DE4335612C1 - Verfahren zur Antriebssteuerung einer Mischvorrichtung und Mischvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Antriebssteuerung einer Mischvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Mischvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bereits grund­ sätzlich aus der WO 89/08495 A1 bekannt. Diese Druckschrift lehrt jedoch ein stochastisches Mischverfahren, bei dem die Antriebswellen in unregelmäßiger und nicht vorhersehbarer Weise angetrieben werden. Der Mischbehälter wird zufallsverteilt unregelmäßig um mehrere Achsen bewegt, wobei der Misch­ prozeß nicht reproduzierbar ist. Aufgrund der Zufälligkeit der Mischbewegung ist es möglich, daß ein bestimmter Mischvorgang nachteilig ist oder sogar zu einer Entmischung führt. Für die Herstellung eines gleichbleibend günstigen Mischergebnisses muß jedoch gewährleistet sein, daß bestimmte Mischungen den selben Bewegungsablauf durchlaufen und somit gleiche Mischergebnisse erzielt werden.

Aus der DE-OS 20 22 259 ist ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von Pulver in Form eines drehbaren Fasses bekannt, das um zwei zueinander senkrechte Achsen gedreht bzw. gekippt werden kann. Ferner ist aus der DE 24 08 204 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von fließfähigem Gut mittels einer kühlbaren und drehbaren Trommel bekannt, bei dem die Trommeldrehzahlen intervallmäßig einstellbar sind. Schließlich ist aus der DE 27 34 488 C2 eine Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten bekannt, bei der im Abstand von einer Rotorachse auf dem Rotor ein Rohr zur Aufnahme von Flüssigkeit an­ geordnet ist, dem ein von dem Rotorantrieb unabhängiger Rohrantrieb zugeordnet ist.

Ferner sind bereits Freifallmischer bekannt, die sich um eine Rotationsachse bewegen und eine schüttelnde Bewegung vollführen. Hierbei entsteht eine Bewegung, die in ihrem Ablauf nicht beeinflußt werden kann. Unkontrollierte Bewegungen können bei Produkten, die sich in der Dichte stark unterschei­ den, Windsichtungen hervorrufen. Bei einfachen Drehbewegungen kann durch das Abrollen eine Entmischung auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das gattungsgemäße Ver­ fahren zur Antriebssteuerung einer Mischvorrichtung und die zugehörige Mischvorrichtung derart weiterzubilden, daß eine schnellere und gleichmäßi­ gere Durchmischung bei allen Mischvorgängen erzielt werden kann, wobei sich bestimmte Mischvorgänge reproduzieren lassen.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehrichtungen von Innenwelle und Außenwelle jeweils periodisch gewechselt werden und daß nach jedem Drehrichtungs­ wechsel die jeweilige Welle mit einer vorbestimmten Drehzahl angetrieben wird. Die Drehrichtung der Innenachse wird somit in einem für die Innenwelle charakteristischen Periodenabstand umgekehrt und sodann wird eine vor­ bestimmte Drehzahl angefahren. In gleicher Weise wird auch die Drehrichtung der Außenwelle in einem für die Außenwelle charakteristischen Periodenab­ stand umgekehrt und sodann wird die Außenwelle auf eine neue vorbestimm­ te Drehzahl gebracht. Die Drehzahlen lassen sich nicht momentan einstellen, sondern bedürfen aufgrund der Trägheit einer gewissen Anlaufzeit, um eine vorbestimmte Drehzahl zu erreichen. Beim Wechsel der Drehrichtung wird die augenblickliche Drehzahl zunächst auf Null gefahren und dann anschließend die Welle in der Gegenrichtung auf die vorbestimmte Drehzahl gebracht.

Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel mit Drehzahl-Steuermitteln ver­ bunden sind, die zur Änderung der Drehzahl und Drehrichtung der Antriebsmittel geeignet sind, daß die Steuermittel mit einer Steuereinheit verbunden sind, die den vor­ bestimmten Drehzahlen entsprechende Steuerwerte für die Innenwelle und für die Außenwelle im jeweiligen Periodenabstand erzeugt und an die Steuermittel liefert. Die erfindungsgemäß eingesetzten Steuermittel ermöglichen eine Änderung der Drehzahl des zugehörigen Antriebsmittels durch Änderung der dem Antriebsmittel zugeführten Energie. Durch Änderung der Energie wird die Drehzahl erhöht oder gesenkt. Bei Umkehr der Polarität bzw. Flußrichtung wird die Drehrichtung geändert.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige erfindungsgemäße Mischvorrichtung zeichnen sich dadurch aus, daß Mischabläufe erzielt wer­ den, die sich bei jedem Mischvorgang einstellen und reproduzieren lassen. Eine größtmögliche Scherung tritt im Mischgut auf, da die Drehrichtungen in zeitlichen Abständen gewechselt werden, was zu einer wirkungsvollen Ver­ mischung führt. Durch Wahl von vorbestimmten Drehzahlen nach jedem Drehrichtungswechsel kann für jedes Mischgut ein optimales Mischprogramm erzeugt werden, das sich reproduzieren läßt. So kann der Bewegungsablauf, speziell die Beschleunigungsvorgänge dem zu mischenden Produkt angepaßt werden. Produkte, die zu Agglomerationen neigen, können besonders stark beschleunigende Mischvorgänge erfahren. Produkte, die sehr empfindlich sind, können durch einen schonenden Mischablauf gemischt werden. Das Verfahren und die Vorrichtung erlauben eine optimale Anpassung an die speziellen Voraussetzungen der zu mischenden Produkte.

Bevorzugt sind die vorbestimmten Drehzahlen aufeinanderfolgender Perioden einer Welle unterschiedlich. Dadurch werden sich wiederholende identische Mischabläufe vermieden. Durch Änderung der vorbestimmten Drehzahl einer Periode gegenüber der Drehzahl in der vorangegangenen Periode ist der Drehrichtungswechsel gekoppelt mit einer veränderten Drehzahl, was den Mischerfolg erhöht.

Die Drehzahl jeder Welle wird bevorzugt nach Erreichen der vorbestimmten Drehzahl während einer Zeitdauer konstant gehalten, die kleiner ist als eine Periodendauer. Wenn die jeweilige Welle die ihr vorbestimmte Drehzahl erreicht hat, wird diese Drehzahl während einer vorbestimmten Zeitdauer konstant gehalten, um eine Vermischung des Mischgutes unter diesen Bedin­ gungen zu erreichen.

Die Perioden von Innenwelle und Außenwelle sind bevorzugt gleich lang. Dies begünstigt den technischen Aufwand für die Einrichtung der Perioden. Ferner wurde festgestellt, daß gleiche Periodenlängen für die Steuerzyklen von Innenwelle und Außenwelle keine störenden Entmischungen zur Folge haben.

In besonders bevorzugter Weise weisen die Drehzahlen von Innenwelle und Außenwelle eine Phasendifferenz von etwa 90 Grad auf. Dadurch ist jede übereinstimmende oder gegenläufige Bewegung von Innenwelle und Außen­ welle vermieden. Wenn die eine Welle beim Drehrichtungswechsel durch den Null-Punkt gefahren wird, hat die andere Welle ihre jeweils vorbestimmte Drehzahl erreicht. Die Phasendifferenz beträgt somit etwa 90°. Sie kann aber im Bereich von 60° < δ < 120° liegen.

Bevorzugt eilt die Phase der Außenwelle der Phase der Innenwelle voraus. Bei dieser Einstellung wurde eine besonders wirkungsvolle Vermischung bemerkt.

Es ist ferner bevorzugt, daß die vorbestimmten Drehzahlen der beiden Wellen in benachbarten Perioden gleich sind bzw. sich um einen konstanten Faktor unterscheiden. Dies bedeutet, daß abgesehen von der Phasendifferenz die beiden Wellen mit den selben Drehzahlen angetrieben werden. Auch dies hat keine Entmischung zur Folge, sondern senkt den technischen Aufwand bei der Steuerung.

In einer bevorzugten Ausführungsform wiederholt sich jede Folge von vor­ bestimmten Drehzahlen nach N Folgegliedern. Die Folge ist somit rekursiv und fängt nach N Drehzahlenwerten wieder von vorn an. Eine derartige Wiederho­ lung bestimmter Mischabläufe senkt den Steueraufwand bzw. die Anzahl der zu erzeugenden Drehzahlwerte. Gleichzeitig führt eine Wiederholung längerer Mischzyklen nicht zu einer Entmischung.

Besonders bevorzugt wird die Folge von vorbestimmten Drehzahlwerten durch einen pseudostochastischen Algorithmus gewonnen, wobei die Drehzahlwerte beispielsweise durch eine Rekursionsformel bei gegebenem Anfangswert gewonnen werden. Ein solcher pseudostochastischer Algorithmus liefert eine Gleichverteilung der in einem Zyklus auftretenden Drehzahlwerte, was die Mischwirkung verbessert.

