DE102012210558A1

DE102012210558A1 - Planetenmischwerkzeug

Info

Publication number: DE102012210558A1
Application number: DE201210210558
Authority: DE
Inventors: Joerg-Henry Schwabe; Bernhard Kranz
Original assignee: ERNST ABBE FACHHOCHSCHULE JENA; ERNST-ABBE-FACHHOCHSCHULE JENA
Current assignee: ERNST ABBE FACHHOCHSCHULE JENA; ERNST-ABBE-FACHHOCHSCHULE JENA
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2013-12-24
Anticipated expiration: 2032-06-23
Also published as: DE102012210558B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Planetenmischwerkzeug, insbesondere für eine Tellermischvorrichtung. Das Mischwerkzeug umfasst ein Sonnenrad (2) mit einer zentrischen Symmetrieachse (R_S) und mindestens ein Planetenrad (3) mit einer Planetenrotationsachse (R_P). Mittels mindestens einem Planetenradantrieb lässt sich eine kreisförmige Relativbewegung (4) der Planetenrotationsachse (R_P) um die zentrische Symmetrieachse (R_s). erzeugen. Das Mischwerkzeug umfasst außerdem mindestens einen mit dem mindestens einen Planetenrad (3) verbundenen Mischerarm (5), an dem ein Mischelement (11) angebracht ist.
Bei einem solchen Mischwerkzeug ist der mindestens eine Mischerarm (5) mit einem Mischelementantrieb gekoppelt, wobei der Mischelementantrieb das Mischelement (11) um die Planetenrotationsachse (R_P) rotierend antreibbar ausgestaltet ist und mittels einem mit dem Mischelementantrieb gekoppelten Mischelementgetriebe die Bahngeschwindigkeit des Mischelements (11) um die Planetenrotationsachse (R_P) periodisch variierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetenmischwerkzeug, insbesondere für eine Tellermischvorrichtung. Ein solches Planetenmischwerkzeug umfasst ein Sonnenrad mit einer zentrischen Symmetrieachse und mindestens eine Planetenrad mit einer Planetenrotationsachse. Das Planetenmischwerkzeug umfasst außerdem mindestens einen Planetenradantrieb zur Erzeugung einer kreisförmigen Relativbewegung der Planetenrotationsachse um die zentrische Symmetrieachse. Ein solcher Planetenradantrieb umfasst üblicherweise ein Planetenradgetriebe, wobei das Sonnenrad und das mindestens eine Planetenrad als Zahnräder oder Reibräder ausgestaltet sind. Das mindestens eine Planetenrad kann dabei auf dem Sonnenrad abrollen. Zur Erzeugung der o.g. Relativbewegung kann entweder das Sonnenrad in Rotation versetzt werden, wobei dieses dann um seine zentrische Symmetrieachse rotiert. In einer weitaus häufiger anzutreffenden Variante wird jedoch über eine entsprechende Rührwelle das mindestens eine Planetenrad angetrieben und läuft um das feststehende Sonnenrad um, wobei es gleichzeitig auf diesem abrollt, wobei der Drehsinn des Abrollens dem der Rotation um das Sonnenrad entgegengesetzt ist.
Mit dem mindestens einem Planetenrad ist mindestens ein Mischerarm verbunden, an dem ein Mischelement angebracht ist. Der mindestens eine Mischerarm ist dabei mit dem einen Ende des Armes mit dem Planetenrad verbunden, am anderen Ende des Arms ist ein Mischelement, beispielsweise in Form einer Mischschaufel angebracht. Aufgrund der gekoppelten Kreisbewegungen beschreibt die Mischschaufel dann eine zykloidische Bahn um die zentrische Rotationsachse.
Ein solches Planetenmischwerkzeug wird zur Vermischung von Gemenge, insbesondere von Betongemenge verwendet, welches in Mischbehältern mit kreisförmigen Querschnitt eingefüllt ist.
Bei der Herstellung von Betonprodukten kommt dem Mischprozess, in dem die Hauptbestandteile, Zement, Gesteinskörner in Form von Sand oder Kies, Wasser und weitere Zuschläge oder Zusatzstoffe miteinander vermischt werden, eine besondere Bedeutung zu. Vor dem Mischen liegen die Ausgangsstoffe getrennt und oft in unterschiedlichen Aggregatzuständen vor, auch die Zusammensetzung variiert in der Regel. Im Mischprozess werden nun diese Ausgangsstoffe vermisch, auch chemisch vereinigt, wobei das Ziel immer eine gleichmäßig, homogene Verteilung aller Bestandteile der Ausgangsstoffe in der Gesamtmischung, der sogenannten Grundgesamtheit, ist. Der Grad der Homogenisierung wird Mischgüte genannt. Voraussetzung für die Erzielung einer hohen Produktqualität bei hoher Effizienz ist daher die Schaffung einer möglichst hohen Mischgüte in der Grundgesamtheit innerhalb möglichst kurzer Zeit.
Zur Herstellung von Beton und Mörtel mit hydraulischen Bindemitteln werden überwiegend mechanische Mischer verwendet, häufig diskontinuierlich arbeitende Mischer, die je nach Bauform in Teller-, Trog- und Trommelmischer unterteilt werden. Sie werden mit einer der Behältergröße und Bauart zugeordneten Menge Mischgut beschickt. Das Mischgut wird über einen vorgegebenen Zeitraum gemischt, anschließend wird der Mischbehälter entleert. Alle Mischgutbestandteile werden dabei gleichermaßen über einen bestimmten Zeitraum dem Mischprozess unterworfen, wobei die Mischzeit variabel an die Eigenschaften des Gemenges angepasst werden kann.
In der Betonindustrie haben sich als stationäre Mischer neben Ringtellermischern und Doppelwellenmischern insbesondere Planetenmischer etabliert. Bei Planetenmischern laufen die Mischelemente in Kombination von einer Zentrumsdrehung um die zentrische Rotationsache und einer Planetendrehung um die Planetenrotationsachse um. Die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Teildrehungen, die die Zykloide, genauer die epizykloide Bahn der Mischelemente definieren, sind dabei konstant, so dass auch die Bahngeschwindigkeit der Mischelemente konstant ist. Unter der Bahngeschwindigkeit wird dabei hier und im folgenden die Geschwindigkeit des Mischelements auf dessen Bahn um die Planetenrotationsachse verstanden. Unter der Tangentialgeschwindigkeit andererseits wird im folgenden die Geschwindigkeit des Mischelements gegenüber dem Mischbehälter bzw. gegenüber der zentrischen Rotationsachse verstanden.
Aufgrund der feststehenden und nicht beweglichen Mischarme bei üblichen Planetenmischwerkzeugen kommt es in der äußeren Zone des Mischbehälters, an dessen Rand, zu hohen tangentialen Mischarmgeschwindigkeiten gegenüber der zentrischen Rotationsachse, wohingegen die tangentiale Mischarmgeschwindigkeit im zentralen Bereich des Mischbehälters in der Nähe der zentrischen Rotationsachse gering ist. Die Tangentialgeschwindigkeit des Mischelements ist also im Bereich des Behälterrandes größer als im Zentrum des Mischbehälters. Die Variation der Tangentialgeschwindigkeit auf der Zykloide, die in Behälterrandnähe ihr Maximum erreicht und in der Nähe der zentrischen Rotationsachse ihr Minimum, verhindert oder verzögert eine gleichmäßige Verteilung der zu mischenden Partikel und begünstigt somit auch die Entmischung dieser Partikel.
