DE102022205325A1

DE102022205325A1 - Vorrichtung zum Schwenken entlang einer Bahnkurve

Info

Publication number: DE102022205325A1
Application number: DE102022205325.7A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Hukelmann
Original assignee: Hs Tumbler GmbH
Current assignee: Hs Tumbler GmbH
Priority date: 2022-05-27
Filing date: 2022-05-27
Publication date: 2023-11-30
Also published as: WO2023227793A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine als Antrieb verwendbare Vorrichtung, mit dem eine Behälteraufnahme und ein daran festgelegter Behälter entlang einer Bahnkurve angetrieben und zwangsgeführt werden kann, sowie ein Verfahren zur Behandlung von Inhaltsstoffen, insbesondere Mischungen, in einem Behälter, der mittels der Vorrichtung entlang einer Bahnkurve angetrieben und zwangsgeführt ist. Die Vorrichtung weist einen an einem ersten ortsfesten Schwenklager angelenkten Schwenkarm auf, wobei das Schwenklager zur Verschwenkung entlang zweier Achsen, die senkrecht zur Längsachse des ersten Schwenkarms angeordnet sind, eingerichtet ist, eine an dem dem Schwenklager gegenüberliegenden Ende des Schwenkarms angebrachte Behälteraufnahme, einen zur Hin- und Herbewegung angetriebenen ersten Hebel, der in einem Abstand vom Schwenklager am Schwenkarm angelenkt ist und einen zur Hin- und Herbewegung angetriebenen zweiten Hebel, der in einem Abstand vom Schwenkgelenk am ersten Schwenkarm angelenkt ist, wobei der erste Hebel und der zweite Hebel zur Bewegung des ersten Schwenkarms um die zwei Achsen des ersten Schwenklagers eingerichtet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine als Antrieb verwendbare Vorrichtung, mit dem eine Behälteraufnahme und ein daran festgelegter Behälter entlang einer Bahnkurve angetrieben und zwangsgeführt werden kann, sowie ein Verfahren zur Behandlung von Inhaltsstoffen, insbesondere Mischungen, in einem Behälter, der mittels der Vorrichtung entlang einer Bahnkurve angetrieben und zwangsgeführt ist.
Die Vorrichtung hat den Vorteil, ohne eine Linearführung und ohne Kulissenführung, insbesondere ohne einen Linearantrieb aufzuweisen, bevorzugt ausschließlich mit Drehantrieben und Rotationslagern, einen Behälter in einer zwangsgeführten Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve zu bewegen. Die Vorrichtung ist eingerichtet, mit zwei Motoren oder einem Motor mit zwischengeschaltetem Getriebe eine Hin- und Herbewegung einer Behälteraufnahme und eines daran angebrachten Behälters in drei Dimensionen zu erzeugen, so dass ein durch die Vorrichtung bewegter Behälter seine Inhaltsstoffe in drei Raumrichtungen bewegt.
Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine alternative Vorrichtung für einen Antrieb bereitzustellen, der eine Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve ermöglicht, die sich über drei Dimensionen erstreckt, wobei der Antrieb keinen Linearantrieb aufweisen soll. Bevorzugt soll der Antrieb zwei Motoren oder einen Motor mit zwischengeschaltetem Getriebe aufweisen.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche und insbesondere mittels einer Vorrichtung, die

- einen an seinem ersten Ende an einem ersten ortsfesten ersten Schwenklager angelenkten ersten Schwenkarm, wobei das erste Schwenklager zur Verschwenkung entlang zweier Achsen, die senkrecht zur Längsachse des ersten Schwenkarms angeordnet sind, eingerichtet ist,
- einer an dem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des ersten Schwenkarms angebrachten Behälteraufnahme,
- einem zur Hin- und Herbewegung angetriebenen ersten Hebel, der in einem Abstand vom ersten Ende des ersten Schwenkarms am ersten Schwenkarm angelenkt ist
- und einem zur Hin- und Herbewegung angetriebenen zweiten Hebel, der in einem Abstand vom ersten Ende des ersten Schwenkarms am ersten Schwenkarm angelenkt ist, wobei der erste Hebel und der zweite Hebel zur Bewegung des ersten

Schwenkarms um die zwei Achsen des ersten Schwenklagers eingerichtet sind, aufweist oder daraus besteht.
Die Vorrichtung weist einen an einem ersten ortsfesten Schwenklager angelenkten Schwenkarm auf, wobei das Schwenklager zur Verschwenkung entlang zweier Achsen, die senkrecht zur Längsachse des ersten Schwenkarms angeordnet sind, eingerichtet ist, eine an dem dem Schwenklager gegenüberliegenden Ende des Schwenkarms angebrachte Behälteraufnahme, einen zur Hin- und Herbewegung angetriebenen ersten Hebel, der in einem Abstand vom Schwenklager am Schwenkarm angelenkt ist und einen zur Hin- und Herbewegung angetriebenen zweiten Hebel, der in einem Abstand vom Schwenkgelenk am ersten Schwenkarm angelenkt ist, wobei der erste Hebel und der zweite Hebel zur Bewegung des ersten Schwenkarms um die zwei Achsen des ersten Schwenklagers eingerichtet sind.
Bevorzugt sind der erste Hebel und/oder der zweite Hebel an ihren zweiten Enden, gegenüber ihren ersten Enden, die am ersten Schwenkarm angelenkt sind, durch einen Exzenterantrieb zur Hin- und Herbewegung angetrieben. Dabei kann jeder Hebel von einem separaten Exzenterantrieb, der jeweils einen Motor aufweist, angetrieben sein, oder beide Hebel können von einem gemeinsamen Exzenterantrieb angetrieben sein, der z.B. ein von einem gemeinsamen Motor angetriebenes Getriebe aufweist oder daraus besteht.
