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[Technisches Gebiet]
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rühren und Entgasen, bei dem ein Behälter, in welchem ein zu behandelnder Gegenstand aufgenommen ist, umgedreht wird sowie rotiert, sowie eine Vorrichtung zum Rühren und Entgasen
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[Beschreibung des Standes der Technik]
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Es ist eine Vorrichtung zum Rühren und Entgasen bekannt, bei der ein Behälter, in welchem ein zu behandelnder Gegenstand aufgenommen ist, umgedreht wird sowie rotiert, und somit der zu behandelnde Gegenstand gerührt und entgast wird.
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Bei einer derartigen Vorrichtung zum Rühren und Entgasen wird der zu behandelnde Gegenstand durch Umdrehen des Behälters entgast und durch eine Rotation des Behälters gerührt. Der zu behandelnde Gegenstand wird durch die Zentrifugalkraft der Umdrehung gegen die Wandfläche auf der Behälterinnenseite gedrückt, wobei die im zu behandelnden Gegenstand befindlichen Luftblasen sich an die Oberfläche bewegen, wodurch eine Entgasung erfolgt. Ferner wird hierbei an der Oberfläche eine Schicht des zu behandelnden Gegenstandes derartig gebildet, dass sie entlang der Behälterwandfläche sich erhebt. Durch Platzen derjenigen Luftblasen, die größer sind als diese Schichtdicke erfolgt eine Entgasung. Zudem wird der zu behandelnde Gegenstand durch eine Rotation des Behälters zum spiralartigen Fließen gebracht, infolge wessen eine Rührung erfolgt. Bei einer Vorrichtung zum Rühren und Entgasen sind daher sowohl die Rührwirkung als auch die Entgasungswirkung wichtig.
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In Patentdruckschrift 1 wird eine Vorrichtung zum Rühren und Entgasen eines zu behandelnden Gegenstandes offenbart, der in einem Behälter aufgenommen ist. Diese Vorrichtung umfasst einen Umdrehungs-Antriebsmotor und einen Rotations-Antriebsmotor. Das Rühren und das Entgasen erfolgen dadurch, dass die Umdrehungsbewegung und die Rotationsbewegung unabhängig voneinander gesteuert werden.
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In Patentdruckschrift 2 wird Technik offenbart, bei der man der Umdrehungsbewegung eine periodische Schwankungskomponente überlagert, das Verhältnis Rotation/Umdrehung (Drehzahlverhältnis der Rotation zur Umdrehung) verändert und die Entgasungswirkung erhöht werden.
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In Patentdruckschrift 3 wird Technik offenbart, bei der man die Umdrehung und die Rotationsbewegung umkehrt, um die Rühr/Entgasungsleistungen zu erhöhen.
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In Patentdruckschrift 4 wird Technik offenbart, bei der man bei Unterdruck Rühr/Entgasungsbehandlungen durchführt, um die Entgasungswirkung zu erhöhen.
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[Entgegenhaltungen]
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- [Patentdruckschrift 1] JP-OS HEI 6-71110
- [Patentdruckschrift 2] JP-OS 2013-202482
- [Patentdruckschrift 3] JP-OS 2007-190464
- [Patentdruckschrift 4] Patent 4188411
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[Offenbarung der Erfindung]
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[Aufgabe der Erfindung]
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Bei Rühr/Entgasungsbehandlungen hat man die wichtige Aufgabe, sowohl die Homogenität der Verteilung (Dispersion) der Bestandteilkonzentration des zu behandelnden Gegenstandes als auch eine Verminderung der enthaltenen Luftblasen zu erhalten. Wenn man jedoch zur Erhöhung der Rührwirkung die Drehzahl der Rotation erhöht, besteht die Tendenz, dass aufgrund einer Unterteilung der Luftblasen im zu behandelnden Gegenstandes und eventuell aufgrund erneut erzeugter Luftblasen die Entgasungswirkung vermindert wird. Wenn man zur Erhöhung der Entgasungswirkung die Drehzahl der Umdrehung erhöht und die Zentrifugalkraft vergrößert, besteht die Tendenz, dass jeweilige Bestandteile voneinander separiert und die Homogenität der Verteilung der Bestandteilkonzentration sich verschlechtert, wenn im zu behandelnden Gegenstand beispielsweise Bestandteile mit unterschiedlichen spezifischen Gewichten enthalten sind.
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Man kann zwar durch Rühr/Entgasungsbehandlungen bei Unterdruck die Entgasungswirkung mit hoher Genauigkeit erhöhen. Da man jedoch hierfür die Luftundurchlässigkeit der Vorrichtung absichern und eine Vakuumpumpe sowie ein hiermit gekoppeltes Auspuffsystem haben muss, hat man die Nachteile, dass mehr Anlagekosten und mehr Flächeninhalt entstehen, der von der Anlage beansprucht wird. Ferner hat man auch den Nachteil, dass durch die Druckverminderung Stoffe mit höherem Sättigungsdampfdruck bevorzugt verdampfen und infolgedessen das Bestandteilverhältnis der gemischten Flüssigkeiten verändert wird, wenn man gemischte Flüssigkeiten aus Stoffen mit unterschiedlichen Sättigungsdampfdrücken rührt/entgast.
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Die Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend beschriebenen Nachteile beim Stand der Technik zu beseitigen. Die Aufgabe der Erfindung besteht hauptsächlich darin, ein Verfahren zum Rühren und Entgasen sowie eine Vorrichtung zum Rühren und Entgasen bereitzustellen, bei welchem/welcher sowohl eine Homogenität der Dispersion des zu behandelnden Gegenstandes als auch eine Verminderung von Luftblasen mit hoher Genauigkeit realisiert werden.
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[Mittel zur Lösung der Aufgabe]
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Rühren und Entgasen durch eine Umdrehung und eine Rotationsbewegung eines Behälters, in den ein zu behandelnder Gegenstand aufgenommen ist, dadurch gelöst, dass die Rotationsbewegung Folgendes durchführt:
- - Überlagern einer umgekehrten Drehung, wobei man einer Drehgeschwindigkeit mit gleicher Drehrichtung und gleicher Drehzahl wie die Umdrehungsbewegung eine Drehung mit einer ersten Drehzahl überlagert, deren Drehrichtung umgekehrt ist als die Drehrichtung der Umdrehung; sowie
- - Überlagern gleicher Drehung, wobei man einer Drehgeschwindigkeit mit gleicher Drehrichtung und gleicher Drehzahl wie die Umdrehungsbewegung eine Drehung mit einer zweiten Drehzahl überlagert, deren Drehrichtung gleich wie die Drehrichtung der Umdrehung ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Rühren und Entgasen kann zwei verschiedene Behandlungsbedingungen mit unterschiedlichen Rühr/Entgasungswirkungen realisieren, indem man bei einer Rotationsbewegung einer mit der Umdrehung identischen Drehbewegung eine Drehbewegung mit einer vorgegebenen Drehzahl in gleicher Drehbewegung wie die Umdrehung oder in umgekehrter Richtung als die Umdrehung überlagert. Ferner kann man durch dieses Verfahren sowohl das Rühren als auch das Entgasen mit hoher Genauigkeit realisieren, indem man die Behandlungsbedingungen mit diesen verschiedenen Wirkungen jeweils mindestens einmal durchführt.
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Hierdurch kann man auf einfache Weise Behandlungen realisieren, die sowohl eine Rührwirkung als auch eine Entgasungswirkung erhalten, so dass man Kosten fürs Rühren und fürs Entgasen reduzieren kann. Selbstverständlich ist unter „gleiche Drehzahl“ eine im Wesentlichen gleiche Drehzahl gemeint, wobei auch eine Schwankung des Drehantriebsmotors innerhalb eines Regelbereiches sowie Feineinstellungen (beispielsweise um etwa + einige %) aus Regelgründen oder gleichen auf der Ebene von Hardware bzw. Software auch darunter gemeint werden können.
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Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Rühren und Entgasen dadurch gelöst, dass die erste Drehzahl gleich wie die zweite Drehzahl ist.
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Durch die Maßnahme, dass die erste Drehzahl gleich wie die zweite Drehzahl ist, kann man Kosten besonders reduzieren, die zum Festlegen von Rühr/Entgasungsbedingungen benötigt werden, da das Festlegen von Bedingungen bei einer Vorrichtung zum Rühren und Entgasen erleichtert wird.