Um die Vermischung zu verbessern, werden im Stand der Technik verschiedene Lösungen vorgeschlagen. In der WO 90/00930 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchmischung von Materialien beschrieben, bei der drei mit Schaufeln versehene Rührvorrichtungen, jeweils mit individuell eingestellten Winkelgeschwindigkeiten rotieren und dabei ebenfalls auf einer Kreisbahn um eine zentrische Achse geführt werden, so dass die Schaufeln jeweils die Bahn einer verlängerten Epizykloide beschreiben. Zwar bewegen sich die Schaufeln auf diese Weise asymmetrisch und es kann ein größeres Geschwindigkeitsspektrum abgedeckt werden, was die Nachteile zum Teil ausgleicht, jedoch können die Rührvorrichtungen aufgrund ihrer unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten nicht ineinander eingreifend ausgebildet werden, was für die Vermischung nachteilig ist.
In der WO2009/144519 A1 wird ein selbstregulierender Planetenmischer beschrieben, welcher zwei Freiheitsgrade aufweist. Um ein Sonnenrad sind zwei Planetenräder mit unterschiedlichem Durchmesser angeordnet. Beide Planetenräder sind über eine Welle miteinander verbunden. Aufgrund der unterschiedlich großen Planetenräder sind die Mischblätter der Vorrichtung asymmetrisch angeordnet.
In der DE 199 13 658 A1 wird ein Getriebe zum Antreiben mehrerer Mischwerkzeuge in einem Mischtrog beschrieben. Das Getriebe beinhaltet zwei Antriebswellen für die Aufnahme von Mischwerkzeugen. Die Antriebswellen sind so gekoppelt, dass die Drehzahl der zweiten Antriebeswelle um einen vorgegebenen Faktor größer als die Drehzahl der ersten Antriebswelle ist.
In der EP 2 119 496 B1 wird ein Mischwerkzeug für Tellermischvorrichtungen beschrieben, bei dem an einem der Planetenräder ein Mischarm mit zwei Mischwendeln eingesetzt ist, welche ihrerseits nicht um den Planeten umlaufen, jedoch mechanisch in jeweils andere Positionen relativ zur zentrischen Rotationsachse versetzt werden können, wozu der Behälter entleert und die Vorrichtung im Ruhezustand sein muss. Durch die Wendeln wird die Vermischung gegenüber den üblichen Mischern durch die zusätzliche vertikale Bewegungsrichtung intensiviert. Die Durchmischungszeit wird auf diese Weise verkürzt.
In der DE 37 01 802 C2 werden verschiedene Vorrichtungen zum Mischen von heterogenen Gemengen beschrieben, bei denen für eine effektive Durchmischung des Gemenges gesorgt wird, indem Rührer vorgesehen sind, die mit verschiedenen Geschwindigkeiten zueinander rotieren, zum Teil auch gegenläufig. In 1 der DE 37 01 802 C2 ist dabei eine Vorrichtung gezeigt, bei der sich zwei Umlaufräder mit einem zentralen, unbeweglichen Zahnrad in Eingriff stehen und über einen Mechanismus aus Kurbeln, Pleuelstangen und Mitnehmern, wobei die Kurbeln exzentrisch auf den Umlaufrädern angeordnet sind, die Bewegung einer Antriebswelle auf die Umlaufräder übertragen wird. Durch die exzentrische Anordnung der Kurbeln auf den Umlaufrädern werden die Rotationen der Umlaufräder um ihre Achsen zeitlich variabel. Diese Variabilität wird auf Wellen, an denen Rührer befestigt sind, übertragen. Die in der DE 37 01 802 C1 beschriebene Vorrichtung benötigt somit Umlaufräder, deren Rotation um ihre Achsen zeitlich variabel ist, so dass ihr Einsatz mit herkömmlichen Planetengetrieben bzw. Planetenmischern nicht möglich ist.
In der DE 10 2008 033 644 A1 wird eine Mischvorrichtung für Beton beschrieben, die eine Getriebeanordnung aufweist, die eine unabhängige Einstellung der Winkelgeschwindigkeit für die Rotationsbewegung des Planetenrades um sich selbst und für die Rotation der Planetenrotationsachse um die zentrische Symmetrieachse ermöglicht. Die beiden Rotationsbewegungen werden so entkoppelt. Umlaufrichtung und Umlaufgeschwindigkeit können daher für beide Komponenten unabhängig voneinander eingestellt werden. Zwei Mischwerkzeuge, die jeweils über einen eigenen Antriebsmotor verfügen, sind mit einer Getriebeanordnung über eine kreisringförmige Antriebskonsole, einen drehbar gelagerten Umlaufring und ein drehbar gelagertes Hohlrad verbunden. Der erste Antriebsmotor ist in der Lage eine Rotationsbewegung auf den Umlaufring einzuleiten. Der zweite Antriebsmotor ist in der Lage, das Hohlrad relativ zur Antriebskonsole in eine Rotationsbewegung zu versetzen. Am Umlaufring sind zwei Abtriebswellen drehbar gelagert, die über Abtriebsritzel in das Hohlrad eingreifen. Bewegen sich Hohlrad und Umlaufring relativ zueinander mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, so kann eine Rotationsbewegung der Abtriebswellen um entsprechende Rotationsachsen hervorgerufen werden. Am unteren Ende der Abtriebswellen sind Mischelemente befestigt. Es werden drei verschiedene Betriebsarten beschrieben, die auf unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten des Umlaufrings einerseits und des Hohlrades andererseits basieren, wobei die jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten bzw. die Bahngeschwindigkeiten der Mischelemente konstant bleiben.
In der DE 10 2008 060 588 A1 wird ein Mischer beschrieben, der zwei Mischwerkzeuge umfasst, die um die jeweiligen Drehachsen angeordnet sind. Beide Mischwerkzeuge ragen von oben in einen Mischbehälter mit Mischgut hinein. Der Mischer verfügt über zwei Antriebsmotoren und zwei Getriebe. Das ersten Mischwerkzeug wird in üblicher Weise über den ersten Antriebsmotor angetrieben, welcher auch, beispielsweise über ein Planetengetriebe, einen Mischwerksrotor antreibt, an dem beide Mischwerkzeuge befestigt sind und den Rotor um eine zentrische Rotationsachse dreht. Das zweite Mischwerkzeug wird durch den zweiten Antriebsmotor über ein auf dem Mischwerksrotor angeordnetes zweites Getriebe angetrieben, so dass beide Mischwerkzeuge mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden können.
Mittels der vorangehend beschriebenen Vorrichtungen lassen sich zwar die Bahngeschwindigkeiten der einzelnen Mischelemente unabhängig voneinander einstellen, diese bleibt dann jedoch jeweils konstant, so dass sich das Problem der unterschiedlichen Tangentialgeschwindigkeiten im Randbereich und im zentralen Bereich auf diese Weise nicht zielgerichtet lösen lässt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Planetenmischwerkzeug der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Mischung von Gemengen effizienter ablaufen kann, insbesondere eine bessere Durchmischung in kürzerer Zeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird für ein Planetenmischwerkzeug der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass der mindestens eine Mischerarm mit einem Mischelementantrieb gekoppelt ist, der Mischelementantrieb an dem Mischerarm angebrachte Mischelement um die Planetenrotationsachse rotierend antreibbar ausgestaltet ist und mittels eines mit dem Mischelementantrieb gekoppelten Mischelementgetriebes die Bahngeschwindigkeit des Mischelements periodisch variierbar ist.
Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, das System aus Mischelementantrieb, Mischelementgetriebe und die Kopplung zwischen Mischerarm und Mischelementantrieb zu gestalten, um die Bahngeschwindigkeit v ⇀ = ω ⇀ × r ⇀, (1) d.h. die Bahngeschwindigkeit als Kreuzprodukt zwischen Winkelgeschwindigkeit und Bahnradius periodisch variierend auszugestalten. Dabei ist stets die Bahngeschwindigkeit des Mischelements um die Planetenrotationsachse gemeint. Mischelementantrieb, Mischelementgetriebe und die Kopplung zwischen Mischarm und Mischelementantrieb müssen dabei so gestaltet sein, dass entweder die Winkelgeschwindigkeit des Mischelements oder aber der Abstand des Mischelements beim Umlauf um die Planetenrotationsachse periodisch variiert werden.
In einer ersten Ausgestaltung ist der mindestens eine Mischerarm über das Mischelementgetriebe mit der Planetenrotationsachse des mindestens einen Planetenrades als Drehachse um diese rotierbar verbunden, mittels des Mischelementgetriebes ist die Winkelgeschwindigkeit des Mischelements periodisch variierbar. Der Mischelementantrieb und der Planetenradantrieb sind in diesem Fall unabhängig voneinander, da sich sonst verschiedene Winkelgeschwindigkeiten nicht realisieren lassen. Der Mischelementantrieb ist in diesem Fall nur für die Erzeugung einer rotatorischen Bewegung des Mischelements bzw. des Mischerarms mit dem Mischelement um die Planetenrotationsachse zuständig. Der Abstand des mindestens einen Mischelements zur Planetenrotationsachse bleibt in diesem Fall konstant. Bevorzugt ist das Mischelementgetriebe in diesem Fall als Doppelkurbelgetriebe ausgestaltet. Dabei wird auf das übliche Planetengetriebe verzichtet, es kommen nur Getriebeglieder in Form von Stangen zum Einsatz, die durch ein Viergelenk miteinander verbunden sind. Planetenrad und Sonnenrad können bei dieser Ausgestaltung auch auf ihre Rotationsachsen beschränkt sein, d.h. grundsätzlich punktförmig ausgestaltet sein.
Eine der Stangen fungiert als Antriebslenker, welcher über eine Koppel mit einem Abtriebslenker verbunden ist. Entweder an der Verbindung zwischen Koppel und Abtriebslenker, oder aber am anderen Ende des Abtriebslenkers setzt der Mischarm an, der mit dem Abtriebslenker einen festen Winkel einschließt. Durch eine Längenanpassung der Getriebeglieder lässt sich der Geschwindigkeitsverlauf am Mischelement einstellen. Der Antriebslenker rotiert mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um die Antriebsachse, die nicht mit der Planetenrotationsachse übereinstimmt. Aufgrund der verschiedenen Längen der Getriebeglieder und der Verkopplung variiert die Winkelgeschwindigkeit des Abtriebs periodisch um die des Antriebs. Der Mischelementantrieb muss dabei also so eingestellt werden, dass die Winkelgeschwindigkeit des Mischelements am zentrumsnächsten Punkt am höchsten ist und im Bereich des Behälterrandes, also am weitesten entfernt von der zentrischen Rotationsachse, am niedrigsten ist. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Tangentialgeschwindigkeiten des Mischelements in diesen Bereichen je nach Auslenkung des Doppelkurbelgetriebes fast vollständig ausgeglichen werden.
In einer anderen Ausgestaltung des Doppelkurbelgetriebes ist diese über ein zusätzliches Getriebes starr mit dem Sonnenrad verbunden. Auf dieses Weise findet eine Kopplung mit dem vom Mischelementantrieb unabhängigen Planetenradantrieb statt, welcher die Planetenrotationsachse um die zentrische Symmetrieachse rotieren lässt. Um die gleichen Bedingungen, wie sie auch beim Planetengetriebe vorzufinden sind, herzustellen sollte die Winkelgeschwindigkeit des zusätzlichen, starren Getriebegliedes um die zentrische Rotationsachse kleiner als die Winkelgeschwindigkeit des Antriebes bzw. der Antriebsstange des Mischelementantriebs sein, das Verhältnis sollte etwa 1:3 betragen.
Um mehrere Mischelemente gleichzeitig betreiben zu können, kann das zusätzliche Getriebeglied auch durch eine Scheibe ersetzt werden.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Mischelement über den mindestens einen Mischarm mit dem mindestens einen Planetenrad gegenüber diesem in seinem Abstand zur Planetenrotationsachse veränderbar verbunden, wobei mittels des Mischelementgetriebes der Abstand zur Planetenrotationsachse periodisch variierbar ist. In diesem Fall lässt sich auch ein übliches Planetengetriebe aus Zahn- oder Reibrädern verwenden, welches zum einen das Planetenrad antreibt, so dass die Planetenrotationsachse um das Sonnenrad rotiert, und zum anderen auch das Mischelementgetriebe antreibt. Planetenradantrieb und Mischelementantrieb weisen in diesem Fall also gemeinsame Elemente auf. Selbstverständlich können sie auch unabhängig voneinander ausgestaltet sein. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Bahngeschwindigkeit des Mischelements variiert, indem der Abstand des Mischelements zur Planetenrotationsachse verändert wird. Der Abstand sollte dann am größten sein, wenn der Mischarm in Richtung der zentrischen Rotationsachse weist, und er sollte am kürzesten sein, wenn der Mischarm in die entgegengesetzte Richtung, also radial nach außen weist.
Für die Rotation des mindestens einen Planetenrades um das Sonnenrad – üblicherweise verfügt ein Mischer über mindestens zwei Planetenräder, an denen jeweils zwei Mischarme angebracht sind – kann ein übliches Planetengetriebe verwendet werden, bei dem das Planetenrad und das Sonnenrad als Zahnräder ausgestaltet sind und ineinander eingreifen, oder als Reibräder ausgestaltet sind.
In einer ersten Ausgestaltung eines solchen Planetenmischwerkzeugs ist das Mischelementgetriebe als Schubkurbelgetriebe ausgestaltet. Dabei dreht sich ein Planetenrad, beispielsweise angetrieben durch einen Steg, um ein feststehendes Sonnenrad. Das Ende des Steges übernimmt dabei die Funktion einer antreibenden Kurbel. Ein Planetenradaufsatz, auf dem sich Lagerungen für die Mischarme befinden, ist fest auf oder unter dem Planetenrad montiert. Der Mischelementantrieb wird durch eine Drehgelenkverbindung am Ende des Steges umgesetzt. Der Mischerarm-Drehpunkt ist also exzentrisch gelagert und ist vom Planetenrad über eine Welle entkoppelt, so dass er immer den gleichen Abstand zur zentrischen Rotationsachse hat.
Über an dem exzentrischen Drehpunkt ansetzende Schubstangen wird der Abstand der Mischelemente variiert, indem die Länge der Mischarme bei der Rotation des Planetenrades um die Planetenrotationsachse variiert wird. Der größtmögliche Mischerarmabstand kommt zustande, wenn das Mischelement zum Mittelpunkt des Sonnenrades mit der zentrischen Rotationsachse zeigt, der kleinste Abstand tritt auf, wenn der Mischerarm vom Sonnenradmittelpunkt radial weg nach außen zeigt.