Der erste Hebel und der zweite Hebel sind unabhängig voneinander in jeweils unterschiedlichem Abstand vom ersten Schwenklager am ersten Schwenkarm angelenkt, oder in demselben Abstand vom ersten Schwenklager. Optional sind der erste Hebel und/oder der zweite Hebel unabhängig voneinander am zweiten Ende des ersten Schwenkarms oder an der Behälteraufnahme angelenkt.
Bevorzugt sind der erste Hebel und der zweite Hebel dadurch zur Bewegung des ersten Schwenkarms um die zwei Achsen des ersten Schwenklagers eingerichtet, dass der erste Hebel und der zweite Hebel in einem Winkel von kleiner als 180°, bevorzugt 60-120°, bevorzugter 90 ± 10°, jeweils unterschiedlich oder im gleichen Winkel, zur Längsachse des ersten Schwenkarms angeordnet sind. Weiter bevorzugt sind der erste Hebel und der zweite Hebel etwa senkrecht zur Längsachse des ersten Schwenkarms angeordnet, insbesondere in einer Stellung des ersten Schwenkarms in einer mittigen Schwenkstellung im ersten Schwenklager. Der erste Schwenkarm kann in einer mittigen Schwenkstellung vertikal oder in jedem beliebigen Winkel zum Horizont angeordnet sein, wobei weiter optional sein erstes Ende unterhalb oder oberhalb oder in derselben Ebene wie das erste Schwenklager angeordnet sein kann. Generell bevorzugt sind der erste Hebel und der zweite Hebel in einem Winkel von 60 bis 120°, bevorzugter von 90± 10° zueinander angeordnet, insbesondere in Bezug auf ihre jeweils mittlere Schwenkstellung.
Bevorzugt sind der erste Hebel und der zweite Hebel dadurch zur Bewegung des ersten Schwenkarms um die zwei Achsen des ersten Schwenklagers eingerichtet, dass sie an der Behälteraufnahme angelenkt sind. In Ausführungsformen, in denen der erste Hebel und der zweite Hebel an der Behälteraufnahme angelenkt sind, beschränken sie die Bewegung der Behälteraufnahme um ein Lager, mit dem die Behälteraufnahme am zweiten Ende des ersten Schwenkarms angelenkt ist.
Der erste Hebel ist bevorzugt mit seinem ersten Ende schwenkbar am ersten Schwenkarm oder an der Behälteraufnahme angelenkt, z.B. in einem Drehlager, das eine Verschwenkung um seine Drehachse zulässt. Der zweite Hebel ist, unabhängig vom ersten Hebel oder wie dieser, mit seinem ersten Ende schwenkbar am ersten Schwenkarm oder an der Behälteraufnahme angelenkt, z.B. in einem Drehlager, das eine Verschwenkung um seine Drehachse zulässt.
Die ersten Enden des ersten und des zweiten Hebels können voneinander beabstandet oder um eine gemeinsame Drehachse drehbar an der Behälteraufnahme oder dem ersten Schwenkarm angelenkt sein.
Das erste Schwenklager kann eingerichtet sein, dass seine zwei Schwenkachsen voneinander beabstandet angeordnet sind oder sich kreuzen. Das erste Schwenklager kann zwei beabstandete Drehlager, z.B. Kugellager, jeweils mit ihren Drehachsen senkrecht zueinander und senkrecht zur Längsachse des ersten Schwenkarms angeordnet, aufweisen oder daraus bestehen. Alternativ kann das erste Drehlager ein Kreuzgelenk mit beabstandeten Drehachsen sein oder kann ein kardanisches Lager sein, dessen Drehachsen sich schneiden, oder ein Kugelgelenk, das z.B. eine anteilige Kugel aufweist, die in einer Kugelschale gelagert ist.
Optional kann das erste Schwenklager zwei entlang des ersten Schwenkarms beabstandete Drehlager aufweisen, deren Schwenkachsen senkrecht zueinander und senkrecht zur Längsachse des Schwenkarms angeordnet sind, kann der Schwenkarm mit seinem ersten Ende an einem der Drehlager angelenkt sein und durch das Drehlager, das von seinem ersten Ende beabstandet ist, in zwei Abschnitte geteilt sein. In dieser Ausführungsform ist bevorzugt, dass einer der Hebel an dem Abschnitt des Schwenkarms zwischen dessen ersten Ende und dem davon beabstandeten Drehlager angelenkt ist, und der andere der Hebel an dem Abschnitt zwischen dem vom ersten Ende beabstandeten Drehlager und dem zweiten Ende angelenkt ist. In Ausführungsformen mit einem zweiten Schwenkarm kann sich dieser starr zwischen seinem in einem dritten Schwenklager angelenkten ersten Ende und seinem an der Behälteraufnahme angelenkten zweiten Ende erstrecken oder ebenfalls zwei beabstandete Drehlager aufweisen, eines am seinem ersten Ende und eines davon beabstandet, deren Schwenkachsen bevorzugt parallel zu denen der Schwenklager des ersten Schwenkarms liegen, weiter bevorzugt im gleichen Abstand voneinander.
Optional ist die Behälteraufnahme starr mit dem zweiten Ende des ersten Schwenkarms verbunden. Bevorzugt ist die Behälteraufnahme schwenkbar, insbesondere um eine oder zwei Achsen, jeweils senkrecht zur Längsachse des ersten Schwenkarms angeordnet, am zweiten Ende des ersten Schwenkarms angelenkt. Eine schwenkbar am zweiten Ende des ersten Schwenkarme angeordnete Behälteraufnahme kann mit dem zweiten Ende mittels eines zweiten Schwenklagers verbunden sein, das um eine Achse schwenkbar ist, oder das zweite Schwenklager eines ist, das um zwei beabstandete oder sich schneidende, senkrecht zueinander stehende Achsen schwenkbar ist, z.B. wie mit Bezug auf das erste Schwenklager beschrieben, insbesondere ein Kreuzgelenk, ein kardanisches Gelenk oder ein Kugelgelenk,
Die Vorrichtung ist mit dem Antrieb des ersten Hebels und des zweiten Hebels zur Hin- und Herbewegung dadurch zur Hin- und Herbewegung der Behälteraufnahme entlang einer Bahnkurve in allen drei Raumrichtungen eingerichtet, dass der erste Schwenkarm durch seine Anlenkung im ersten Schwenklager eine Bewegung seines zweiten Endes und der daran angeordneten Behälteraufnahme über einen Scheitelpunkt ausführt, die z.B. zu einer Hin- und Herbewegung entlang der Längsachse des ersten Schwenkarms führt. Optional weist die Vorrichtung nur einen Schwenkarm, auch als erster Schwenkarm bezeichnet, auf.
