenden Medien aus.
In Kombination mit der der Antriebseinrichtung 8 zugeordneten ersten Magneteinrichtung 35 sorgt die in der geschilderten Weise in dem oloidförmigen Mischwerkzeug 7 untergebrachte zweite Magneteinrichtung 38 dafür, dass die Längsachse 52 des Mischwerkzeuges 7 bei der Mischbewegung 12 einen gewissen Winkelbereich nicht verlässt. Dadurch ist ein zuverlässiges Abrollen des Mischwerkzeuges 7 an der Abwälzfläche 18 entlang der gewünschten Mischbahn 15 gewährleistet.
Die Magnetkopplungseinrichtung 25 ist insbesondere so ausgebildet, dass der für den magnetischen Zusammenhalt verantwortliche Magnetkreis 42 zumindest im Wesentlichen in einer Ebene verläuft, die rechtwinkelig zu der auch als Fortbewegungsrichtung bezeichenbaren Bewegungsrichtung der translatorischen Bewegung 13 des Mischwerkzeuges 7 ausgerichtet ist. Insbesondere um dies zu gewährleisten, ist es empfehlenswert, wenn die erste Magneteinrichtung 35 über zwei Permanentmagneteinheiten 53a, 53b verfügt, die quer und insbesondere rechtwinkelig zur Verlaufsrichtung der Antriebsbahn 26 mit Abstand zueinander angeordnet sind. Dies ist aus 5 gut ersichtlich.
Beide Permanentmagneteinheiten 53a, 53b enthalten jeweils mindestens einen und vorzugsweise jeweils genau einen Permanentmagnet. Im Übrigen weisen sie jeweils zwei einander entgegengesetzt polarisierte, als Nordpol „N” und als Südpol „S” ausgestaltete Polabschnitte 35a, 35b auf. Die Permanentmagneteinheiten 53a, 53b sind insbesondere so ausgerichtet, dass ihre beiden Polabschnitte 35a, 35b jeweils auf einer Magnetachse 54 liegen, die parallel zu jeder Normalenrichtung der Abwälzfläche 18 verläuft. Exemplarisch ist jede Magnetachse 54 rechtwinkelig zu der ebenen Abwälzfläche 18 ausgerichtet. Dabei ist bei der einen Permanentmagneteinheit 53a, die näher beim Südpol „S” der zweiten Permanentmagneteinrichtung 38 liegt, der Nordpol „N” der Bodenwand 6 zugewandt, während bei der andern Permanentmagneteinheit 53b die Ausrichtung umgekehrt ist. Auf diese Weise kann sich optimal ein geschlossener Magnetkreis 42 ausbilden, der die Permanentmagneteinheit 45 der zweiten Permanentmagneteinrichtung 38 und zugleich auch die beiden Permanentmagneteinheiten 53a, 53b der ersten Magneteinrichtung 35 durchsetzt.
Insgesamt sind die beiden Magneteinrichtungen 35, 38 bevorzugt derart verteilt angeordnet, dass zwischen ihnen ein Abschnitt der Wandung 4 verläuft, an dem die Abwälzfläche 18 ausgebildet ist.
Das Mischwerkzeug 7 wird nicht nur durch seine Gewichtskraft, sondern auch durch die Magnetkraft des ausgebildeten Magnetkreises 42 an die Abwälzfläche 18 angedrückt, was den Reibschluss erhöht und somit die Realisierung der rotatorischen Bewegung 14 begünstigt.