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Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Rühren und Entgasen dadurch gelöst, dass die erste Drehzahl in einem Bereich von größer/gleich 0.2-fach und kleiner/gleich 2.0-fach der Umdrehzahl liegt, und dass die zweite Drehzahl in einem Bereich von größer/gleich 0.05-fach und kleiner/gleich 1.6-fach der Umdrehzahl liegt.
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Durch die Maßnahme, dass man bei den ersten und zweiten Drehzahlen unabhängig voneinander Bedingungen festlegt, unter denen Rühr/Entgasungswirkungen bevorzugt werden, und dass somit optimale Bedingungen in einem breiteren Umfang gewählt werden, kann man noch genauere Rühr/Entgasungsbedingungen festlegen.
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Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass beim Verfahren zum Rühren und Entgasen Folgendes durchgeführt wird:
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Überlagern der vorstehend beschriebenen gleichen Drehung nach dem Überlagern der vorstehend beschriebenen umgekehrten Drehung.
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Ferner kann man nach dem Überlagern der vorstehend beschriebenen gleichen Drehung die vorstehend beschriebene umgekehrte Drehung überlagern.
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Durch die Maßnahme, dass gewählt wird, ob das Entgasen nach dem Rühren des zu behandelnden Gegenstandes entsprechend den Produktnormen sowie den Eigenschaften des zu behandelnden Gegenstandes durchgeführt wird, oder ob das Entgasen nach dem Rühren durchgeführt wird, kann man Rühr/Entgasungsbehandlungen effektiv durchführen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Rühren und Entgasen gelöst, welche umfasst:
- - Behälterhalter mit einer Rotationsachse;
- - Dreheinheiten, mit denen die vorstehend beschriebene Rotationsachse über ein Lager drehbar in Berührung kommt;
- - eine Umdrehungswelle, die mit der Dreheinheit gekoppelt ist;
- - einen Umdrehantriebsmotor, der mit der Umdrehungswelle anhand eines ersten Drehbewegungs-Übertragungsmittels gekoppelt ist;
- - eine Rotationsantriebswelle, die mit den Behälterhaltern anhand eines zweiten Drehbewegungs-Übertragungsmittels gekoppelt ist;
- - einen Rotationsantriebsmotor, der mit der Rotationsantriebswelle anhand eines dritten Drehbewegungs-Übertragungsmittels gekoppelt ist;
- - einen ersten Speicherteil zur Speicherung einer vorgegebenen Umdrehzahl, einer ersten Drehzahl sowie einer zweiten Drehzahl;
- - eine Recheneinheit zur Berechnung einer ersten Rotationsdrehzahl, die sich durch „die im ersten Speicherteil gespeicherte Umdrehzahl Minus die erste Drehzahl“ ergibt, sowie zur Berechnung einer zweiten Rotationsdrehzahl, welche sich durch „die Umdrehzahl Plus die zweite Drehzahl“ ergibt;
- - einen zweiten Speicherteil zur Speicherung der vorstehend beschriebenen Umdrehzahl, der ersten Rotationsdrehzahl sowie der zweiten Rotationsdrehzahl;
- - einen Flow-Speicherteil zur Speicherung der Reihenfolge des Antreibens des Rotations-Antriebsmotors mit der ersten Rotationsdrehzahl oder der zweiten Rotationsdrehzahl; sowie
- - eine Steuereinheit, die den Umdrehantriebsmotor mit der Umdrehzahl in einer vorgegebenen Umdrehrichtung antreibt, die zugleich die im Flow-Speicherteil gespeicherte vorstehend beschriebene Reihenfolge und die im zweiten Speicherteil gespeicherte erste Rotationsdrehzahl sowie zweite Rotationsdrehzahl einliest, und die den Rotations-Antriebsmotorder der vorstehend beschriebenen Behandlungs-Reihe nach mit der ersten Rotationsdrehzahl oder der zweiten Rotationsdrehzahl antreibt.
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Durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Rühren und Entgasen wird eine Rotation mit zwei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten einer vorgegebenen Reihenfolge nach ermöglicht, während zugleich die Behälterhalter umgedreht werden. Somit wird ermöglicht, den zu behandelnden Gegenstand mit hoher Genauigkeit zu rühren und zu entgasen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Rühren und Entgasen gelöst, welche umfasst:
- - Behälterhalter mit einer Rotationsachse;
- - Dreheinheiten, mit denen die vorstehend beschriebene Rotationsachse über ein Lager drehbar in Berührung kommt;
- - eine Umdrehungswelle, die in der Dreheinheit befestigt ist;
- - einen Umdrehantriebsmotor, der einen in der Umdrehungswelle befestigten Rotor aufweist;
- - eine horizontale Platte, die in der Umdrehungswelle befestigt ist;
- - eine Rotationsantriebswelle, die mit den Behälterhaltern anhand eines vierten Drehbewegungs-Übertragungsmittels gekoppelt ist;
- - einen Rotationsantriebsmotor, der in der horizontalen Platte befestigt ist und einen in der Rotationsantriebswelle gekoppelten Rotor aufweist;
- - einen ersten Speicherteil zur Speicherung der vorstehend beschriebenen Umdrehzahl, einer ersten Rotationsdrehzahl sowie einer zweiten Rotationsdrehzahl und ferner von Zeichen, die Drehrichtungen im Zusammenhang mit der ersten Rotationsdrehzahl und der zweiten Rotationsdrehzahl zeigen;
- - einen Flow-Speicherteil zur Speicherung der Reihenfolge des Antreibens des Rotations-Antriebsmotors mit der ersten Rotationsdrehzahl oder der zweiten Rotationsdrehzahl; sowie
- - eine Steuereinheit, die den Umdrehantriebsmotor mit einer vorgegebenen Umdrehzahl in einer vorgegebenen Umdrehrichtung antreibt, die zugleich die im zweiten Speicherteil gespeicherte vorstehend beschriebene Reihenfolge und die im ersten Speicherteil gespeicherte erste Rotationsdrehzahl sowie zweite Rotationsdrehzahl und ferner die Zeichen einliest, welche die Drehrichtungen im Zusammenhang mit der ersten Rotationsdrehzahl und der zweiten Rotationsdrehzahl zeigen, und die den Rotations-Antriebsmotor der vorstehend beschriebenen Behandlungs-Reihe nach mit der ersten Rotationsdrehzahl oder der zweiten Rotationsdrehzahl antreibt.
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Durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Rühren und Entgasen wird ermöglicht, den Verlust der Kraftübertragung aus den Umdreh- und Rotations-Antriebsmotoren
zu unterdrücken, die Behälterhalter umdrehen und zugleich mit zwei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten zur Rotation zu bringen und somit Rühren/Entgasen mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Ferner wird ermöglicht, eine kompaktere Vorrichtung zu realisieren.
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[Wirkung der Erfindung]
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Rühren und Entgasen sowie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Rühren und Entgasen werden zwei für Rühr- und Entgasungswirkungen vorteilhafte Behandlungen mindestens einmal durchgeführt, wodurch man Rühr/Entgasungsbehandlungen mit hoher Genauigkeit realisieren und zugleich Herstellungskosten reduzieren kann.
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Figurenliste
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- [1] Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zum Rühren und Entgasen gemäß einer ersten Ausführungsform
- [2] schematische Darstellungen einer Relation zwischen einer Umdrehung und einer Rotation
- [3] Vogelperspektiv-Ansichten einer Umdrehrichtung des Behälters sowie der Richtung einer der Rotation überlagerten Drehung
- [4] Fotos wandelnder Reduktionsreaktionen
- [5] graphische Darstellung von Rührwirkungen
- [6] Fotos durch ein optisches Mikroskop, die Entgasungswirkungen zeigen.
- [7] Fotos durch ein optisches Mikroskop, die Wirkungen zeigen, dass ein Vermischen von Luftblasen verhindert wird.
- [8] Flussdiagramme von Rühr/Entgasungsbehandlungen
- [9] Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zum Rühren und Entgasen gemäß einer zweiten Ausführungsform
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[Ausführungsformen]
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben, wobei weder die jeweiligen Ausführungsformen noch die jeweiligen Ausführungsbeispiele dem Wesentlichen der Erfindung hinsichtlich dessen Anerkennung beschränkende Auslegungen hinzufügen. Ferner sind gleiche oder gleichartige Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht immer weiter beschrieben.