In einer anderen Ausgestaltung ist das Mischelement über dem mindestens einem Mischarm mit dem mindestens einem Planetenrad gegenüber diesem um einen Schwenkwinkel in einer Ebene senkrecht zur Planetenrotationsachse schwenkbar verbunden, mittels des Mischelementgetriebes ist der Schwenkwinkel periodisch variierbar. Diese Ausgestaltung kann insbesondere auch mit der vorangehend beschriebenen Ausgestaltung, bei der der Abstand des Mischelements zur Planetenrotationsachse variierbar ist, kombiniert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Variante ist das Mischelementgetriebe als oszillierendes Kurbelschleifengetriebe ausgestaltet. Ähnlich wie beim vorangehend beschriebenen Schubkurbelgetriebe wird ein Steg für den Mischelementantrieb genutzt, wobei der Dreh- und Führungspunkt des Mischarmes jedoch nicht in einer Welle vom Planetenrad entkoppelt ist, sondern fest mit einem entsprechenden Aufsatz auf dem Planetenrad verbunden ist. Durch die eine ortsfeste Führung am Aufsatz des Planetenrades können die Mischarme bei einer konstanten Planetendrehung eine periodische Schwenk- und Translationsbewegung vollführen. Dabei kann es sich bei der Führung um eine drehbar gelagerte Mischarmführung handeln, aber auch um eine radial ausgerichtete Gleitführung. Über ein in der Führung drehbar gelagertes Gleitstück, welches fest mit dem mindestens einem Mischarm verbunden ist, lässt sich die Bewegung Mischerarm bei letztgenannter Ausführung in den Umkehrpunkten vorteilhaft schonend an den Richtungswechsel anpassen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Mischelementgetriebe als Kurvenscheibengetriebe ausgestaltet, mit mindestens einer fest mit dem mindestens einem Planetenrad verbundenen Kurvenscheibe, in die eine Nut eingearbeitet ist, die von der Kreisform abweicht. Bevorzugt ist die Nut elliptisch ausgeführt. In ihr wird der mindestens eine Mischerarm translatorisch oder schwenkbar oszillierend geführt. Durch die Form der Nut, welche die Spurkurve vorgibt, kann die Bahngeschwindigkeit beeinflusst werden.
In einer anderen Ausgestaltung ist das Mischelementgetriebe als elliptisches Verzahnungsgetriebe ausgestaltet, wobei ein erstes elliptisches Zahnrad über eine Welle mit dem Planetenrad verbunden ist und mittig auf der Planetenrotationsachse angeordnet ist. Ein zweites elliptisches Zahnrad ist exzentrisch am Planetenrad um einen Drehpunkt drehbar angeordnet, es ist mit dem ersten elliptischen Zahnrad abrollbar verzahnt. Der mindestens eine Mischarm ist dann mit beiden elliptischen Zahnrädern jeweils exzentrisch drehbar gelagert verbunden. Auch hier erfolgt eine Geschwindigkeitsvariation durch die elliptische Form der beiden Zahnräder. Denkbar ist hier auch die Erweiterung durch ein drittes Zahnrad, welches frei um das mittige Zahnrad angeordnet werden kann. Auf diese Weise können die Mischelemente, sofern mehrere vorhanden sind, unabhängig voneinander bewegt werden.
Wenn die Bahngeschwindigkeit eines an einem Planetenrad eine Planetenmischwerkzeugs angebrachten Mischelements mittels eines Mischelementsgetriebes periodisch verändert wird, lassen sich die Unterschiede in der Tangentialgeschwindigkeit des Mischelements, bezogen auf die zentrische Rotationsachse, zwischen dem Rand des Mischbehälters und der zentrischen Rotationsachse durch eine Variation der Bahngeschwindigkeit des Mischelements verringern. Besonders gut geeignet ist dabei ein Planetenmischwerkzeug, wie es vorangehend beschrieben wurde. Die Durchmischung wird auf diese Weise effizienter, d.h. die erforderliche Qualitätsstufe wird in kürzerer Zeit erreicht, Entmischungseffekte können besser unterdrückt werden.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 den grundsätzlichen Aufbau eines Mischsystems,
2 eine erste Ausgestaltung eines Mischelementgetriebes als Doppelkurbelgetriebe,
3 eine zweite Ausgestaltung als erweitertes Doppelkurbelgetriebe,
4 eine dritte Ausgestaltung als Doppelkurbelgetriebe mit Scheibe,
5 eine vierte Ausgestaltung mit einem als Schubkurbelgetriebe ausgestalteten Mischelementgetriebe,
6 eine fünfte Ausgestaltung eines Mischelementgetriebes als oszillierendes Kurbelschleifengetriebe,
7 eine alternative Ausgestaltung als Kurbelschleifengetriebe,
8 eine Querschnittsdarstellung eines solchen Kurbelschleifengetriebes,
9 die Ansicht eines Planetenmischwerkzeugs mit einem als Kurbelschleifengetriebe ausgestalteten Mischelementgetriebe,
10 eine Ausgestaltung des Mischelementgetriebes als Kurvenscheibengetriebe,
11 eine translatorisch oszillierende Variante dieses Getriebes,
12 eine rotatorisch oszillierende Variante des Getriebes aus 11 und
13 ein auf elliptischer Verzahnung basierendes Mischelementgetriebe.
In 1 ist zunächst der grundsätzliche Aufbau einer Mischvorrichtung anhand des Beispiels einer Tellermischvorrichtung mit einem Planetenmischwerkzeug gezeigt. Dargestellt ist eine Draufsicht auf die Mischvorrichtung, bei der das Mischwerkzeug von oben in einen Mischbehälter 1 eingesetzt ist. Das Planetenmischwerkzeug umfasst ein Sonnenrad 2 mit einer hier nicht gezeigten zentrischen Symmetrieachse. Das Sonnenrad ist im allgemeinen feststehend ausgebildet, beispielsweise als Hohlrad, welches meist als Zahnrad oder als Reibrad ausgestaltet ist. Das Planetenmischwerkzeug umfasst außerdem mindestens ein Planetenrad 3 mit einer hier ebenfalls nicht gezeigten Planetenrotationsachse. Üblicherweise umfasst ein Planetenmischwerkzeug für eine effiziente Durchmischung mehrere Planetenräder 3, beispielsweise zwei oder drei, wobei die Anzahl durch die Abmessungen des Mischbehälters und des Sonnenrades 2 beschränkt sind. Das Planetenmischwerkzeug umfasst außerdem mindestens einen Planetenradantrieb zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Sonnenrad 2 und dem Planetenrad 3 derart, dass die Planetenrotationsachse eine kreisförmige Bewegung 4 um die zentrische Symmetrieachse beschreibt. Das Planetenmischwerkzeug umfasst außerdem mindestens einen mit dem mindestens einen Planetenrad 3 verbundenen Mischerarm 5, an dem ein hier nicht gezeigtes Mischelement angebracht ist. In der Regel führen die Mischerarme 5 zunächst in horizontaler Richtung vom Planetenrad 3 weg, um dann nach unten in den Mischbehälter 1 abzuknicken, wo an ihrem unteren Ende ein Mischelement, beispielsweise ein Mischschaufel befestigt ist.