Bevorzugt weist die Vorrichtung einen zweiten Schwenkarm auf, der parallel zum ersten Schwenkarm angeordnet ist, insbesondere zwischen einem Gestell und der Behälteraufnahme. Der zweite Schwenkarm ist an seinem ersten Ende in einem dritten Schwenklager angelenkt und mit seinem gegenüberliegenden zweiten Ende mit der Behälteraufnahme verbunden. Bevorzugt sind das erste und das dritte Schwenklager gleich aufgebaut. Optional weisen das erste und das dritte Schwenklager eine gemeinsame erste Drehachse auf, z.B. einen um seine Längsachse drehbar gelagerten Träger, mit im Abstand voneinander an diesem Träger um eine zur Längsachse des Trägers senkrechte zweite Drehachse schwenkbar angelenkten ersten Enden von erstem und zweitem Schwenkarm. Dabei kann eine Behälteraufnahme nur um Achsen schwenkbar an den beiden zweiten Enden von erstem und zweitem Schwenkarm angelenkt sein, die parallel zur zweiten Drehachse liegen, um die die ersten Enden von erstem und zweitem Schwenkarm an einem Träger schwenkbar angelenkt sind.
Der erste und der zweite Exzenterantrieb können ortsfest an einem Gestell angebracht sein, an dem auch das erste Schwenklager mit dem ersten Schwenkarm, optional ein drittes Schwenklager mit einem zweiten Schwenkarm, angebracht ist.
Bevorzugt weist der zweite Schwenkarm dieselbe Länge zwischen seinem ersten und zweiten Ende auf, wie der erste Schwenkarm.
Optional sind der erste und der zweite Exzenterantrieb von einem gemeinsamen Motor angetrieben, bevorzugt mit einem Getriebe, das weiter bevorzugt schaltbar ist, um die Exzenterantriebe mit gleichbleibendem oder veränderlichem Geschwindigkeitsverhältnis zueinander anzutreiben. Bevorzugt ist das Getriebe ein Riemengetriebe oder Reibradgetriebe. Der erste und der zweite Exzenterantrieb können von jeweils einem Motor angetrieben sein, von denen einer oder beide gesteuert sind, um die Exzenterantriebe mit gleichbleibendem oder veränderlichem Geschwindigkeitsverhältnis zueinander anzutreiben. Alternativ können der erste Exzenterantrieb und der zweite Exzenterantrieb von einem gemeinsamen gesteuerten und ortsfest angebrachten Drehmotor mit Getriebe angetrieben sein, wobei das Getriebe bevorzugt eingerichtet ist, die Übersetzung und/oder den Phasenversatz für die beiden Exzenterantriebe zueinander zu ändern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie durch zwei Drehmotoren mit Exzenterantrieb oder einen Drehmotor mit Getriebe und Exzenter angetrieben ist und z.B. keinen Linearantrieb und keine Linearführungen oder Kulissenführungen aufweist.
Die Vorrichtung ist für die Hin- und Herbewegung der Behälteraufnahme und eines daran befestigten Behälters entlang einer Bahnkurve eingerichtet, z.B. mit einer Drehfrequenz eines oder beider Exzenterantriebe, gleich oder verschieden, von zumindest 1 Hz, um die Hin- und Herbewegung der Behälteraufnahme anzutreiben. Die Bahnkurve der Hin- und Herbewegung der Behälteraufnahme wird durch Überlagerung der Bewegung entlang zweier Achsen, mit jeweils unterschiedlicher Frequenz und/oder mit Phasenversatz der Drehfrequenz der Exzenterantriebe erzeugt, z.B. über einen Weg der Behälteraufnahme entlang jeder von zwei Achsen von bevorzugt zumindest 2,5 mm, zumindest 1 cm, zumindest 2 cm oder zumindest 3 cm oder zumindest 10 cm, z.B. bis 50 cm, bis 30 cm, bis 20 oder, bei kürzeren Wegen, bis 10 cm. Dabei kann der Weg der Behälteraufnahme entlang jeder Achse gleich dem Weg der Hin- und Herbewegung der Hebel sein.
Die Hin- und Herbewegung der Behälteraufnahme kann sich beispielsweise über einen Weg von zumindest 1,5 mm bevorzugter zumindest 3mm bevorzugter zumindest 1 cm, bevorzugter zumindest 2 cm oder zumindest 5 cm, zumindest 10 cm oder zumindest 15 cm z.B. bis 50 cm, bis 30 cm oder bis 20 cm erstrecken. Weiter bevorzugt sind die Exzenterantriebe zur Hin- und Herbewegung des Behälters harmonisch entlang einer Bahnkurve gesteuert. Die Hin- und Herbewegung der Behälteraufnahme ist nicht-linear und kann sinusförmig, schleifenförmig oder bogenförmig sein, bevorzugt entlang einer Bahnkurve verlaufen, die bevorzugt in der Ebene liegt, bzw. zweidimensional ist. Denn generell fördert eine nicht-lineare Bewegungsachse, vorzugsweise eine Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve, die eine Lissajous-Figur oder Hypozykloide sein kann, eine gleichmäßige und intensive Durchmischung von Bestandteilen einer Zusammensetzung, die in einem an der Behälteraufnahme angebrachten Behälter enthalten ist, auch bei Bestandteilen der Zusammensetzung, die ein ähnliches oder gleiches spezifisches Gewicht aufweisen. Jede Bewegungsachse für sich kann linear oder bogenförmig verlaufen, so dass die nicht-lineare Bewegung der Behälteraufnahme und eines daran angebrachten Behälters aus der Überlagerung der Bewegungen entlang zweier Bewegungsachsen erzeugt wird.