Die Rekursionsformel kann beispielsweise die folgende Form haben:

n_i+1 = (K₁ × n_i + K₂) mod K₃

wobei K₁, K₂, K₃ Konstanten sind und die Folge nach K₃-Werten rekursiv ist. Eine Rekursionsformel dieses Typs eignet sich hervorragend für die Gewin­ nung von Werten, die nach K₃-Werten rekursiv auftreten.

Alternativ zu dem zuvorgenannten pseudostochastischen Algorithmus wird die Folge der Drehzahlwerte in einem Speicher abgelegt und sequentiell abgerufen. Je nach Art der Mischaufgabe lassen sich somit bestimmte empi­ risch bevorzugte Mischzyklen für jeden bestimmten Mischauftrag abspeichern und reproduzieren.

Der Unterschied zwischen der gespeicherten Folge von Drehzahlwerten und der rekursiv erzeugten Folge von Drehzahlwerten besteht darin, daß die rekursiv erzeugten Werte eine Gleichverteilung aufweisen, die für die abge­ speicherten Werte nicht notwendig ist.

In einer bevorzugten Ausbildung der eingangs genannten erfindungsgemäßen Mischvorrichtung weist die Steuereinheit eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung auf, in der die Steuerwerte abgespeichert und abrufbar sind.

Alternativ weist die Steuereinheit eine Berechnungseinrichtung auf, die die Steuerwerte aufgrund einer Rekursionsformel berechnet.

Die erfindungsgemäßen Antriebsmittel können sein Elektromotoren, Hydraulik­ motoren oder Pneumatikmotoren, je nach dem welches Antriebsmittel für den speziellen Fall gewünscht wird. Dementsprechend sind die mit den Antriebs­ mitteln verbundenen Steuermittel Frequenzumformer für den Fall der Elek­ tromotoren, hydraulische Ventile für den Fall der Hydraulikmotoren und pneumatische Ventile für den Fall der Pneumatikmotoren. Im Falle der Wahl von Gleichstrommotoren sind die Steuermittel in Form von Drehzahlstellern vorgesehen, die die Stärke des dem Gleichstrommotor zugeführten Stroms verändern. Die Frequenzumformer werden im Falle von Wechselstrom-Moto­ ren eingesetzt, die durch Änderung der Frequenz gesteuert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Mischvorrichtung.

Fig. 2 ein Schaltdiagramm für die Steuerung der Elektromotoren der Misch­ vorrichtung.

Fig. 3 ein Steuerdiagramm für die Drehzahl einer Welle.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung prinzipiell dargestellt, wobei ein Mischbehälter 2 vorgesehen ist, der karda­ nisch aufgehängt ist. Der Mischbehälter 2 ist verbunden mit einer drehbar gelagerten Innenwelle 4, die über ein Getriebe 18 mit einem Elektromotor 6 verbunden ist.

Die Innenwelle 4 ist auf einem Halter 5 einer Außenwelle 8 gelagert, die zum Ausgleich des Gewichtes des Halters 5 ein Gegengewicht 20 aufweist, das dem Halter 5 gegenüber mit der Außenwelle 8 verbunden ist. Die Welle 8 ist durch Lager 22 geführt und endet in einem Kegelradgetriebe 24, das mit einem Elektromotor 10 verbunden ist.

Eine elektrische Zuleitung 30 für den Elektromotor 6 der Innenwelle 4 ist durch eine Schleifring-Durchführung 28 in das Kegelradgetriebe 24 und von dort durch die hohl ausgebildete Außenwelle 8 zum Elektromotor 6 geführt. Eine elektrische Zuleitung 32 ist mit dem Elektromotor 10 der Außenwelle verbunden.

Gemäß Fig. 2 ist die elektrische Zuleitung 32 des Elektromotors 10 mit dem Frequenzumformer 12 für die Außenachse 8 verbunden, während die elek­ trische Zuleitung 30 des Elektromotors 6 mit dem Frequenzumformer 14 für die Innenachse 4 verbunden ist. Gleichzeitig sind beide Frequenzumformer 12, 14 mit Netzspannung versorgt. Durch Erhöhung/Erniedrigung der Frequenz wird die Drehzahl der zugehörigen Welle erhöht bzw. gesenkt. In dieser Ausführungsform sind die beiden Frequenzumformer mit einem Mikroprozes­ sor 16 verbunden, der eine speicherprogrammierbare Steuerung aufweist, wobei den Drehzahlwerten entsprechende Steuerwerte im Speicher abgelegt sind und vom Mikroprozessor 16 in zeitlichen Abständen, die den jeweiligen Perioden entsprechen, abgerufen werden können. Der Mikroprozessor 16 liefert die Steuerwerte an den jeweiligen Frequenzumformer.