Der mindestens eine Mischerarm 5 ist mit einem Mischelementantrieb gekoppelt, welcher das Mischelement um die Planetenrotationsachse rotierend antreibbar ausgestaltet ist. Diese kreisförmige Bewegung 6 ist ebenfalls in 1 angedeutet. Handelt es sich bei dem Planetenradantrieb um ein echtes Planetengetriebe, so ist das Planetenrad 3 ebenfalls als Zahn- oder Reibrad ausgebildet und rollt auf dem Sonnenrad 2 ab. Die am Planetenrad 3 befestigten Mischerarme 5 folgen dann dieser kreisförmigen Bewegung 6. In diesem Fall sind Planetenradantrieb und Mischelementantrieb identisch bzw. ist der Mischelementantrieb ein Teil des Planetenradantriebes. Beide Antriebe können aber auch völlig unabhängig voneinander betrieben werden, so dass beispielsweise auch eine gleichsinnige Rotation des Planetenrades 3 mit dem Sonnenrad 2 ermöglicht wird, wobei es dann nicht auf dem Sonnenrad 2 abrollt. Auch eine Ausgestaltung des Mischelementantriebs derart, dass er an den Planetenradantrieb gekoppelt ist und sich mit diesem auch Komponenten teilt, ist denkbar.
Mittels eines mit dem Mischelementantrieb gekoppelten Mischelementgetriebes ist schließlich die vektorielle Bahngeschwindigkeit des Mischelements um die Planetenrotationsachse periodisch variierbar. Eine Möglichkeit, dies zu realisieren besteht darin, dass das Mischelement über den mindestens einen Mischerarm 5 mit dem mindestens einen Planetenrad 3 gegenüber diesem in seinem Abstand zur Planetenrotationsachse veränderbar verbunden ist, wobei mittels des Mischelementgetriebes der Abstand zur Planetenrotationsachse periodisch variierbar ist. Dies ist in 1 durch die Doppelpfeile symbolisiert, die parallel zu den Mischarmen 5 gerichtet sind. Hierbei lässt sich der Planetenradantrieb mit einem zusätzlichen Mischelementgetriebe, welches an den Mischelementantrieb gekoppelt ist, realisieren. In gleicher Weise lässt sich bei vorhandenem Antrieb mit Planetengetriebe realisieren, dass das Mischelement über den mindestens einen Mischerarm 5 mit dem mindestens einen Planetenrad 3 gegenüber diesem über einen Schwenkwinkel in einer Ebene senkrecht zur Planetenrotationsachse schwenkbar verbunden ist, wobei mittels des Mischelementgetriebes der Schwenkwinkel periodisch variierbar ist. Dies ist in 1 durch die Doppelpfeile außerhalb des Umfangs des Planetenrades 3 symbolisiert.
Bei einer anderen Ausführung ist der mindestens eine Mischerarm 5 über das Mischelementgetriebe mit der Planetenrotationsachse des mindestens einen Planetenrades 3 um die Planetenrotationsachse rotierbar verbunden, wobei mittels des Mischelementgetriebes die Winkelgeschwindigkeit des Mischelements periodisch variierbar ist. Eine starre Kopplung der Mischerarme 5 an das Planetenrad, sofern letzteres überhaupt verwendet wird, ist also nicht möglich. Der Planetenradantrieb wird in diesem Fall nur dazu benutzt, die Planetenrotationsachse um das Sonnenrad 2 bzw. die zentrische Symmetrieachse umlaufen zu lassen. Der Mischelementantrieb ist grundsätzlich unabhängig vom Planetenradantrieb, kann aber, beispielsweise über das Sonnenrad 2 und die zentrische Symmetrieachse, an den Planetenantrieb gekoppelt sein.
Eine mögliche Ausgestaltung eines solchen Mischelementgetriebes, welches sich für eine Verwendung in der zuletzt genannten Ausführung eignet, ist das in 2 gezeigte Doppelkurbelgetriebe. Dieses umfasst Getriebeglieder in Form von Stangen, die durch ein Viergelenk miteinander verbunden sind. Es handelt sich um einen Antriebslenker 7, eine Koppel 8, eine weitere Koppel 9 und einen Abtriebslenker 10. Alle vier Stangen sind über ein Viergelenk miteinander verbunden. Der Antrieb erfolgt durch das Getriebeglied 7, welches sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω₂ um eine eigene Rotationsachse dreht. Der Winkel zwischen Abtriebslenker 10 und Mischarm 5, an dessen Ende ein Mischelement 11 symbolisiert ist, bleibt bei der Drehung konstant. Auch die Koppel 9 bewegt sich nicht, sie kann beispielsweise an einem Aufsatz für das Planetenrad 3 befestigt sein, wobei der Aufsatz mit dem Planetenrad 3 über eine Welle so verbunden ist, dass sich das Planetenrad unabhängig vom Aufsatz drehen kann. Durch eine Längenanpassung der Getriebeglieder lässt sich der gewünschte Geschwindigkeitsverlauf für das Mischelement 11 einstellen. Die Winkelgeschwindigkeit des Abtriebes schwankt dabei periodisch um die Winkelgeschwindigkeit des Antriebes. Bei entsprechender konstruktiver Auslegung lässt sich das Mischelementgetriebe dann so einstellen, dass die Winkelgeschwindigkeit des Mischelements 11 im Bereich nahe der Behälterwand gegenüber der Winkelgeschwindigkeit ω₂ reduziert wird und in der Nähe der zentrischen Rotationsachse erhöht wird. Die Rotation des Planetenrades 3 um das Sonnenrad 2 erfolgt unabhängig durch den Planetenradantrieb.
Eine Erweiterung mit einer starren Kopplung des Mischelementantriebs an den Planetenradantrieb ist in 3 dargestellt. Über ein zusätzliches Getriebeglied 12 ist das Mischelementgetriebe mit den Planetenradantrieb gekoppelt. Das Getriebeglied 12 schließt mit der Koppel 9 einen festen Winkel β ein. Es wird durch den Planetenradantrieb um die zentrische Symmetrieachse R_S, die der zentrischen Symmetrieachse des Sonnenrades 2 entspricht, mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit ω₁ rotierend angetrieben. Die Planetenrotationsachse R_P wird dabei auf einer Kreisbahn um diese zentrische Symmetrieachse R_S geführt. Der Mischelementantriebantrieb ist unabhängig vom Planetenradantrieb, der Antrieb des Antriebslenkers 7 erfolgt durch einen anderen Motor. Planetenrad und Sonnenrad haben in diesem Fall nicht mehr die Funktion wie in einem Planetengetriebe, sie dienen nur als Träger für die verschiedenen Antriebs- und Getriebeelemente, hierzu lassen sich beispielsweise entsprechende Aufsätze verwenden, wie sie oben schon erwähnt wurden. Die Räder müssen auch nicht radförmig ausgestaltet sein, sondern lassen sich hier vollständig auf Ihre Funktion als Träger der zentrischen Symmetrieachse R_S und der Planetenrotationsachse R_P reduzieren. Bei einer radförmigen Ausgestaltung und einer Ausgestaltung des Getriebes nach den 2 und 3 lässt sich die Koppel 9 auch direkt fest auf dem Planetenrad 3 anordnen, wenn dafür gesorgt wird, dass das Planetenrad 3 bei einem Umlauf um das Sonnenrad 2 sich auch genau einmal um sich selbst dreht.