Die Behälteraufnahme ist zur Hin- und Herbewegung entlang zumindest einer Bahnkurve angetrieben, die durch Überlagerung der Hin- und Herbewegung entlang zumindest zwei Achsen, die in einem Winkel zueinander liegen, wobei bevorzugt zwei der Achsen in der Ebene des Querschnitts des an der Behälteraufnahme anzubringenden Behälters liegen, erzeugbar ist, wobei die Hin- und Herbewegung entlang jeder Achse bei verschiedenen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz erfolgt. Die Bahnkurve ist durch die Überlagerung der Hin- und Herbewegung entlang zweier oder dreier Achsen mit verschiedenen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz erzeugbar und weist eine Abfolge von Bahnsegmenten auf, von denen zumindest eines, bevorzugt jedes, genau eine vollständige Hin- und Herbewegung entlang der Achse, entlang derer die Hin- und Herbewegung mit der niedrigeren Frequenz erfolgt, umfasst oder daraus besteht, wobei die überlagerten Hin- und Herbewegungen mit der höheren Frequenz oder der gleichen Frequenz, jeweils optional mit Phasenversatz, entlang der anderen Achse oder Achsen umfasst wird. Dabei bildet die niedrigere Frequenz der vollständigen Hin- und Herbewegung die Frequenz der Abfolge der Bahnsegmente. Dabei ist zumindest einer der Exzenterantriebe, bevorzugt beide, zur Drehung bei der Frequenz gesteuert. Für jedes Bahnsegment ist ein Frequenzverhältnis der Hin- und Herbewegung entlang zweier Achsen von maximal 1:20 oder maximal 1:15 oder maximal 1:10, maximal 1:4 oder maximal 1:3 bevorzugt, bevorzugter zwischen 1:1 bis 1:2, noch bevorzugter größer als 1:1 bis 1:2 oder bis 1: 1,5, z.B. mit einem Frequenzverhältnis von 1: 1,001 bis 1:2 oder bis 1:1,5.
Bei einer Bahnkurve, die durch Überlagerung der Hin- und Herbewegung entlang zweier Achsen bei unterschiedlichen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz der Drehung der Exzenterantriebe erzeugbar ist, liegen die Achsen bevorzugt in der Ebene des Querschnitts des Behälters, der an der Behälteraufnahme anzubringen ist. Generell bevorzugt stehen die linearen oder bogenförmigen Bewegungsachsen im rechten Winkel aufeinander. Generell umfasst die Bahnkurve keine Rotation der Behälteraufnahme oder des Behälters um seine eigene Achse.
Generell ist die Vorrichtung eingerichtet, die Behälteraufnahme für den Behälter entlang einer Bahnkurve anzutreiben, die durch Überlagerung der Hin- und Herbewegung zumindest zweier sich überlagernder linearer oder bogenförmiger Achsen gebildet wird, die in einem Winkel aufeinander stehen, wobei die Hin- und Herbewegung entlang der Achsen bei unterschiedlichen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz erfolgt. Die Achsen, entlang derer die sich überlagernden Hin- und Herbewegungen bei unterschiedlicher Frequenz und/oder mit Phasenversatz verlaufen, bilden die Bahnkurve entlang derer die Hin- und Herbewegung der Behälteraufnahme und des daran angebrachten Behälters erfolgt.
Durch die Bewegung der Behälteraufnahme entlang der Bahnkurve ist die Vorrichtung eingerichtet, Bestandteile im Behälter relativ zum Behälter zu beschleunigen, so dass im Behälter enthaltene Feststoffe und/oder Flüssigkeiten als Bestandteile durch die Beschleunigung gegen die Behälterwand und durch die Bewegung entlang der oder gegen die Behälterwand geschert und dadurch intensiv gemischt werden.
Dadurch, dass die Bahnkurve durch die unterschiedlichen Frequenzen und/oder den Phasenversatz der sich überlagernden Bewegungen entlang der Achsen einstellbar oder vorbestimmt sein können, ist die Vorrichtung zur Hin- und Herbewegung der Behälteraufnahme und des daran angebrachten Behälters entlang der Bahnkurve und zur Relativbewegung von Bestandteilen bzw. deren Mischung gegenüber dem Behälter eingerichtet.
Generell bevorzugt sind die Behälteraufnahme und ein daran zu befestigender Behälter nicht drehangetrieben und weiter bevorzugt nicht oder nicht vollständig drehbar, z.B. um maximal 30° oder um maximal 20° oder 10° um seine Mittelachse drehbar angelenkt oder nicht drehbar, z.B. bei einer Vorrichtung mit erstem und zweitem Schwenkarm. Generell bevorzugt ist die Behälteraufnahme bzw. der Behälter ausschließlich zu einer Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve angetrieben.
Die durch die verschiedenen Frequenzen und/oder den Phasenversatz der sich überlagernden Bewegungen der Behälteraufnahme entlang zumindest zweier Achsen einstellbare oder vorbestimmte Bahnkurve beschleunigt Feststoffe und/oder Flüssigkeiten als Bestandteile und eine Mischung dieser relativ zum Behälter, der an der Behälteraufnahme angebracht ist. Durch die Hin- und Herbewegung des Behälters werden die Bestandteile im Behälter und die Mischung dieser zur Bewegung gegen die Behälterinnenwand angetrieben.