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<Ausführungsform>
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Rühren und Entgasen beschrieben.
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<Bauform der Vorrichtung>
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1 ist eine Querschnittsdarstellung der Innenstruktur einer Vorrichtung zum Rühren und Entgasen gemäß dieser Ausführungsform. Es wird ein zu behandelnder Gegenstand in einen Behälter 1 eingeschoben, der in einen Behälterhalter 2 eingeschoben wird. Das Material des Behälters wird beispielsweise entsprechend der Sorte des aufgenommen Gegenstandes und der Art der Behandlung aus Polyethylen, Keramik, Edelstahl, Aluminiumlegierung, Papier oder dergleichen gewählt.
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Der Behälterhalter 2 weist eine Rotationsachse 3 auf, die über ein Lager 4 mit einer Dreheinheit 5 in Kontakt ist, welche mit gleichzeitiger Umdrehung den Behälterhalter 2 halten kann. Der Behälterhalter 2 wird also zusammen mit der Dreheinheit 5 umgedreht. Für das Lager 4 darf man auch ein Lager anwenden, das eine (aufgrund einer Drehung entstehende) Kraft einzeln und/oder gleichzeitig abstützen kann, die auf die Rotationsachse 3 in einer Schubrichtung und einer radialen Richtung ausgeübt wird.
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Die Dreheinheiten 5 sind in einer Umdrehungswelle 6 befestigt, über die eine nachstehend beschriebene Umdrehungsbewegung auf die Dreheinheiten 5 übertragen wird. Die Umdrehungswelle 6 befindet sich parallel zur vertikalen Richtung.
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Die Rotationsachse 3 ist zur horizontalen Richtung mit einem vorgegebenen Winkel wie beispielsweise 50 ° geneigt und kreuzt die Umdrehungswelle 6 mit dem vorgegebenen Winkel. Der Neigungswinkel kann beliebig innerhalb eines Bereiches von 0 ° (horizontal) bis 90 ° (senkrecht) eingestellt werden.
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In einer Welle 7a eines Umdrehantriebsmotors 7 ist eine Riemenscheibe 8 befestigt. In der Umdrehungswelle 6 ist eine Riemenscheibe 10 befestigt. Die Drehbewegung des Umdrehantriebsmotors 7 wird von der Riemenscheibe 8 über einen Riemen 9 auf die Riemenscheibe 10 übertragen. Durch den Umdrehantriebsmotor 7 wird die Welle 7a einem Drehantrieb unterzogen, wodurch die Drehbewegung auf die Umdrehungswelle 6 übertragen wird. Der Umdrehantriebsmotor 7 und die Umdrehungswelle 6 sind auf diese Weise anhand eines ersten Drehbewegungs-Übertragungsmittels (Kraftübertragungsmittels) aus den Riemenscheiben und dem Riemen miteinander gekoppelt. Man kann als Drehbewegungs-Übertragungsmittel außer der Kombination der Riemenscheiben mit dem Riemen auch miteinander kombinierte Zahnräder verwenden. Ferner kann man ohne große Zahnräder (mit einem großen Kopfkreisdurchmesser) eine Antriebswelle zwischen den Zahnrädern einsetzen und somit die Stelle, an dem der Umdrehantriebsmotor positioniert ist, von unterhalb des Drehteils ausgleichen.
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Im Behälterhalter 2 ist ein Zahnrad 11 befestigt. In einer Rotationsantriebswelle 12 ist ein Zahnrad 13 befestigt. Die Zahnräder 11 und 13 stehen miteinander im Eingriff. Die Drehbewegung der Rotationsantriebswelle 12 wird über die Zahnräder 11 und 13 auf den Behälterhalter 2 übertragen. Die Kombination der zwei Zahnräder, wobei die Rotationsantriebswelle 12 und der Behälterhalter 2 miteinander gekoppelt werden, ergibt ein zweites Drehbewegungs-Übertragungsmittel, das allerdings außer durch die Zahnräderkombination auch durch eine Kombination von Riemenscheiben mit einem Riemen gebildet werden darf.
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Die Rotationsantriebswelle 12 ist zylindrisch (rohrartig) gebildet und über Lager 14a, 14b mit der Umdrehungswelle 6 drehbar in Kontakt. In der Rotationsantriebswelle 12 ist eine Riemenscheibe 15 befestigt. In einer Welle 16a eines Rotationsantriebsmotors 16 ist eine Riemenscheibe 17 befestigt. Die Drehbewegung des Rotationsantriebsmotors 16 wird von der Riemenscheibe 17 über einen Riemen 18 auf die Riemenscheibe 15 übertragen. Durch den Rotationsantriebsmotor 16 wird die Welle 16a einem Drehantrieb unterzogen, dessen Drehbewegung auf die Rotationsantriebswelle 12 und auf den Behälterhalter 2 übertragen wird. Für die Lager 14a, 14b darf man auch Lager anwenden, die eine (aufgrund einer Drehung entstehende) drehbar Kraft einzeln und/oder gleichzeitig abstützen können, welche auf die Rotationsachse 3 in einer Schubrichtung und einer radialen Richtung ausgeübt wird.
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Die Kombination der Riemenscheiben mit dem Riemen, wobei die Rotationsantriebswelle 12 und der Rotationsantriebsmotor 16 miteinander gekoppelt werden, ergibt ein drittes Drehbewegungs-Übertragungsmittel, das allerdings außer durch die Kombination der Riemenscheiben mit dem Riemen auch durch eine Kombination von Zahnrädern gebildet werden darf.
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Der Umdrehantriebsmotor 7 und der Rotationsantriebsmotor 16 sind in einer Befestigungsbasis 19 befestigt, in der ferner ein zylindrischer Körper 20 befestigt ist. Die Rotationsantriebswelle 12 ist über ein Lager 21 mit dem zylindrischen Körper 20 in drehbarem Kontakt. Für das Lager 21 darf man auch ein Lager anwenden, das eine (aufgrund einer Drehung entstehende) Kraft einzeln und/oder gleichzeitig abstützen kann, die auf die Rotationsachse 3 in einer Schubrichtung und einer radialen Richtung ausgeübt wird.
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Auf den Behälterhalter 2 werden auf diese Weise die Drehbewegungen des Umdrehantriebsmotors 7 und des Rotationsantriebsmotors 16 übertragen, so dass eine Rotation mit gleichzeitiger Umdrehung erfolgen kann. Für den Umdrehantriebsmotor 7 und den Rotationsantriebsmotor 16 kann man zwar beispielsweise Servomotoren verwenden. Man kann jedoch jeden Motor verwenden, sofern er die Drehzahl mit hoher Genauigkeit steuern kann. Die Drehzahlen der Umdrehung und der Rotation kann man anhand der Drehzahlen des Umdrehantriebsmotors 7 und des Rotationsantriebsmotors 16 beliebig steuern. Der Umdrehantriebsmotor 7 und der Rotationsantriebsmotor 16 können außer Drehzahlen auch Drehrichtungen steuern, wobei die Drehzahlen der Umdrehung und der Rotation sowie die Drehrichtungen beliebig miteinander kombiniert werden können. Der Steuerung der Drehzahlen des Umdrehungsmotors und des Rotationsmotors kann man auch eine Steuerung durch einen regenerativen Strom bei einer Ermittlung eines regenerativen Widerstandes durch eine Antriebssteuereinheit hinzufügen.
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Da der Behälter 1, in den der zu behandelnde Gegenstand aufgenommen ist, in den Behälterhalter 2 eingeschoben ist, wird der zu behandelnde Gegenstand mit der Zentrifugalkraft durch die Bewegungen der Rotation und Umdrehung beaufschlagt, wodurch ein Rühren/Entgasen erfolgt.
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<Rühr/Entgasungsbehandlungen>
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Bei der Erfindung werden zwei verschiedene Behandlungsbedingungen mit unterschiedlichen Wirkungen zwischen einer Rührbehandlung und einer Entgasungsbehandlung aufgestellt und durch eine Durchführung jeder der Behandlungen ein Rühren und ein Entgasen durchgeführt. Nachfolgend werden die konkreten Behandlungsbedingungen und die Wirkungen näher beschrieben.