Mit dem Planetenradantrieb wird die Grunddrehung um den Behältermittelpunkt, gekennzeichnet durch die zentrische Symmetrieachse R_S, gewährleistet, der zweite Antrieb ist für die rotatorische Bewegung des Mischelements verantwortlich. Ist die Winkelgeschwindigkeit ω₁ kleiner als die Winkelgeschwindigkeit ω₂ so ergibt sich eine Untersetzung, wie sie auch bei einem Planetengetriebe vorzufinden ist. Das Verhältnis sollte dazu idealerweise ω₁:ω₂= 1:3 betragen.
In 4 ist eine Ausführung des Doppelkurbelbetriebes gezeigt, bei der die starr verbundenen Getriebeglieder 9 und 12 aus 3 durch eine Scheibe 13 ersetzt sind. Auf diese Weise kann auf zwei Getriebeglieder verzichtet werden, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das Mischwerkzeug mehrere Mischelemente aufweisen soll.
Während die vorangehend beschriebenen Mischelementgetriebe nicht darauf angewiesen sind, Planetengetriebe als Planetenradantrieb zu verwenden, so lässt sich das herkömmliche Planetengetriebe als Planetenradantrieb bei den im folgenden beschriebenen Vorrichtungen verwenden, das Mischelementgetriebe bzw. der Mischelementantrieb sind Komponenten, die modular hinzugefügt werden können und auf dem Sonnenrad 2 bzw. dem Planetenrad 3 angeordnet und befestigt werden können, beispielsweise wieder mit Hilfe entsprechender Aufsätze. Sie basieren darauf, dass der radiale Abstand des Mischelements 11 zur Planetenrotationsachse R_P veränderbar ist, und/oder darauf, dass der Mischerarm 5 mit dem Mischelement 11 um einen Schwenkwinkel in einer Ebene senkrecht zur Planetenrotationsachse R_P schwenkbar ist.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in 5 gezeigt, hier ist das Mischelementgetriebe als Schubkurbelgetriebe ausgestaltet. Das Planetenrad 3 dreht sich hierbei um das feststehende Sonnenrad 2. Der Planetenradantrieb wird durch einen Steg 14 symbolisiert, der um die zentrische Symmetrieachse R_S mit der Winkelgeschwindigkeit ω₁ rotiert und dabei das Planetenrad 3 um das Sonnenrad 2 führt, wobei die Planetenrotationsachse R_P eine Kreisbahn um die zentrische Symmetrieachse R_S beschreibt. Das Ende des Steges 14 übernimmt dabei die Funktion einer antreibenden Kurbel 15, ist also Teil des Mischelementantriebs. Der Antrieb der Mischerarme 5 wird durch eine Drehgelenkverbindung 16 etwa am Ende des Steges 14 umgesetzt, die Länge der Kurbel 15 entspricht dem Abstand zwischen dem Drehgelenk 16 und der Planetenrotationsachse R_P. Der Steg 14 kann beispielsweise oberhalb der beiden Räder angeordnet sein, während die Mischorgane unterhalb angeordnet sind. Eine in der Mitte befindliche Bohrung im Planetenrad 3 ermöglicht den Zugang und die Verbindung des Steges 14 mit den Mischerarmen 5. Eine in der Bohrung gelagerte Welle erlaubt schließlich die Drehung des Planetenrades 2. An der Drehgelenkverbindung 16 setzen Schubstangen 17 an, die über eine weitere Drehgelenkverbindung 18 mit den Mischerarmen 5 verbunden sind. Die Mischerarme 5 mit den Mischelementen 11 an ihren anderen Enden sind in Führungen 19 translatorisch gelagert. Aufgrund der Entkopplung des exzentrisch gelagerten Mischerarms-Drehpunktes an der Drehgelenkverbindung 16 vom Planetenrad bleibt der axiale Abstand zwischen dem exzentrischen Drehpunkt und dem Mittelpunkt des Sonnenrades, der zentrischen Symmetrieachse R_S, stets konstant. Da sich durch die konstante Drehung des Planetenrades 3 auch die Führungen 19 der Mischerarme 5 mitdrehen und die Lage des Mischerarm-Drehpunktes an der Drehgelenkverbindung 16 unabhängig von der Drehung des Planetenrades 3 ist, kann sich der Abstand zwischen der Planetenrotationsachse R_P und den Mischelementen 11 ständig ändern. Der größtmögliche Mischerarmradius entsteht in einer Strecklage und kommt zustande, wenn das Mischelement 11 zur zentrischen Symmetrieachse R_S zeigt. Der kleinste Radius der Mischerarme 5 tritt im Fall der Decklage auf, bei der der Abstand zwischen der zentrischen Symmetrieachse R_S und dem Mischelement 11 am größten ist. Durch die Anpassung des Schubstangenverhältnisses der Schubstangen 17 in Bezug auf die Länge der Kurbel 15 kann die Auslenkungslage und das Geschwindigkeitsverhalten gesteuert werden. Aufgrund der translatorischen Lagerung der Mischerarme 5 in den Führungen 19 auf dem Planetenrad 3 entsteht am Mischelement 11 eine reine, periodische Translationsbewegung, die den Radius bzw. die Länge des Mischerarmes 5 stetig verändert. Mit der zusätzlich überlagerten Rotationsbewegung des Planetenrades 3 entsteht eine resultierende Gesamtbewegung, mit der sich die Geschwindigkeitsmaxima und -minima der Mischelemente 11 an gegebene Anforderungen anpassen lassen.