Durch die Bahnkurve können der Einfalls- und Ausfallswinkel der Feststoffe und/oder Flüssigkeiten und der Mischung dieser gegen die Behälterwand bestimmt werden. Überdies ist die Vorrichtung optional eingerichtet, die Behälteraufnahme und den Behälter daran mit einstellbarer oder vorbestimmter Beschleunigung und Geschwindigkeit entlang der Bahnkurve zu bewegen. Dadurch, dass die Vorrichtung für eine einstellbare oder vorbestimmte Bahnkurve und/oder eine einstellbare oder vorbestimmte Beschleunigung und/oder eine einstellbare oder vorbestimmte Geschwindigkeit entlang der Bahnkurve der Hin- und Herbewegung eingerichtet ist, werden Feststoffe und/oder Flüssigkeiten und der Mischung dieser mit einstellbarer oder vorbestimmter Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit relativ gegen den Behälter angetrieben und erlaubt eine vorbestimmte oder kontinuierliche Anpassung des Verfahrens an die Feststoffe und/oder Flüssigkeiten und an die Mischung dieser.
Generell kann eine Bahnkurve von zumindest zwei überlagerten Einzelschwingungen gebildet sein, bevorzugt gleicht eine Bahnkurve der durch Überlagerung von Hin- und Herbewegungen entlang zumindest zweier linearer oder bogenförmiger Bewegungsachsen bei jeweils unterschiedlichen Frequenzen und/oder durch Phasenversatz erzeugbaren Bahnkurve. Eine Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve, die der Hin- und Herbewegung entlang aufeinanderstehender linearer oder bogenförmiger Bewegungsachsen gleicht, die sich überlagern, weisen unterschiedliche Frequenzen auf und/oder haben einen Phasenversatz zueinander. Generell ist daher eine Bahnkurve keine Kreisbahn.
Der Unterschied der Frequenzen kann z.B. zumindest 0,01 Hz und/oder 0,01 % bis 900% betragen. Der Phasenversatz der Hin- und Herbewegungen entlang der linearen Achsen kann z.B. von 0,01° bis 180°, bevorzugt 1 bis 179° von 360°, die einer vollständigen Hin- und Herbewegung entspricht, betragen. Dabei sind 0,01 bis 180° einer vollständigen Hin- und Herbewegung von 360° gleich 0,0028 % bis 50% einer vollständigen Hin- und Herbewegung, 1 bis 179° von 360° sind gleich 0,28% bis 49,7% einer vollständigen Hin- und Herbewegung.
Dabei stehen die linearen oder bogenförmigen Bewegungsachsen z.B. senkrecht oder in einem anderen Winkel, z.B. 5° bis 85° zueinander, insbesondere in der Ebene des Querschnitts des Behälters und/oder senkrecht zu einer Mittelachse eines an der Behälteraufnahme angebrachten Behälters. Optional enthält die Bahnkurve zumindest einen gradlinigen Abschnitt, dessen Ende z.B. ein Scheitelpunkt der Bahnkurve ist, an dem die Feststoffe und/oder Flüssigkeiten und der Mischung dieser von der Behälterwand bzw. gegen die Behälterwand beschleunigt werden.
Zur Einstellung unterschiedlicher Frequenzen und/oder eines Phasenversatzes der überlagerten Hin- und Herbewegungen entlang zumindest zweier Bewegungsachsen können diese Hin- und Herbewegungen durch ein Getriebe oder eine Kulissenführung miteinander gekoppelt sein und von einem Motor angetrieben sein. Dabei kann ein von einem Motor angetriebenes Getriebe, das die Hin- und Herbewegung entlang der Bahnkurve einstellt, ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen den sich überlagernden Bewegungen entlang jeder Achse aufweisen, oder ein einstellbares Übersetzungsverhältnis, z.B. ein kontinuierlich oder stufenweise schaltbares Getriebe sein. Optional kann das Getriebe schlupfbehaftet sein, z.B. einen Riemenantrieb aufweisen oder ein Reibradgetriebe sein.
Die Abtriebsdrehzahl des Getriebes, das einen oder beide der Exzenterantriebe antreibt, beträgt bevorzugt zumindest 1 Hz, bevorzugter zumindest 2,5 Hz, bevorzugter zumindest 5 Hz, bevorzugter zumindest 7 Hz. z.B. bis 50 Hz, bis 40 Hz, bis 30 Hz, bis 20 Hz oder bis 10 Hz. Dabei ist die Abtriebsdrehzahl des Getriebes gleich der Frequenz der Hin- und Herbewegung.
Alternativ kann die Hin- und Herbewegung entlang jeder der Bewegungsachsen von einem separaten Motor angetrieben sein, wobei für die Zwecke der Erfindung die niedrigere Abtriebsdrehzahl die Frequenz der Hin- und Herbewegung ist und die Frequenz der Abfolge der Bahnsegmente bildet. In jeder Ausführungsform kann die Drehzahl jedes Antriebsmotors gesteuert sein, fest eingestellt oder über die Dauer des Verfahrens veränderlich.
Dabei erlaubt die Vorrichtung, dass die Bahnkurve die Feststoffe und/oder Flüssigkeiten als Bestandteile und der Mischung dieser in einer definierten Richtung auf einen gezielten Ort der Behälterinnenwandung gezielt beschleunigt. Dabei kann die Geometrie des Behälters und dessen Innenwandung in Verbindung mit der Bahnkurve den Mischvorgang unterstützen, so dass die Bahnkurve abhängig von Form und Größe des Behälterquerschnitts eingestellt werden kann.
Optional ist die Vorrichtung eingerichtet, die Bahnkurve der Hin- und Herbewegung und/oder die Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung während des Verfahrens zu ändern, z.B. in einer ersten Phase die Hin- und Herbewegung entlang einer ersten Bahnkurve und mit einer ersten Beschleunigung und Geschwindigkeit einzustellen und die Hin- und Herbewegung in einer anschließenden zweiten Phase entlang einer geänderten Bahnkurve und/oder geänderten Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit einzustellen.