In Fig. 3 ist ein Steuerdiagramm für die Drehzahl einer Welle gezeigt. Einem der Frequenzumformer wird zunächst ein Drehzahlwert 1 gegeben, der durch Anlaufen der Welle und Erhöhung der Drehzahl bis zum Drehzahlwert 1 erreicht wird. Sodann wird der Frequenzumformer vom Mikroprozessor 16 instruiert, einen Drehrichtungswechsel durchzuführen und eine neue Drehzahl 2 anzufahren. Der Frequenzumformer senkt seine Frequenz und die Welle läuft über Drehzahl 0 in entgegengesetzter Richtung bis zum Drehzahlwert 2 an. Sodann werden neue Drehzahlwerte 3, 4 und 5 angefahren, die vonein­ ander verschieden sind und eine wirksame Vermischung des Mischgutes gewährleisten. Die Periode zwischen zwei aufeinanderfolgenden Steuerwerten des Mikroprozessor 16 ist die Zeitdauer t. Das Steuerdiagramm der anderen Welle unterscheidet sich von dem Steuerdiagramm von Fig. 3 lediglich da­ durch, daß es um t/2 gegenüber dem Steuerdiagramm von Fig. 3 verschoben ist.

Claims (15)

1. Verfahren zur Antriebssteuerung einer Mischvorrichtung, die einen an einer Innenwelle (4) und Außenwelle (8) drehbar gelagerten Misch­ behälter (2) aufweist, wobei Innenwelle (4) und Außenwelle (8) einen Winkel miteinander einschließen und voneinander getrennt antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtungen von Innenwelle (4) und Außenwelle (8) jeweils periodisch gewechselt werden, und daß nach jedem Drehrichtungswechsel die jeweilige Welle mit einer vor­ bestimmten Drehzahl angetrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vor­ bestimmten Drehzahlen aufeinanderfolgender Perioden einer Welle unterschiedlich sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl jeder Welle (4, 8) nach Erreichen der vorbestimmten Drehzahl während einer Zeitdauer konstant gehalten wird, die kleiner ist als eine Periodendauer.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Perioden von Innenwelle (4) und Außenwelle (8) gleich lang sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh­ zahlen von Innenwelle (4) und Außenwelle (8) eine Phasendifferenz von etwa 90 Grad aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase der Außenwelle der Phase der Innenwelle voraneilt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die vorbestimmten Drehzahlen der beiden Wellen (4, 8) in benachbarten Perioden gleich sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Folge von vorbestimmten Drehzahlen sich nach N Folgegliedern wiederholt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge von vorbestimmten Drehzahlwerten durch einen pseudostochastischen Algorithmus gewonnen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh­ zahlwerte durch eine Rekursionsformel bei gegebenem Anfangswert gewonnen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekur­ sionsformel die folgende allgemeine Form hat: n_i+1 = (K₁ × n_i + K₂) mod K₃wobei K₁, K₂, K₃ Konstanten sind und die Folge nach K₃-Werten rekur­ siv ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge der Drehzahlwerte in einem Speicher (sps) abgelegt ist und sequentiell abgerufen wird.

13. Mischvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem an einer Innenwelle (4) und Außenwelle (8) drehbar gelagerten Mischbehälter (2), wobei Innenwelle (4) und Außenwelle (8) einen Winkel miteinander einschließen und voneinander getrennt durch Antriebsmittel (6, 10) antreibbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebsmittel (6, 10) mit Drehzahl-Steuermitteln (12, 14) verbunden sind, die zur Änderung der Drehzahl und Drehrichtung der Antriebsmittel geeignet sind, und daß die Steuermittel (12, 14) mit einer Steuereinheit (16) verbunden sind, die den vorbestimmten Dreh­ zahlen entsprechende Steuerwerte für die Innenwelle (4) und für die Außenwelle (8) im jeweiligen Periodenabstand erzeugt und an die Steuermittel (12, 14) liefert.

14. Mischvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (16) aufweist, in der die Steuerwerte abgespeichert und abrufbar sind.

15. Mischvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Berechnungseinrichtung aufweist, die die Steuerwer­ te aufgrund einer Rekursionsformel berechnet.