In einer anderen Ausgestaltung ist das Mischelementgetriebe als oszillierendes Kurbelschleifengetriebe ausgestaltet. Beispiele hierfür sind in den 6 bis 9 dargestellt. Der Grundaufbau ähnelt dabei der vorangehend beschriebenen Schubkurbelvariante, die Bewegungsabläufe der Mischerarme 5 verhalten sich jedoch anders. Auch hier wird ein Steg 14 als Antriebselement für die Mischerarme 5 verwendet, ist also Teil des Mischelementgetriebes bzw. des Mischelementantriebes. Ein Schubgestänge wird hier nicht verwendet, die Mischerarme 5 sind direkt über die Drehgelenkverbindung 16 mit dem Steg verbunden. Bei der in 6 gezeigten Ausgestaltung des Mischelementgetriebes sind die Mischerarme 5 in einer fest auf dem Planetenrad 3 montierten, Führung 20 drehbar gelagert. Dadurch können die Mischerarme 5 bei einer konstanten Drehung des Planetenrades 3 eine periodische Bewegung aus der Kombination einer Schwenk- und einer Translationsbewegung vollführen. Auch hier wird also der Radius, d.h. der Abstand zwischen Mischelement 11 und Planetenrotationsachse R_P, periodisch variiert, somit lässt sich die Bahngeschwindigkeit der Mischelemente 11 beeinflussen. Das Mischelementgetriebe lässt sich modular mit bestehenden Planetengetrieben kombinieren. Betrachtet man die Rotation des Planetenrades für sich genommen, so nimmt die Tangentialgeschwindigkeit des Mischelements 11 zu, je größer der Abstand zwischen Mischelement 11 und der Planetenrotationsachse R_P wird. Mit der zusätzlichen Bewegung des Planetenrades 3 um die zentrische Symmetrieachse R_S überlagern sich die Bewegungen und auch die Geschwindigkeiten, so dass in der äußeren Zone, der Behälterrandzone eine annähernd gleichmäßige Mischerarmgeschwindigkeit auftritt. Durch den ortsfesten Drehpunkt kommt es jedoch zu einer sprunghaften Richtungsumkehr der Mischerarme 5 im zentralen Mischzonenbereich, d.h. im Bereich der zentrischen Symmetrieachse R_S, was an dieser Stelle eine kurzzeitig stark erhöhte Geschwindigkeit zur Folge hat. Dies lässt sich mit der in 7 gezeigten Ausgestaltung eines oszillierenden Kurbelschleifengetriebes verhindern. Anstelle der fest am Planetenrad 3 angeordneten Führung 20, in der die Mischerarme 5 nur drehbar gelagert sind, wird hier eine radial ausgerichtete Gleitführung 21 verwendet. In dieser Gleitführung 21 ist nun als drehbare Lagerung ein drehbares Gleitstück 22 angeordnet, welches fest mit den Mischerarmen 5 verbunden ist. Zusätzlich zu der Drehung, die sich als Schwenken bemerkbar macht, lässt sich der Mischerarm 5 hier also noch translatorisch verschieben. Überlagert sich die Bewegung der Mischerarme 5, die beispielsweise auf einem entsprechenden Aufsatz, der mit dem Planetenrad 3 fest verbunden ist, montiert sein können, mit der Bewegung des Planetenrades 3 um das Sonnenrad 2, so entsteht an den Mischelementen 11 ein Verlauf in der Tangentialgeschwindigkeit, der deutlich geringere Schwankungen gegenüber einem üblichen Planetenmischer aufweist. Durch das Gleitstück 22 in der Gleitführung 21 lässt sich der Mischerarm 5 in den Umkehrpunkten besser an den Richtungswechsel anpassen, auf diese Weise lassen sich die hohen Geschwindigkeitsspitzen in der Umkehrlage vermeiden.
In 8 ist eine mögliche Ausgestaltung der in 6 gezeigten Getriebevariante im Querschnitt und in 9 in einer Ansicht von unten, d.h. aus dem Mischbehälter 1 heraus, gezeigt. Der Planetenradantrieb umfasst einen Antriebssteg 23, der koaxial zur zentrischen Symmetrieachse R_S angeordnet ist. An dem Antriebssteg 23 ist eine Rührwelle 24 angeordnet, an der beispielsweise durch eine Vierkantverbindung eine Exzenter 25 fest angeordnet ist. Im gezeigten Beispiel in den 8 und 9 ist der Exzenter 25 in eine Tasche eines Planetenradaufsatzes 26 eingebettet, wobei der Planetenradaufsatz 26 fest mit dem Planetenrad 3 verbunden ist. Der Planetenradaufsatz hat hier einen größeren Durchmesser als das Planetenrad 3 und dient der Aufnahme des Mischelementgetriebes, d.h. der Komponenten des Mischantriebes, und lässt sich auch mit allen anderen Getriebevarianten in ähnlicher Weise verwenden. Am Planetenradaufsatz 26 angebrachte Führungsbolzen 27 greifen in entsprechende Führungsnuten 28 der Mischerarme 5 ein, so dass sich die kombinierte Schwenk- und Translationsbewegung ergibt. Der mit der Rührwelle 24 fest verbundene Exzenter 25 wird in einer Tasche des Planetenradaufsatzes 26 geführt und erlaubt somit eine variierende Bahngeschwindigkeit des Mischelements 11, wobei sich sowohl die Winkelgeschwindigkeit als auch der Abstand ändert. Aufgrund der Entkopplung des Exzenters 25 vom Planetenrad 3 durch die Rührwelle 24 bleibt der Drehpunkt des Exzenters 25 – korrespondierend zu der Drehgelenkverbindung 16 in 6 bzw. 7 – bei der Umdrehung des Planetenrades 3 auf einer eigenständigen, kreisförmigen Umlaufbahn um die zentrische Symmetrieachse R_S. Gleichermaßen lassen sich auch das Schubkurbelgetriebe und die in 7 gezeigte Ausführung des oszillierenden Kurbelschleifengetriebes realisieren.
Eine weitere Ausgestaltung eines Mischelementgetriebes ist in 10 gezeigt, hier ist es als Kurvenscheibengetriebe ausgestaltet. Es umfasst eine fest mit dem Planetenrad 3 verbundene Kurvenscheibe, in die eine bevorzugt elliptische Nut eingearbeitet ist, in welcher der Mischerarm 5 translatorisch oder rotatorisch bzw. schwenkbar oszillierend geführt ist. Steg 14 und elliptische Nut 29 sind gestrichelt gezeigt, sie befinden sich unterhalb der Anordnung von Sonnenrad 2 und Planetenrad 3 auf der Seite, die dem Mischbehälter 1 zugewandt ist. Mit der gleichmäßigen Drehung der Kurvenscheibe durch die Drehung des Planetenrades 3 und der ungleichförmigen Nut 29 kann auf rein mechanischer Basis eine ungleichförmige Bewegung des Mischelements 11 erzeugt werden. Durch eine individuelle Abstimmung der Kurvenform – beispielsweise Ellipsen mit verschiedenen Parametern – kann zu jedem Zeitpunkt eine vorgegebene Verschiebung oder Winkelbewegung auf das Mischwerkzeug übertragen werden, so dass sich die Tangentialgeschwindigkeiten gezielt an den Bahnkurvenverlauf anpassen lassen, insbesondere so, dass sie zeitlich nicht variieren. Der Steg 14 ist fest mit der Kurvenscheibe im Achsmittelpunkt verbunden. So kann zu jedem Zeitpunkt eine feste Ausrichtung des Aufsatzes und damit der Nut 29 zur zentrischen Symmetrieachse R_S gewährleistet werden. Eine in der Planetenrotationsachse R_P des Planetenrades 3 gelagerte Welle erlaubt außerdem die übliche Drehung um das Sonnenrad 2.
In 11 ist ein Kurvenscheibengetriebe gezeigt, bei dem der Mischerarm 5 translatorisch geführt wird, in 12 eine Ausführung des Kurvenscheibengetriebes, in dem der Mischerarm 5 rotatorisch bzw. schwenkbar oszillierend geführt wird. Auch Kombinationen der beiden Getriebearten sind denkbar. Bei der in 11 gezeigten translatorischen Umsetzung wird der Mischerarm 5 über eine auf dem Planetenrad 3 angeordnete Führung 30 geführt. Mit einem Führungsbolzen 31 wird er in der elliptischen Nut 29 geführt. Bei einer Rotation des Planetenrades um die Planetenrotationsachse R_P dreht sich die elliptische Nut 29 bzw. die Kurvenscheibe als Aufsatz für das Planetenrad 3 nicht mit, so dass das Mischelement 11 periodisch seinen Abstand zur Planetenrotationsachse R_P ändert.