Zweckmäßigerweise sind das Mischbehältnis 2 und die Antriebseinrichtung 8 zu einer selbsttragenden Baugruppe zusammengefasst. Das Mischbehältnis 2 ist zweckmäßigerweise mittels einer geeignet gestalteten Befestigungsstruktur 55 an dem Antriebsgehäuse 28 befestigt. Die Antriebseinrichtung 8 erstreckt sich zweckmäßigerweise parallel zur Längsachse 16 der Mischkammer 3 unterhalb des Mischbehältnisses 2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4232935 A1 [0002]
DE 102010016014 A1 [0003]
DE 102004018247 B3 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Der etwas andere Umgang mit dem Wasser” der OLOID AG, Jurastraße 50, CH-4053 Basel, April 2005 [0004]

Claims

Mischvorrichtung, mit einer zur Aufnahme von zu mischenden Medien dienenden Mischkammer (3) und einem in der Mischkammer (3) angeordneten, berührungslos durch Magnetkopplung mittels einer abgetrennt von der Mischkammer (3) angeordneten Antriebseinrichtung (8) zu einer Mischbewegung (12) antreibbaren Mischwerkzeug (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Mischwerkzeug (7) als an einer in der Mischkammer (3) angeordneten Abwälzfläche (18) abwälzbar anliegender Wälzkörper ausgebildet ist, der sich bei der durch die Antriebseinrichtung (8) hervorgerufenen Mischbewegung (12) unter gleichzeitigem Abwälzen an der Abwälzfläche (18) entlang einer von der Antriebseinrichtung (8) vorgegebenen linearen oder nichtlinearen Mischbahn (15) fortbewegt.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Hervorrufen der berührungslosen Magnetkopplung eine Magnetkopplungseinrichtung (25) vorhanden ist.
Mischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkopplungseinrichtung (25) mindestens einen und vorzugsweise genau einen das Mischwerkzeug (7) und die Antriebseinrichtung (8) jeweils zumindest partiell durchsetzenden geschlossenen Magnetkreis (42) bildet.
Mischvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkopplungseinrichtung (25) eine als Bestandteil des Mischwerkzeuges (7) ausgebildete, werkzeugseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung (38) aufweist.
Mischvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die werkzeugseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung (38) mindestens eine insbesondere aus einem einzigen Permanentmagnet bestehende Permanentmagneteinheit (45) aufweist.
Mischvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die werkzeugseitige permanentmagentische Magneteinrichtung (38) mindestens einen Flussleitkörper (46) enthält und zweckmäßigerweise über eine Vielzahl granulatförmig ausgebildeter Flussleitkörper (46) verfügt.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die werkzeugseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung (38) im Innern des Mischwerkzeuges (7) angeordnet ist, wobei das Mischwerkzeug (7) insbesondere als Hohlkörper ausgebildet ist.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkopplungseinrichtung (25) eine als Bestandteil der Antriebseinrichtung (8) ausgebildete antriebsseitige permanentmagnetische Magneteinrichtung (35) aufweist.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (8) eine zu einer Antriebsbewegung (24) antreibbare und sich bei der Antriebsbewegung (24) entlang einer den Verlauf der Mischbahn (15) vorgebenden Antriebsbahn (24) bewegende Antriebseinheit (23) aufweist, die an der Magnetkopplung teilnimmt.
Mischvorrichtung nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsseitige permanentmagentische Magneteinrichtung (35) ein Bestandteil der Antriebseinheit (23) ist.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischwerkzeug (7) außen die Gestalt eines Oloids hat.
Mischvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem als Oloid gestalteten Mischwerkzeug (7) eine zu der Magnetkopplung beitragende Permanentmagneteinheit (45) angeordnet ist, deren Polarisierung zumindest im Wesentlichen in der Achsrichtung der Längsachse (52) des Oloids ausgerichtet ist.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (8) als Linearantriebseinrichtung ausgebildet ist, die insbesondere elektrisch und/oder durch Fluidkraft betätigbar ist.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwälzfläche (18) von einer die Mischkammer (3) begrenzenden inneren Wandfläche (5) eines Mischbehältnisses (2) gebildet ist.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein die Mischkammer (3) definierendes, beispielsweise wannen- oder rohrförmig ausgebildetes Mischbehältnis (2) aufweist, wobei die Antriebseinrichtung (8) außerhalb und insbesondere unterhalb des Mischbehältnisses (2) angeordnet ist und sich entlang des Mischbehältnisses (2) erstreckt.