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Zunächst nimmt man den Fall an, dass die Drehgeschwindigkeit der Rotation mit der der Umdrehung identisch ist und gleiche Richtung aufweist wie die Umdrehung. 2 zeigt schematisch einen zeitlichen Wandel des Lagenverhältnisses zwischen einer umgedrehten Scheibe 100 und einer rotierenden Scheibe 101. In 2 zeigen A, B, C, D Punkte auf der rotierenden Scheibe 101 und α einen Punkt auf der umgedrehten Scheibe 100. Diese werden zur Visualisierung der Drehsituation zweckmäßigerweise aufgezeichnet. Es zeigen der weiße Pfeil die Umdrehungsrichtung und der schwarze Pfeil die Rotationsrichtung.
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2 (a), (b), (c), (d) zeigen das Lagenverhältnis zwischen der Scheibe 100 und der Scheiben 101 bei jeweiliger gegenseitigen 1/4-Drehung. Wenn die Umdrehung und die Rotation mit gleicher Drehzahl in gleicher Richtung erfolgen, sieht auf der Scheibe 100 so aus, als ob die rotierende Scheibe 101 angehalten wäre.
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Unter dem Begriff „Drehzahl“ wird eine Drehzahl pro Zeiteinheit, also eine Drehgeschwindigkeit gemeint. Unter dem Begriff „Drehgeschwindigkeit“ eine Vektorgröße gemeint, so dass die Drehrichtung und die Drehzahl (Drehgeschwindigkeit)
in der vorstehend beschriebenen Weise festgelegt.
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Bei der Erfindung werden zwei verschiedene Bedingungen aufgestellt, bei denen der vorstehend beschriebenen Rotationsbewegung zusätzlich eine vorgegebene Drehgeschwindigkeit in umgekehrter Richtung als die Umdrehrichtung sowie eine vorgegebene Drehgeschwindigkeit in gleicher Richtung überlagert werden. Das heißt, man stellt Behandlungsbedingungen auf, unter denen die Rotation mit Drehzahlen von Ω- ω und Ω + ω erfolgt, wobei die Umdrehzahl mit Ω (beispielsweise Ω > 0) und die vorgegebene Drehzahl mit ω (beispielsweise ω > 0) bezeichnet werden. Nachfolgend werden Rühr/Entgasungsbehandlungen unter den jeweiligen Bedingungen „eine mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung“ und „eine mit einer gleichen Drehung überlagerte Behandlung“ genannt. Ferner wird zur Vereinfachung bei der Rotationsbewegung die der Drehgeschwindigkeit der Umdrehung zusätzlich überlagerte Drehung „eine der Rotation überlagerte Drehung“ genannt.
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Hinsichtlich Plus/Minus von Ω kann man die Drehrichtungen anhand von Zeichen mit den Drehzahlen in Zusammenhang bringen, wenn man eine der Drehrichtungen im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn mit Plus und die andere hiervon mit Minus bezeichnet. Bei gleichem Plus/Minus der Zeichen von Ω, Ω- ω und Ω + ω werden die Drehantriebsrichtungen des Umdrehantriebsmotors und des Rotationsantriebsmotors miteinander identisch.
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Bei einer realen Rühr/Entgasungsvorrichtung entspricht ein Behälter 1 (und der Behälterhalter 2) der rotierenden Scheibe 101. 3 zeigt die Umdrehrichtung des Behälters 1 sowie die Richtung der Drehung, die der Rotation überlagert wird. Es zeigen der weiße Pfeil die Umdrehungsrichtung und der schwarze Pfeil die Rotationsrichtung. 3 (a) zeigt eine mit einer gleichen Drehung überlagerte Behandlung, während 3 (b) die Relation zwischen der Rotationsrichtung und der Umdrehrichtung bei einer mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung zeigt. Für die Drehrichtung der Rotation wäre zwar eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn vorteilhaft, in der die Schraubbefestigung des Behälters sich nicht lockert. Sie wird jedoch nicht auf diese Richtung beschränkt.
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Nachfolgend wird das Ergebnis einer vergleichenden Untersuchung der Rühr/Entgasungswirkungen bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung beschrieben.
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<Rührwirkung>
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Zur Bestätigung der Rührwirkung wurde die Farbänderung des zu behandelnden Gegenstandes durch eine Redoxreaktion benutzt. Konkret wurde der zu behandelnde Gegenstand zunächst anhand einer Jod-Stärke-Reaktion gefärbt und danach eine Lösung in den Behälter aufgenommen, der ein Reduktionsmittel zugesetzt wurde. Als nächstes wird der Behälter unter Verwendung einer Rühr/Entgasungsvorrichtung unter den jeweiligen Bedingungen gerührt, um eine Reduktionsreaktion zu beschleunigen, wobei die Zeit bis zum Verschwinden der Farbe des zu behandelnden Gegenstandes gemessen und zum Indikator der Rührwirkung gemacht wurde. Je kürzer diese Zeit ist, heißt, dass die Rührwirkung desto größer ist.
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4 zeigen Fotos der Farbveränderungen des zu behandelnden Gegenstandes während der Rührbehandlungen bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung im Vergleich, wobei die Drehzahl der Umdrehung bei 1000 [rpm] und die bei diesen beiden Behandlungen eine der Rotation überlagerte Drehzahl bei 500 [rpm] lagen. Zur Beobachtung des Zustandes des zu behandelnden Gegenstandes während der Rührbehandlung im Behälter hat man von oberhalb des Behälters Blitzfotographie gemacht. Bei dem jeweiligen Foto ist ein schwarzer Bereich im Behälter ein durch die Jod-Stärke-Reaktion gefärbter Bereich, in dem die Reduktionsreaktion noch nicht abgeschlossen wurde. In diesem Fall beträgt die Zeit bis zum vollständigen Verschwinden des schwarzen Bereiches des zu behandelnden Gegenstandes im Behälter bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung 370 Sekunden, während sie bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung 640 Sekunden beträgt.
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Wie in 4 gezeigt wird, bleiben bei 120 Sekunden der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlungszeit und bei 480 Sekunden der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlungszeit schwarze gürtelartige Bereiche auf den Fotos bestehen, woraus ersichtlich wird, dass die Reduktionsreaktion des zu behandelnden Gegenstandes unvollendet wurde. Die Formen der schwarzen gürtelartigen Bereiche unterscheiden sich zu diesem Zeitpunkt zwischen bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung in großem Ausmaß voneinander, was zeigt, dass die Strömungen (Wirbel) der zu behandelnden Gegenstände in den Behältern sich voneinander unterscheiden.
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Ferner hat man hinsichtlich der Rührwirkung zur Untersuchung der Abhängigkeit der Drehzahl, die der Rotation überlagert wird, die Drehzahl der Umdrehung auf 1000 [rpm] fixiert, die der Rotation überlagerte Drehzahl verändert und die Rührwirkung anhand des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemessen. 5 ist eine graphische Darstellung des Messergebnisses der Rührwirkung, wobei die Abszissenachse die der Rotation überlagerte Drehzahl und die Ordinatenachse die Zeit bis zum Verschwinden der Farbe des zu behandelnden Gegenstandes durch die Reduktionsreaktion aufgezeichnet sind.
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Man kann nachvollziehen, dass bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung mit zunehmender überlagerten Drehzahl die für die Reaktion benötigte Zeit kürzer und die Rührwirkung größer werden, während bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung keine Abhängigkeit der überlagerten Drehzahl ersichtlich ist und die für die Reaktion benötigte Zeit bei jeder der Drehzahlen lang ist. Hieraus kann man entnehmen, dass die Rührwirkung bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung besser ist.
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<Entgasungswirkung>
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Als nächstes hat man die Entgasungswirkung unter zwei Standpunkten untersucht, nämlich hinsichtlich einer Wirkung, die im zu behandelnden Gegenstand enthaltenen Luftblasen zu beseitigen, und einer Wirkung, ein Vermischen (eine Entstehung) neuer Luftblasen zu verhindern. Nachfolgend werden die erstere Wirkung „Entgasungswirkung“ und die letztere Wirkung „Luftblasen-Vermischungs-Verhinderungswirkung“ genannt.