Bei der in 12 gezeigten oszillierend schwenkbaren Ausführung ist der Mischerarm 5 über einen Drehpunkt 32 mit dem Planetenrad 3 verbunden. Mittels eines weiteren Getriebegliedes 33 und einer Führung 32 lässt sich bei Drehung des Planetenrades 3 die entsprechende Schwenkbewegung erzeugen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Mischelementgetriebe schließlich als elliptisches Verzahnungsgetriebe ausgestaltet, wobei ein erstes elliptisches Zahnrad 35 mit dem Planetenrad 3 über eine Welle verbunden ist, so dass das Planetenrad 3 drehbar ist, wohingegen das erste elliptische Zahnrad 35 beim Umlauf um das Sonnenrad immer in einer festen Position gegenüber der zentrischen Symmetrieachse R_S bleibt. Dies lässt sich mittels eines entsprechenden Aufsatzes erreichen. Das erste elliptische Zahnrad 35 ist mittig auf der Planetenrotationsachse R_P angeordnet. Ein zweites elliptisches Zahnrad 36 ist exzentrisch am Planetenrad 3 um einen Drehpunkt 37 drehbar angeordnet. Es ist mit dem ersten elliptischen Zahnrad abrollbar verzahnt. Beim Abwälzen der Zahnräder entsteht eine ungleichförmige Bewegungsübertragung, die sich auf den Mischerarm und damit auf das Mischelement 11 übertragen lässt, wenn der Mischerarm mit den elliptischen Zahnrädern 35 und 36 jeweils exzentrisch über Drehgelenke verbunden ist.
Durch die vorangehend beschriebenen Mischwerkzeuge und beispielhaft genannten Varianten für Mischelementgetriebe lassen sich die Mischzeit und Entmischung durch ein zusätzliche, den Mischarmen aufgeprägte Bewegung positiv beeinflussen, indem sich Spitzen in der Bahngeschwindigkeit, nämlich Maxima im Bereich in der Nähe des Randes des Mischbehälters 1 und Minima im zentralen Bereich um die zentrische Symmetrieachse R_S unterdrücken lassen, so dass die Mischelemente 11 sich insgesamt mit einer Tangentialgeschwindigkeit bewegen, die in einem engeren Bereich variiert bzw. nahezu konstant ist. Die vorangehend beschriebenen Getriebeformen lassen sich modular mit bereits vorhandenen Planetenmischsystemen und teilweise auch Planetengetrieben kombinieren, beispielsweise mit entsprechenden Aufsätzen.
Bezugszeichenliste

1: Mischbehälter
2: Sonnenrad
3: Planetenrad
4: kreisförmige Bewegung
5: Mischerarm
6: kreisförmige Bewegung
7: Antriebslenker
8, 9: Koppel
10: Abtriebslenker
11: Mischelement
12: Getriebeglied
13: Scheibe
14: Steg
15: Kurbel
16: Drehgelenkverbindung
17: Schubstange
18: Drehgelenk
19, 20: Führung
21: Gleitführung
22: Gleitstück
23: Antriebssteg
24: Rührwelle
25: Exzenter
26: Planetenradaufsatz
27: Führungsbolzen
28: Führungsnut
29: elliptische Nut
30, 31: Führungsbolzen
32: Drehpunkt
33: Getriebeelement
34: Führung
35: erstes elliptisches Zahnrad
36: zweites elliptisches Zahnrad
37: Drehpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 90/00930 [0008]
WO 2009/144519 A1 [0009]
DE 19913658 A1 [0010]
EP 2119496 B1 [0011]
DE 3701802 C2 [0012, 0012]
DE 3701802 C1 [0012]
DE 102008033644 A1 [0013]
DE 102008060588 A1 [0014]

Claims

Planetenmischwerkzeug, umfassend – ein Sonnenrad (2) mit einer zentrischen Symmetrieachse (R_S), – mindestens ein Planetenrad (3) mit einer Planetenrotationsachse (R_P), – mindestens einen Planetenradantrieb zur Erzeugung einer kreisförmigen Relativbewegung der Planetenrotationsachse (R_P) um die zentrische Symmetrieachse (R_S), – mindestens einen mit dem mindestens einen Planetenrad (3) verbundenen Mischerarm (5), an dem ein Mischelement (11) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der mindestens eine Mischerarm (5) mit einem Mischelementantrieb gekoppelt ist, – der Mischelementantrieb das Mischelement (11) um die Planetenrotationsachse (R_P) rotierend antreibbar ausgestaltet ist und – mittels eines mit dem Mischelementantrieb gekoppelten Mischelementgetriebes die Bahngeschwindigkeit des Mischelements (11) um die Planetenrotationsachse (R_P) periodisch variierbar ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Mischerarm (5) über das Mischelementgetriebe mit der Planetenrotationsachse (R_P) des mindestens einen Planetenrades (3) als Drehachse um diese rotierbar verbunden ist und mittels des Mischelementgetriebes die Winkelgeschwindigkeit des Mischelements (11) periodisch variierbar ist, wobei der Planetenradantrieb und der Mischelementantrieb voneinander unabhängig sind.
Planetenmischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelementgetriebe als Doppelkurbelgetriebe ausgestaltet ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelkurbelgetriebe über ein zusätzliches Getriebeglied (12) mit einem an der zentrischen Symmetrieachse (R_S) ansetzenden Planetenradantrieb starr verbunden ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement (11) über den mindestens einen Mischerarm (5) mit dem mindestens einen Planetenrad (3) gegenüber diesem in seinem Abstand zur Planetenrotationsachse (R_P) veränderbar verbunden ist, und mittels des Mischelementgetriebes der Abstand zur Planetenrotationsachse (R_P) periodisch variierbar ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelementgetriebe als Schubkurbelgetriebe ausgestaltet ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement (11) über den mindestens einen Mischerarm (5) mit dem mindestens einen Planetenrad (3) gegenüber diesem um einen Schwenkwinkel in einer Ebene senkrecht zur Planetenrotationsachse (R_P) schwenkbar verbunden ist, und mittels des Mischelementgetriebes der Schwenkwinkel periodisch variierbar ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelementgetriebe als oszillierendes Kurbelschleifengetriebe ausgestaltet ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Mischerarm (5) exzentrisch mit dem Planetenrad (3) verbunden sind und über eine am Planetenrad (3) angeordnete, drehbar gelagerte Mischarmführung (20) geführt ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischarmführung in einer radial ausgerichteten Gleitführung (21) geführt ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelementgetriebe als Kurvenscheibengetriebe ausgestaltet ist, mit mindestens einer fest mit dem mindestens einen Planetenrad (3) verbundenen Kurvenscheibe, in die eine bevorzugt elliptische Nut (29) eingearbeitet ist, in welcher der mindestens eine Mischerarm (5) translatorisch oder schwenkbar oszillierend geführt ist.
Planetenmischwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelementgetriebe als elliptisches Verzahnungsgetriebe ausgestaltet ist, wobei ein erstes elliptisches Zahnrad (35) über eine Welle mit dem Planetenrad (3) gegenüber diesem drehbar verbunden und mittig auf der Planetenrotationsachse (R_P) angeordnet ist, und ein zweites elliptisches Zahnrad (36) exzentrisch am Planetenrad (3) um einen Drehpunkt (37) drehbar angeordnet und mit dem ersten elliptischen Zahnrad (35) abrollbar verzahnt ist, und wobei der mindestens eine Mischerarm (5) mit den elliptischen Zahnrädern (35, 36) jeweils exzentrisch drehbar gelagert verbunden ist.
Verfahren zur Mischung von Gemengen mit einem Planetenmischwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahngeschwindigkeit eines an einem Planetenrad (3) des Planetenmischwerkzeugs angebrachten Mischelements (11) mittels eines Mischelementgetriebes periodisch verändert wird.