Weiter optional ist die Hin- und Herbewegung in einer ersten Phase eine lineare Hin- und Herbewegung und in einer zweiten Phase eine Hin- und Herbewegung entlang ineinander übergehender Bahnkurven. Dabei kann die Bahnkurve z.B. durch ein Getriebe bestimmt sein, das die Bewegung des Behälters antreibt.
Die Vorrichtung erlaubt durch die Einstellung der Bahnkurve und Beschleunigung der Hin- und Herbewegung des Behälters eine vorbestimmte oder dynamisch veränderbare und gerichtete Beschleunigung der Inhaltsstoffe als Prozessguts relativ zum Behälter. Generell kann die Behälteraufnahme und ein daran befestigter Behälter in einer ersten Phase zu einer linearen Hin- und Herbewegung gesteuert angetrieben sein, z.B. indem nur einer der Hebel zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben ist, während der andere Hebel nicht angetrieben wird und z.B. zwischen dem Exzenterantrieb und der Behälteraufnahme geschwenkt wird.
Die Behälteraufnahme ist zur Befestigung eines Behälters eingerichtet. Bei einer Ausführungsform, in der der Behälter fest mit der Behälteraufnahme verbunden ist, weist die Behälteraufnahme einen Behälter auf bzw. die Behälteraufnahme bildet den Behälter, z.B. als ein Teil. Der Behälter kann generell eine verschließbare Öffnung aufweisen, z.B. einen zu öffnenden und zu schließenden Deckel an einer endständigen Querschnittsöffnung, oder je einen zu öffnenden und zu schließenden Deckel an jeder der gegenüberliegenden endständigen Querschnittsöffnungen des Behälters. Weiter alternativ kann der Behälter zwei beabstandete Öffnungen aufweisen, von denen eine eine Zuführöffnung und die andere eine Entnahmeöffnung bildet, z.B. für die kontinuierliche Zuführung von Inhaltsstoffen und Entnahme einer daraus hergestellten Mischung.
In einer Ausführungsform, in der der Behälter in einer ersten Phase zu einer linearen Hin- und Herbewegung gesteuert angetrieben sein kann, ist die Vorrichtung eingerichtet, Feststoffe und/oder Flüssigkeiten und die Mischung dieser mit einer steuerbaren Beschleunigung senkrecht gegen die Behälterwand zu bewegen, die signifikant größer als die Erdbeschleunigung und daher im Wesentlichen unabhängig von der Erdbeschleunigung ist, z.B. mit einem Beschleunigungsmaximum von zumindest 15 m/s², bevorzugt 25 m/s², bevorzugt zumindest 50 m/s² oder zumindest 100 m/s² oder zumindest 200 m/s² oder zumindest 350 m/s² z.B. jeweils bis 500 m/s².
Generell kann die Vorrichtung eingerichtet sein, die Behälteraufnahme und einen daran angebrachten Behälter mit einem Beschleunigungsmaximum von zumindest 20 m/s² oder mit zumindest 100 m/s², z.B. zumindest 200 m/s², bevorzugt bis zu 1000 m/s² oder bis zu 300 m/s² entlang der Bahnsegmente, z.B. in einem Scheitelpunkt der Bahnsegmente, zu beschleunigen.
Die Behälteraufnahme und der daran angebrachte Behälter ist bevorzugt zu einer Hin- und Herbewegung mit einem Beschleunigungsmaximum von zumindest 0,5 m/s² oder zumindest 1 m/s² oder zumindest 2 m/s² zumindest 3,5 m/s², bevorzugt zumindest 60 m/s², bevorzugter zumindest 100 m/s², zumindest 150 m/s², zumindest 160 m/s², zumindest 200 m/s², z.B. jeweils bis zu 300 m/s² oder 450 m/s², bis zu 260 m/s² oder bis zu 250 m/s² entlang jeder von zwei Achsen angetrieben. Generell bevorzugt ist der Behälter in Kombination mit der Beschleunigung zu einer mittleren Geschwindigkeit von zumindest 0,5 m/s, bevorzugt zumindest 2 m/s, bevorzugter zumindest 3,5 m/s, z.B. bis 10 m/s oder bis 20m/s oder bis 6 m/s, z.B. 3 bis 4 m/s, jeweils entlang einer der Achsen, bevorzugt entlang jeder Achse angetrieben. Dabei ist der Weg der Bewegung entlang zumindest einer Achse, bevorzugt entlang jeder Achse z.B. 0,1 cm bis 24 cm.
Die Behälteraufnahme und der daran angebrachte Behälter kann z.B. zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben sein, die sich entlang jeder Achse über einen Weg von zumindest 1 mm oder zumindest 2,5 mm, zumindest 1 cm, bevorzugter zumindest 2 cm oder zumindest 5 cm, zumindest 10 cm oder zumindest 15 cm, z.B. jeweils bis 100 cm, bis 50 cm, bis 30 cm oder bis 20 cm erstreckt. Weiter bevorzugt ist die Hin- und Herbewegung des Behälters harmonisch. Die Hin- und Herbewegung der Behälteraufnahme kann in einer ersten Phase linear sein, generell ist die Bahnkurve nicht-linear und kann z.B. sinusförmig, schleifenförmig oder bogenförmig sein, bevorzugt entlang einer sogenannten Lissajous-Figur oder Hypozykloide verlaufen, die bevorzugt in der Ebene liegt bzw. zweidimensional ist. Bevorzugt ist die Hin- und Herbewegung in einer ersten Phase linear und in einer zweiten Phase entlang zumindest zweier ineinander übergehender, nicht-linearer Bahnsegmente, die jeweils zumindest einen Scheitelpunkt enthalten, zu einer Bahnkurve ausgebildet. Denn generell fördert eine nicht-lineare Bahnkurve, z.B. eine Bewegung entlang einer Bahnkurve deren Bahnsegmente zumindest jeweils einen Scheitelpunkt aufweisen, ein Aufprallen von Feststoffen und/oder Flüssigkeiten und der Mischung dieser z.B. senkrecht auf die Behälterwand sowie eine Bewegung entlang der Behälterwand.