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6 zeigen Fotos durch ein optisches Mikroskop, die die Entgasungswirkung zeigen. Als zu behandelnder Gegenstand wurde Silikonöl (mit Viskositäten von 60000 [cSt], 100000 [cSt] sowie 300000 [cSt]) zubereitet, das im voraus Luftblasen enthält. So hat man die Abhängigkeit der Entgasungswirkungen von den Behandlungszeiten bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung ausgewertet. Die Zustände des Silikonöls vor und nach den Behandlungen wurden anhand eines optischen Mikroskops mit einer 50-fachen Vergrößerung photographiert. Die Rühr/Entgasungsbehandlungen wurden unter den Bedingungen mit einer Drehzahl der Umdrehung von 1000 [rpm] und einer der Rotation überlagerten Drehzahl von 500 [rpm] durchgeführt.
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Bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung wird zwar bei einer Viskosität von 60000 [cSt] eine Entgasungswirkung ersichtlich, wobei bei Viskositäten von 100000 [cSt] sowie 300000 [cSt]) beide Proben mit Behandlungszeiten von 600 [sec] sowie 1800 [sec]) viele Luftblasen behalten haben. Daraus wird ersichtlich, dass bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung anhand von Proben mit hohen Viskositäten keine Entgasungswirkung erhalten wurde. Andererseits wurden bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung
bei den beiden Proben mit Behandlungszeiten von 600 [sec] sowie 1800 [sec]) mit allen Viskositäten eine deutliche Verminderung von Luftblasen festgestellt. Das heißt, je höher die Viskosität, desto erheblicher wurde der Unterschied der Entgasungswirkung zwischen bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung, woraus ersichtlich wird, dass die Entgasungswirkung bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung auch bei einem zu behandelnden Gegenstand mit einer hohen Viskosität wie 300000 [cSt]) hoch ist.
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Der Grund der Erhöhung der Entgasungswirkung bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung besteht vermutlich in Folgendem:
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Der von der Umdrehung und der Rotation gebrachte synergistische Effekt wirkt insbesondere fürs Entgasen effektiv. Da auch entlang der Behälterinnenwand ein sich groß verbreitender Film gebildet wird, werden die innen befindlichen Luftblasen leichter an die Oberfläche verlagert, wobei die Dünnschichtwirkung das Zerplatzen der Luftblasen vermehrte.
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7 zeigt Fotos durch ein optisches Mikroskop, die die Wirkung zeigen, ein Vermischen von Luftblasen zu verhindern. Man hat Silikonöl (mit Viskositäten von 60000 [cSt], 100000 [cSt] sowie 300000 [cSt]) zubereitet, das keine Luftblasen enthält. So hat man die Abhängigkeit der in das Silikonöl vermischten Luftblasen von den Behandlungszeiten bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung ausgewertet. Die Zustände des Silikonöls vor und nach den Behandlungen wurden anhand eines optischen Mikroskops mit einer 50-fachen Vergrößerung photographiert. Die Rühr/Entgasungsbehandlungen wurden unter den Bedingungen mit einer Drehzahl der Umdrehung von 1000 [rpm] und mit der Rotation überlagerten Drehzahlen von 700 [rpm], 500 [rpm] und 300 [rpm] entsprechend bei Silikonöl mit Viskositäten von 60000 [cSt], 100000 [cSt] sowie 300000 [cSt] durchgeführt.
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Aus 7 wird ersichtlich, dass bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung bei den beiden Proben mit Behandlungszeiten von 180 [sec] sowie 300 [sec]) Luftblasen vermischt waren, während bei Proben mit Viskositäten von 100000 [cSt] sowie 300000 [cSt]) im Lauf der Behandlungszeiten Luftblasen vermehrt wurden. Man hat also bestätigt, dass durch die mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung im Silikonöl Luftblasen entstanden und vermischt wurden.
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Andererseits haben bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung Proben mit Behandlungszeiten von 180 [sec] sowie 300 [sec]) mit jeder der Viskositäten nur geringe Luftblasen enthalten.
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Daraus wird ersichtlich, dass bezüglich der Drehgeschwindigkeit der Rotation zwischen der Entgasungswirkung und der Luftblasen-Vermischungs-Verhinderungswirkung kein deutlicher Unterschied sichtbar war und dass die mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung (Ω + ω) für die beiden Wirkungen geeigneter war, sofern die Richtungen der überlagerten Drehungen unterschiedlich sind (Ω- ω oder Ω + ω), selbst wenn die der Drehgeschwindigkeit (Ω) der Umdrehung überlagerte Drehgeschwindigkeit gleiche Drehzahl (ω) hat.
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Die vorstehend beschriebenen Ergebnisse führen zur Schlussfolgerung, dass die mit einer gleichen Drehung überlagerte Behandlung eine bessere Entgasungswirkung hat als die mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung, und dass umgekehrt die mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung eine bessere Rührwirkung hat als die mit einer gleichen Drehung überlagerte Behandlung.
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Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der Rührwirkung der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung mit der Entgasungswirkung der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis einer Auswertung der Abhängigkeit der Drehzahl, die der Rotation überlagert wurde, (Abhängigkeit des Verhältnisses dieser Drehzahl zur Umdrehzahl) bei der jeweiligen Behandlung anhand von vier Stufen. Die Wirkung erhöht sich von ×, ►, ○, ⊚ der Reihe nach. In der Tabelle 1 bedeuten „Umkehrdrehung“ die mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung und „gleiche Drehung“ die mit einer gleichen Drehung überlagerte Behandlung. Daraus wird ersichtlich, dass man bei einer größeren Drehzahl, die der Rotation überlagert wird, eine höhere Rührwirkung bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung erhalten kann, während man bei einer größeren Drehzahl, die der Rotation überlagert wird, eine höhere Entgasungswirkung bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung erhalten kann.
[Tabelle 1]
| überlagerte Drehzahl (Verhältnis zur Umdrehung) | Rühren | Entgasen |
| Umkehrdrehung | gleiche Drehung | Umkehrdrehung | gleiche Drehung |
| 3 | ⊚ | ⊚ | × | × |
| 2.5 | ⊚ | ⊚ | × | × |
| 2 | ⊚ | ○ | × | × |
| 1.6 | ⊚ | ○ | × | △ |
| 1.3 | ⊚ | △ | × | △ |
| 1 | ⊚ | △ | × | △ |
| 0.8 | ⊚ | △ | × | △ |
| 0.6 | ○ | △ | × | ○ |
| 0.4 | ○ | × | △ | ○ |
| 0.2 | △ | × | ○ | ⊚ |
| 0.1 | × | × | ○ | ⊚ |
| 0.05 | × | × | ○ | ⊚ |
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Tabelle 1 zeigt, dass man auf einfache Weise optimale Rühr/Entgasungsbedingungen dadurch erhält, dass beispielsweise die der Rotation überlagerte Drehzahl 0.6-fach wie die Drehzahl der Umdrehung ist, dass man die mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung sowie die mit einer gleichen Drehung überlagerte Behandlung mindestens einmal durchführt, und dass man die jeweilige Behandlungszeit reguliert, wenn man sowohl die Rührwirkung als auch die Entgasungswirkung für wichtig hält. Anders als die herkömmliche Regulierung der Behandlungszeiten sowie der Drehgeschwindigkeiten der Umdrehung und der Rotation aufgrund der Erfahrungen der Bedienperson durch Versuch und Irrtum wird also eine einfache Optimierung der Bedingungen dadurch ermöglicht, dass man nur Zeit als Regulierungsparameter betrachtet. Infolgedessen kann man den Arbeitsaufwand und die Arbeitszeit zur Bestimmung der Behandlungsbedingungen reduzieren und somit die Personalkosten sowie Materialkosten für die Experimente reduzieren
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Wie in 6 gezeigt wird, kann man durch verlängerte Behandlungszeiten der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung ausreichend entgasen, so dass man auch unter den Bedingungen mit bevorzugter Rührwirkung Wirkungen erhalten, die die Produkte benötigen. Tabelle 1 zeigt, dass es reicht, wenn eine 1.6-fache Drehzahl wie die Umdrehzahl der Rotation überlagert wird, im Fall, dass beispielsweise die Rührwirkung bevorzugt wird. Wenn dagegen die Entgasungswirkung bevorzugt wird, reicht es, eine 0.2-fache Drehzahl wie die Umdrehzahl der Rotatoin zu überlagern und die jeweiligen Behandlungszeiten der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung zu regulieren. Man kann durch Auswählen der Bedingungen, unter denen das Rühren oder das Entgasen bevorzugt wird, das heißt, durch Auswählen der Drehzahl, die der Rotation überlagert wird, entsprechend den Spezifikationen der geforderten Produkte die Herstellungskosten reduzieren, da somit die totalen Behandlungszeiten verkürzt werden können.
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Der Grund der erheblichen Unterschiede der Rühr/Entgasungswirkungen zwischen der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung besteht vermutlich in der Interferenzwirkung aufgrund der Überlagerung einer Drehung, deren Richtung anders ist als die der Umdrehung.
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Bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung werden die Drehgeschwindigkeiten der Rotation und der Umdrehung miteinander multipliziert, da an einer Stelle im Behälter, die beispielsweise von der Umdrehungsmitte am meisten entfernt ist, nämlich an einem Punkt mit maximaler Zentrifugalkraft der Umdrehung, die Drehrichtungen der Umdrehung und der Rotation gleich sind. Andererseits werden die Drehgeschwindigkeiten der Umdrehung und der Rotation beispielsweise an einer der Umdrehungsmitte nächsten Stelle (an einem Punkt mit minimaler Zentrifugalkraft der Umdrehung) durcheinander aufgehoben, da die Drehrichtungen der Umdrehung und der Rotation umgekehrt sind.
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Bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung wird die Interferenzwirkung der Drehgeschwindigkeiten der Rotation und der Umdrehung umgekehrt als im Fall der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung. Infolgedessen verhält sich die auf den zu behandelnden Gegenstand im Behälter ausgeübten Kraft zwischen der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung in großem Maß unterschiedlich, was vermutlich zu den erheblichen Differenzen hinsichtlich der Rühr/Entgasungswirkungen führte.
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Beim herkömmlichen Verfahren, bei dem man bei Rühr/Entgasungsbehandlungen mit Umdrehungen/Rotationen einfach die Rotationsrichtung bzw. die Umdrehrichtung umkehrt, wird keine effektive Interferenzwirkung der Rotation und der Umdrehung erhalten, so dass man derartige erheblich unterschiedlichen Wirkungen auch nicht erhalten kann. Die herkömmliche Entgasungsbehandlung wurde unter einer Bedingung durchgeführt, bei der das Verhältnis zwischen der Umdrehung und der Rotation verkleinert wird. Erfindungsgemäß führt man jedoch jeweils eine mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung und eine mit einer gleichen Drehung überlagerte Behandlung jeweils durch, wodurch man bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung die der Rotation zu überlagernde Drehzahl auch hoch einstellen und Bedingungen aus einem breiteren Umfang auswählen als beim herkömmlichen Verfahren. Hierdurch kann man auch zur Unterdrückung der herkömmlich schwierigen (bzw. mit großem Aufwand verbundenen) Absonderung der gemischten Flüssigkeit aus Bestandteilen mit unterschiedlichen spezifischen Gewichten auf einfache Weise optimale Bedingungen herausfinden.
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Bei den vorstehend beschriebenen zwei Arten Behandlungen wurde zwar der Rotation gleiche Drehzahl überlagert. Man kann jedoch bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung die zu überlagernde Drehzahl jeweils geeignet regulieren, um unterschiedliche Drehzahlen zu überlagern. Das heißt, man kann eine der Umdrehung in umgekehrter Richtung überlagerte Drehzahl bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung als erste Drehzahl und eine der Umdrehung in gleicher Richtung überlagerte Drehzahl bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung als zweite Drehzahl bezeichnen, wobei die erste Drehzahl und die zweite Drehzahl nicht auf die vorstehend beschriebene gleiche Drehzahl beschränkt sind, sondern auch unterschiedlich sein können.
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In diesem Fall kann man durch eine Einstellung der überlagerten ersten und zweiten Drehzahlen innerhalb von für die Rühr/Entgasungswirkungen wirksamen Bereichen Bedingungen in breiten Bereichen zur Betonung der jeweiligen Wirkung festlegen. Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, dass konkret die erste Drehzahl, mit der die Rührwirkung erhalten wird, in einem Bereich von größer/gleich 0.2-fach und kleiner/gleich 2.0-fach der Umdrehzahl liegt, und dass die zweite Drehzahl, mit welcher die Entgasungswirkung erhalten wird, in einem Bereich von größer/gleich 0.05-fach und kleiner/gleich 1.6-fach der Umdrehzahl liegt. Es reicht also, wenn man in diesen Bereichen die jeweilige Drehzahl einstellt.
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Man kann die erste Drehzahl und die zweite Drehzahl anhand des Verhältnisses zur Umdrehzahl bestimmen. Diese Verhältnisse kann man in eine nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung im voraus speichern und aufgrund dessen die erste Drehzahl und die zweite Drehzahl berechnen, um den Aufwand und die Kosten zur Bestimmung optimaler Bedingungen zu reduzieren.
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<Verfahren zur Rühr· Entgasungsbehandlung>
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Nachfolgend wird der Ablauf von Rühr/Entgasungsbehandlungen unter Anwendung der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung beschrieben, wobei zur Verdeutlichung der Eigenschaft der Behandlung in jedem Schritt (Vorgang) eine Behandlung, deren Hauptziel das Rühren ist, einen Rühr-Schritt und eine Behandlung, deren Hauptziel das Entgasen ist, einen Entgasungs-Schritt genannt und im Rühr-Schritt die mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung und im Entgasungs-Schritt die mit einer gleichen Drehung überlagerte Behandlung durchgeführt werden.
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Im Folgenden wird unter dem „Start-Schritt“ ein Schritt gemeint, bei dem ein zu behandelnder Gegenstand in einen Behälter aufgenommen wird, welcher in einen Behälterhalter eingeschoben wird, bei dem man Behandlungsbedingungen festlegt, und bei dem die Vorrichtung betrieben wird. Unter dem „Abschluss-Schritt“ wird ein Schritt gemeint, bei dem man bestätigt, dass die Drehung des Behälters vollständig gestoppt hat, und bei dem man danach den Behälter aus dem Behälterhalter entfernt.
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8 zeigt den Ablauf der Rühr/Entgasungsbehandlungen anhand dieser Vorrichtung, der aus einem Start-Schritt, einem Rühr-Schritt, einem Entgasungs-Schritt sowie einem Abschluss-Schritt besteht und hauptsächlich in folgende vier Kombinationen vom Rühren und Entgasen aufteilt wird. Man kann bei dem Rühr-Schritt und dem Entgasungs-Schritt jeweils mehrere Behandlungen auch durchführen. Je nach Zweck des zu behandelnden Gegenstandes oder der Behandlung wird nur der Rühr-Schritt oder der Entgasungsschritt durchgeführt, wobei diese Vorrichtung auch selbstverständlich geeignet ist.
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Nachfolgend wird der jeweilige Ablauf konkret und der Reihe nach beschrieben, wobei der nach rechts gerichtete Pfeil die Reihenfolge des Ablaufs zeigt.
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(Ablauf 1) Start-Schritt → Rühr-Schritt → Entgasungs-Schritt → Abschluss-Schritt
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Dieser Ablauf hat den Zweck, zu beseitigende Luftblasen beim Entgasungs-Schritt, der nach dem Rühren beim Rühr-Schritt erfolgt, zu beseitigen.
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(Ablauf 2) Start-Schritt →Entgasungs-Schritt → Rühr-Schritt → Abschluss-Schritt
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Dieser Ablauf hat den Zweck, beim Entgasungs-Schritt Blasen zu beseitigen, die beim Einbringen des zu behandelnden Gegenstandes in den Behälter entstehen, und somit in einem Zustand ohne Luftblasen zu rühren.