Bevorzugt umfasst die Hin- und Herbewegung die Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve, die zumindest zwei, bevorzugt zumindest drei, bevorzugter zumindest vier unterschiedliche Bahnsegmente umfasst, die jeweils zumindest einen Scheitelpunkt aufweisen und bevorzugt in zeitlicher Abfolge, bevorzugt programmgesteuert ineinander übergehen. Jede der Bewegungsachsen, entlang derer sich die Bewegungen zu einer Bahnkurve überlagern, für sich kann linear oder bogenförmig verlaufen, so dass die nicht-lineare Bewegung der Behälteraufnahme entlang einer Abfolge von Bahnsegmenten aus der Überlagerung der Bewegungen entlang zweier Bewegungsachsen erzeugt wird. Die Scheitelpunkte und zwischenliegenden Abschnitte eines Bahnsegments werden durch den Frequenzunterschied und/oder die Phasenlage der überlagerten Hin- und Herbewegungen entlang zumindest zweier Achsen bestimmt. Generell kann die Vorrichtung eingerichtet sein, den Frequenzunterschied und/oder die Phasenlage während der Hin- und Herbewegung zu verändern.
Die Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die Figuren beschrieben, die in

- 1 eine schematische perspektivische Darstellung der Vorrichtung und
- 2 eine gedrehte perspektivische Darstellung der Vorrichtung,
- 3 eine Ausführungsform der Vorrichtung und
- 4 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zeigen.

Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der das erste Schwenklager 1 an einem Gestellteil 2 angebracht ist. Das erste Schwenkgelenk 1 weist zwei voneinander beabstandete, senkrecht aufeinander stehende Achsen auf, von denen die eine von einem um seine Längsachse drehbar gelagerten Träger 3 gebildet wird und die andere von einem an dem Träger 3 angebrachten Schwenklager 4, in dem das erste Ende 11 des ersten Schwenkarms 10 angelenkt ist. In der hier gezeigten Ausführungsform wird der erste Schwenkarm 10 von zwei parallelen Teilarmen gebildet, die beidseitig des Trägers 3 angelenkt sind. Das zweite Ende 12 des ersten Trägers 10 ist an einer Behälteraufnahme 13 um eine Achse schwenkbar angelenkt, die parallel zur Achse des Schwenklagers 4 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen zweiten Schwenkarm 20 auf, der parallel zum ersten Schwenkarm 20 angeordnet ist und mit seinem ersten Ende 21 und gegenüber seinem zweiten Ende 22 an einem dritten Schwenklager 23 angelenkt ist. Das dritte Schwenklager 23 ist gleich dem ersten Schwenklager 1 ausgebildet und in der gezeigten Ausführungsform dadurch mit dem ersten Schwenklager 1 gekoppelt, dass das zweite Ende 22 um eine Achse schwenkbar an demselben drehbar gelagerten Träger 3 angelenkt ist, wie der erste Schwenkarm 10. Das erste Schwenklager 1 und das dritte Schwenklager 23 weisen parallele und beabstandete Achsen auf.
Das zweite Ende 12 des ersten Schwenkarms 10 und das zweite Ende 22 des zweiten Schwenkarms 20 sind mit jeweils einem zweiten Schwenklager 18 an der Behälteraufnahme 13 angelenkt.
Ein erster Hebel 14a ist mit seinem ersten Ende 15 schwenkbar an der Behälteraufnahme 13 angelenkt und ist an seinem gegenüberliegenden zweiten Ende 16a von einem ersten Exzenterantrieb 17a zur Hin- und Herbewegung angetrieben. Ein zweiter Hebel 14b ist in der dargestellten Mittelstellung der Verschwenkung etwa senkrecht zum ersten Hebel 14a angeordnet, wobei beide Hebel 14a, 14b etwa senkrecht zur Längsachse des ersten Schwenkarms 10 angeordnet sind. Der zweite Hebel 14b ist an seinem gegenüberliegenden zweiten Ende 16b von einem zweiten Exzenterantrieb 17b zur Hin- und Herbewegung angetrieben.
Die 3 zeigt eine Ausführungsform, die genau einen ersten Schwenkarm 10 aufweist, dessen erstes Ende 11 in einem ersten Schwenklager 1, das ein Kugelgelenk ist, frei schwenkbar gelagert ist. Das zweite Ende 12 des ersten Schwenkarms 10 ist am ersten Ende 15a eines ersten Hebels 14a schwenkbar angelenkt und am ersten Ende 15b eines zweiten Hebels 14b schwenkbar angelenkt, der in einem Winkel von 60 bis 120° zum ersten Hebel 14a angeordnet ist. Wie bevorzugt sind erster und zweiter Hebel 14a, 14b in einer Ebene angeordnet, die etwa senkrecht zur Erstreckung des ersten Schwenkarms 10 liegt, optional parallel zu der Ebene, in der das Gestellteil 2 liegt. Alternativ können einer oder beide von erstem und zweiten Hebel 14a, 14b in einem Winkel von z.B. 85 bis 45° oder bis 60° zur Längsachse des ersten Schwenkarms 10 angeordnet sein. Der erste Hebel 14a ist durch einen an seinem zweiten Ende 16a angelenkten ersten Exzenterantrieb 17a zur Hin- und Herbewegung entlang seiner Längsachse angetrieben. Der zweite Hebel 14b ist durch einen an seinem zweiten Ende 16b angelenkten zweiten Exzenterantrieb 17b zur Hin- und Herbewegung entlang seiner Längsachse angetrieben. Dadurch sind der erste Hebel 14a und der zweite Hebel 14b zur Verschwenkung des ersten Schwenkarms 10 im ersten Schwenklager 1 und zur Verschwenkung des zweiten Endes 12 des ersten Schwenkarms 10 entlang der Längsachsen von erstem Hebel 14a und zweiten Hebel 14b eingerichtet, wobei durch die Verschwenkung im ersten Schwenklager 1 das zweite Ende 12 des ersten Schwenkarms 10 in größeren und kleineren Abstand zur Ebene des Gestellteils 2 hin- und herbewegt.