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(Ablauf 3) Start-Schritt →Entgasungs-Schritt → Rühr-Schritt → Entgasungs-Schritt → Abschluss-Schritt
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Dieser Ablauf hat den Zweck, wie beim Ablauf 2 zunächst Luftblasen zu beseitigen, in einem Zustand ohne Luftblasen zu rühren und zum Schluss die im Rühr-Schritt entstandenen Luftblasen zu beseitigen.
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(Ablauf 4) Start-Schritt → Rühr-Schritt → Entgasungs-Schritt → Rühr-Schritt → Abschluss-Schritt
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Dieser Ablauf hat den Zweck, nach dem Rühren beim Rühr-Schritt zu beseitigende Luftblasen beim Entgasungs-Schritt zu beseitigen und zum Schluss die Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes durch den Rühr-Schritt abzufalchen, um den zu behandelnden Gegenstand beim nächsten Vorgang weiter verwenden zu können, selbst dann, wenn dieser beim Entgasungs-Schritt
eventuell hervortreten mag.
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(Ablauf 5) Start-Schritt → Rühr-Schritt → Abschluss-Schritt
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Dieser Ablauf wird hauptsächlich dann angewendet, wenn eine Rührbehandlung benötigt wird.
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(Ablauf 6) Start-Schritt → Entgasungs-Schritt → Abschluss-Schritt
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Dieser Ablauf wird hauptsächlich dann angewendet, wenn eine Entgasungsbehandlung benötigt wird.
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Der jeweilige Ablauf der Rühr/Entgasungsbehandlungen besteht , wie vorstehend beschrieben wurde, aus Informationen über die Reihenfolge des zu behandelnden jeweiligen Schrittes sowie über den Inhalt des jeweiligen Schrittes. In einem in diese Vorrichtung integrierten Ablauf-Speicherteil werden unter Bezug auf den jeweiligen Ablauf die Reihenfolge des jeweiligen Schrittes und der Inhalt der Behandlung des jeweiligen Schrittes im voraus gespeichert. Alternativ kann die Bedienperson beim Start-Schritt die Behandlungsbedingungen eingeben und im Ablauf-Speicherteil speichern.
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Bei den vorstehend beschriebenen Abläufen kann man entsprechend den Normen geforderter Produkte (Homogenität der Dispersion sowie Menge der vermischten Luftblasen, die jeweils nach den Behandlungen gefordert wird) effektiv (in kurzer Zeit) die Behandlungen durchführen. Der gewünschte Ablauf wird beim Start-Schritt von der Bedienperson gewählt oder bestimmt.
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<Rühr/Entgasungsbehandlungen anhand der Rühr/Entgasungsvorrichtung>
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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung weist einen Antriebsmechanismus, bei dem ein Motor zum Antreiben der Umdrehung und ein Motor zum Antreiben der Rotation einzeln angeordnet sind, so dass man bei dem jeweiligen Schritt die der Rotation zu überlagernde Drehzahl unabhängig von der Umdrehung ändern. Bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung dreht sich ein Rotationsantriebsmotor mit einer Drehzahl, die sich durch gleiche Drehzahl wie die der Umdrehung abzüglich einer vorgegebenen Drehzahl ergibt. Bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung dreht sich der Rotationsantriebsmotor mit einer Drehzahl, die sich durch gleiche Drehzahl wie die der Umdrehung zuzüglich einer vorgegebenen Drehzahl. Eine in die Vorrichtung integrierte Steuereinheit führt bei dem jeweiligen Schritt, der bei dem jeweiligen Ablauf bestimmt wird, unter bestimmten Behandlungsbedingungen Rühr/Entgasungsbehandlungen durch. Nachfolgend wird der konkret durchgeführte Inhalt bei der Vorrichtung beschrieben.
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Als erstes werden in einen in die Vorrichtung integrierten ersten Speicherteil die Umdrehzahl, eine zu überlagernde erste Drehzahl sowie eine zu überlagernde zweite Drehzahl gespeichert. Hierbei kann man für die erste Drehzahl und die zweite Drehzahl die Drehzahlen an sich speichern oder das jeweilige Verhältnis zur Umdrehzahl speichern. Ein erster Speicherteil kann eine gleiche Vorrichtung wie der Ablauf-Speicherteil sein.
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Als nächstes wird in einer in die Vorrichtung integrierten Recheneinheit beispielsweise aus einem Mikrocomputer durch ein Kommando aus einer in die Vorrichtung integrierten Steuereinheit beispielsweise aus einem Mikrocomputer eine Berechnung bezüglich der Umdrehzahl gegenüber einer ersten Drehzahl sowie einer zweiten Drehzahl durchgeführt. Konkret werden aus dem ersten Speicherteil die Umdrehzahl, die erste Drehzahl sowie die zweite Drehzahl eingelesen, von der Umdrehzahl die erste Drehzahl substrahiert, um eine erste Rotationsdrehzahl zu berechnen, und der Umdrehzahl die zweite Drehzahl addiert, um eine zweite Rotationsdrehzahl zu berechnen. Falls die Verhältnisse der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl zur Umdrehzahl gespeichert sind, reicht es, die erste Rotationsdrehzahl und die zweite Rotationsdrehzahl zu berechnen, nachdem in der Recheneinheit ausgehend von diesen Verhältnissen und der Umdrehzahl die erste Drehzahl und die zweite Drehzahl berechnet wurden. Die aus dem ersten Speicherteil eingelesenen ersten und zweiten Drehzahlen sind somit nicht auf Drehzahlen an sich beschränkt, sondern auch Verhältnisse der ersten und zweiten Drehzahlen zur Umdrehzahl enthalten.
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Als nächstes werden die ersten und zweiten Drehzahlen von der Recheneinheit in einen zweiten Speicherteil gespeichert, der auch eine gleiche Vorrichtung wie der erste Speicherteil sein kann.
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Als nächstes liest die in die Vorrichtung integrierte Steuereinheit beispielsweise aus einem Mikrocomputer die beim Start-Schritt bestimmten Ablaufinformationen (die Reihenfolge sowie der Behandlungsinhalt des jeweiligen Schrittes) aus dem Ablauf-Speicherteil ein. Danach liest die Steuereinheit eine Umdrehzahl, eine erste Rotationsdrehzahl sowie eine zweite Rotationsdrehzahl, die durch den eingelesenen Ablauf bestimmt wurden, aus dem ersten Speicherteil und dem zweiten Speicherteil ein, steuert und treibt der Reihe der bestimmten Schritte nach den Umdrehantriebsmotor und den Rotationsantriebsmotor an. Die Recheneinheit kann auch eine gleiche Vorrichtung (beispielsweise ein Mikrocomputer) wie die Steuereinheit sein.
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Da die Rühr/Entgasungsvorrichtung auf diese Weise den Rotationsantriebs-Mechanismus, den Umdrehantriebs-Mechanismus, die Speicherteile, die Recheneinheit sowie die Steuereinheit umfasst, kann man den bestimmten Abläufen folgen und die mit einer Umkehrdrehung überlagerte Behandlung und die mit einer gleichen Drehung überlagerte Behandlung durchführen. Man kann auch durch einen Vergleich der unter den bestimmten Behandlungsbedingungen berechneten Zahlenwerte mit der Datenbank der Behandlungsbedingungen, die im voraus in den Speicherteilen gespeichert wurden, geeignete Behandlungsschritte und/oder Antriebssteuerbedingungen wählen und somit steuern, die aber auch in der Steuereinheit automatisch ausgewählt werden dürfen.
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<Ausführungsform>
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Bei der ersten Ausführungsform wird, wie in 1 dargestellt wird, anhand von zwei Motoren, die in einer Befestigungsbasis befestigt sind, die Umdrehung und die Rotation angetrieben. Bei einer zweiten Ausführungsform wird auf dem Umdrehantriebsmotor der Rotationsantriebsmotor angeordnet, um die Umdrehungsbewegung des Umdrehantriebsmotors auf den Hauptkörper des Rotationsantriebsmotors zu übertragen. Infolgedessen wird mit gleichzeitiger Umdrehung des Hauptkörpers des Rotationsantriebsmotors die Rotationsbewegung auf den Behälterhalter übertragen.
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Die Umdrehungswelle ist in einem Rotor des Umdrehantriebsmotors befestigt. Die Rotationsantriebswelle ist in einem Rotor des Rotationsantriebsmotors befestigt. Hierdurch kann man den Verlust der Kraftübertragung zwischen diesen Drehwellen und den Antriebsmotoren verhindern und die Umdrehung und die Rotation noch genauer steuern.