Die 4 zeigt eine Ausführungsform, in der an der Behälteraufnahme 13 ein Behälter 30 lösbar oder festgelegt angebracht ist. Die sich gegenüberliegenden endständigen Querschnittsöffnungen des Behälters 30, der sich optional rotationssymmetrisch zwischen seinen endständigen Querschnittsöffnungen erstrecken kann, bilden eine Zuführöffnung 31 für zu behandelnde Inhaltsstoffe und eine Entnahmeöffnung 32 für behandelte Inhaltsstoffe, insbesondere eine Mischung der Inhaltsstoffe. Die Zuführöffnung 31 und die Entnahmeöffnung 32 können einen Deckel zum reversiblen Verschließen aufweisen oder für die kontinuierliche Zuführung von Inhaltsstoffen und/oder die kontinuierliche Entnahme der Mischung der Inhaltsstoffe offen sein. Der Behälter 30 kann einen Querschnitt aufweisen, der sich von der Zuführöffnung 31 zu einem mittleren Abschnitt 33 vergrößert und/oder sich von einem mittleren Abschnitt 33 zur Entnahmeöffnung 32 verringert.
Bezugszeichen:

1: erstes Schwenklager
2: Gestellteil
3: Träger
4: Schwenklager
10: erster Schwenkarm
11: erstes Ende
12: zweites Ende
13: Behälteraufnahme
14a: erster Hebel
15a: erstes Ende
16a: zweites Ende
14b: zweiter Hebel
15b: erstes Ende
16b: zweites Ende
17a: erster Exzenterantrieb
17b: zweiter Exzenterantrieb
18: zweites Schwenklager
20: zweiter Schwenkarm
21: erstes Ende
22: zweites Ende
23: drittes Schwenklager
30: Behälter
31: Zuführöffnung
32: Entnahmeöffnung
33: mittlerer Abschnitt

Claims

Vorrichtung zur Hin- und Herbewegung einer Behälteraufnahme (13) entlang einer Bahnkurve, die - einen an seinem ersten Ende (11) an einem ersten ortsfesten ersten Schwenklager (1) angelenkten ersten Schwenkarm (10), wobei das erste Schwenklager (1) zur Verschwenkung entlang zweier Achsen, die senkrecht zur Längsachse des ersten Schwenkarms (10) angeordnet sind, eingerichtet ist, - einer an dem dem ersten Ende (11) gegenüberliegenden zweiten Ende (12) des ersten Schwenkarms (10) angebrachten Behälteraufnahme (13), - einem zur Hin- und Herbewegung angetriebenen ersten Hebel (14a), der in einem Abstand vom ersten Ende (11) des ersten Schwenkarms (10) am ersten Schwenkarm (10) angelenkt ist - und einem zur Hin- und Herbewegung angetriebenen zweiten Hebel (14b), der in einem Abstand vom ersten Ende (11) des ersten Schwenkarms (10) am ersten Schwenkarm (10) angelenkt ist, wobei der erste Hebel (14a) und der zweite Hebel (14b) zur Bewegung des ersten Schwenkarms (10) um die zwei Achsen des ersten Schwenklagers (1) eingerichtet sind, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebel (14a) durch einen ersten Exzenterantrieb (17a) und der zweite Hebel (14b) durch einen zweiten Exzenterantrieb (17b) zur Hin- und Herbewegung angetrieben sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Exzenterantrieb (17a) und der zweite Exzenterantrieb (17b) jeweils einen gesteuerten Drehmotor aufweisen, die ortsfest angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils gesteuerte Drehmotor des ersten Exzenterantriebs (17a) und des zweiten Exzenterantriebs (17b) von einem gemeinsamen Drehmotor mit einem Getriebe gebildet werden.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Schwenkarm (20), der parallel zum ersten Schwenkarm (10) angeordnet ist und an seinem ersten Ende (21) in einem dritten Schwenklager (23) angelenkt ist und mit seinem gegenüberliegenden zweiten Ende (22) mit der Behälteraufnahme (13) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (12) des ersten Schwenkarms (10) mittels eines zweiten Schwenklagers (18) an der Behälteraufnahme (13) angelenkt ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schwenklager (1) zwei Achsen aufweist, die zueinander senkrecht und senkrecht zur Längsachse des ersten Schwenkarms (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Achsen des ersten Schwenklagers (1) voneinander beabstandet sind oder sich schneiden.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Exzenterantrieb (17a, 17b) und das erste Schwenklager (1) an einem gemeinsamen Gestell angebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schwenklager (1) und das dritte Schwenklager (23) zueinander parallele Schwenkachsen aufweisen.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Exzenterantrieb (17a) und der zweite Exzenterantrieb (17b) zum Antreiben mit unterschiedlichen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz gesteuert sind.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Behälteraufnahme (13) ein Behälter (30) festgelegt ist, dessen gegenüberliegende Querschnittsöffnungen (31, 32) für die kontinuierliche Zuführung und kontinuierliche Entnahme offen sind.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Behälteraufnahme (13) ein Behälter (30) festgelegt ist, dessen Querschnitt sich von einer Zuführöffnung (31) zu einem mittleren Abschnitt (33) vergrößert und sich vom mittleren Abschnitt (33) zur der der Zuführöffnung (31) gegenüberliegenden Entnahmeöffnung (32) verringert.
Verfahren zur Behandlung von Inhaltsstoffen in einem Behälter (30), der mittels einer Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche entlang einer Bahnkurve angetrieben und zwangsgeführt ist, wobei der erste Hebel (14a) und der zweite Hebel (14b) zur Hin- und Herbewegung mit unterschiedlichen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz angetrieben werden.