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Ferner kann man durch die Bauart, dass der Umdrehantriebsmotor und der Rotationsantriebsmotor zweistufig geschichtet sind, eine kompaktere Vorrichtung realisieren.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von 9 näher beschrieben.
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Wie bei der ersten Ausführungsform wird ein Behälter 1 in einen Behälterhalter 22 eingeschoben, der eine Rotationsachse 23 hat, die über ein Lager 24 mit einer Dreheinheit 25 in drehbarem Kontakt ist.
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Die Dreheinheit 25 ist in einer horizontalen Platte 26 befestigt, die in einer Umdrehungswelle 27 befestigt ist. Ein Umdrehantriebsmotor 28 umfasst einen Rotor 29 und einen Stator 30. Der Stator 30 ist über ein Gehäuse 31 des Umdrehantriebsmotors 28 in einer Befestigungsbasis 32 befestigt. Der Rotor 29 ist in der Umdrehungswelle 27 befestigt und über ein Lager 33 mit dem Gehäuse 31 des Umdrehantriebsmotors 28 in drehbarem Kontakt. Die Umdrehungswelle 27 dreht sich deshalb gegenüber der Befestigungsbasis 32.
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Die Umdrehungswelle 27, die horizontale Platte 26 sowie die Dreheinheiten 25 sind ineinander befestigt, so dass sie durch den Umdrehantriebsmotor 28 unmittelbar angetrieben und umgedreht werden. Infolgedessen wird auch der Behälterhalter 22 umgedreht.
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Ferner ist ein Rotationsantriebsmotor 34 in der horizontalen Platte 26 befestigt, so dass die Umdrehungswelle 27, die horizontale Platte 26 sowie der Rotationsantriebsmotor 34 anhand des Umdrehantriebsmotors 28 gleichzeitig umgedreht werden.
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Der Rotationsantriebsmotor 34 umfasst einen Stator 35 sowie einen Rotor 36. Der Stator 35 ist über ein Gehäuse 37 des Rotationsantriebsmotors 34 in der horizontalen Platte 26 befestigt. Der Rotor 36 ist in einer Rotationsantriebswelle 38 befestigt, die über ein Lager 39 mit der Umdrehungswelle 27 in drehbarem Kontakt ist und anhand des Rotationsantriebsmotors 34 unmittelbar angetrieben wird.
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Ein Zahnrad 40 ist in der Rotationsantriebswelle 38 befestigt. Ein Zahnrad 41 ist im Behälterhalter 22 befestigt. Das Zahnrad 40 steht mit dem Zahnrad 41 im Eingriff, so dass die Drehbewegung des Rotationsantriebsmotors 34 auf den Behälterhalter 22 übertragen wird, der um die Rotationsachse herum rotiert.
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Die Rotationsachse 23 ist mit einem vorgegebenen Winkel zwischen 0 ° bis 90 °, beispielsweise mit 50 °, zur Umdrehungswelle 27 geneigt. Vorstehend wurde zwar ein Beispiel gezeigt, bei dem als ein viertes Drehbewegungs-Übertragungsmittel Zahnräder verwenden werden. Man kann jedoch als ein viertes Drehbewegungs-Übertragungsmittel auch ein Kombination eines Übertragungsriemens mit Riemenscheiben verwenden.
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Da der Rotationsantriebsmotor 34 umgedreht wird, wird der Drehbewegung des Rotationsantriebsmotors 34 die Umdrehung überlagert. Es reicht deshalb, wenn der Rotationsantriebsmotor 34 bei der mit einer Umkehrdrehung überlagerten Behandlung und bei der mit einer gleichen Drehung überlagerten Behandlung nur die zu überlagernde Drehung steuert. Ferner ist es vorteilhafter, zusätzlich zur Steuerung der zu überlagernden Drehung auch den Einfluss der Trägheitskraft infolge der Umdrehung auf die Trägheitskraft infolge der Rotation zu steuern.
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Konkret werden die Umdrehzahl in den ersten Speicherteil gespeichert und zugleich eine erste Drehzahl, die als erste Rotationsdrehzahl der Umdrehung überlagert wird, sowie eine zweite Drehzahl, welche als zweite Rotationsdrehzahl der Umdrehung überlagert wird, jeweils in den in die Vorrichtung integrierten ersten Speicherteil gespeichert.
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Die erste Rotation hat eine umgekehrte Drehrichtung als die zweite Rotation. In den ersten Speicherteil werden auch Zeichen gespeichert, die Drehrichtungen bezüglich der ersten Rotationsdrehzahl und der zweiten Rotationsdrehzahl zeigen. Man kann beispielsweise den Uhrzeigersinn als Plus-Wert bezeichnen und der Umdrehzahl, der ersten Rotationsdrehzahl und der zweiten Rotationsdrehzahl Plus- oder Minuswerte entsprechend der Drehrichtung zuordnen. Alternativ kann man aber auch Extra-Zeichen der Drehrichtungen zuordnen, wobei man den Uhrzeigersinn als „1“, den Gegenuhrzeigersinn als „0“ unter Bezug auf die Umdrehzahl, die erste Rotationsdrehzahl und die zweite Rotationsdrehzahl in den ersten Speicherteil speichern.
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Die in die Vorrichtung integrierte Steuereinheit beispielsweise aus einem Mikrocomputer treibt entsprechend dem bestimmten Ablauf den Umdrehantriebsmotor 28 und den Rotationsantriebsmotor 34 an. Das heißt, die Steuereinheit liest den vorgegebenen Ablauf ein, der im Ablauf-Speicherteil gespeichert ist, welcher in die Vorrichtung integriert ist, und treibt der Behandlungsreihenfolge des eingelesenen Ablaufs nach den Umdrehantriebsmotor 28 mit der im ersten Speicherteil gespeicherten Umdrehzahl an, während sie den Rotationsantriebsmotor 34 mit der ersten Rotationsdrehzahl sowie in deren Drehrichtung oder mit der zweiten Rotationsdrehzahl sowie in deren Drehrichtung antreibt.
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Die Steuereinheit kann den Umdrehantriebsmotor 28 und den Rotationsantriebsmotor 34 durch einen Strom steuern, der über einen Gleitring 42 geliefert wird. Statt des Gleitrings 42 kann man auch ein bekanntes Speisemittel für schnell rotierende Gegenstände anwenden wie beispielweise einen Drehverbinder oder eine drahtlose Strom lieferung.
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Bei den ersten und zweiten Ausführungsformen werden zwei Antriebsmotoren verwendet. Man kann jedoch nur einen Antriebsmotor verwenden und die Umdrehung und die Rotation anhand eines Kraftübertragungsmittels und durch Pulverbremsen auch steuern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 2
- Behälterhalter
- 3
- Rotationsachse
- 4
- Lager
- 5
- Dreheinheit
- 6
- Umdrehungswelle
- 7
- Umdrehantriebsmotor
- 7a
- Welle
- 8
- Riemenscheibe
- 9
- Riemen
- 10
- Riemenscheibe
- 11
- Zahnrad
- 12
- Rotationsantriebswelle
- 13
- Zahnrad
- 14a, 14b
- Lager
- 15
- Riemenscheibe
- 16
- Rotationsantriebsmotor
- 16a
- Welle
- 17
- Riemenscheibe
- 18
- Riemen
- 19
- Befestigungsbasis
- 20
- zylindrischer Körper
- 21
- Lager
- 22
- Behälterhalter
- 23
- Rotationsachse
- 24
- Lager
- 25
- Dreheinheit
- 26
- horizontale Platte
- 27
- Umdrehungswelle
- 28
- Umdrehantriebsmotor
- 29
- Rotor
- 30
- Stator
- 31
- Gehäuse
- 32
- Befestigungsbasis
- 33
- Lager
- 34
- Rotationsantriebsmotor
- 35
- Stator
- 36
- Rotor
- 37
- Gehäuse
- 38
- Rotationsantriebswelle
- 39
- Lager
- 40
- Zahnrad
- 41
- Zahnrad
- 42
- Gleitring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 6071110 [0007]
- JP 2013202482 [0007]
- JP 2007190464 [0007]
