EP0398992B1 - Verfahren zum mischen sowie zugehörige mischvorrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for mixing according to the preamble of claim 1 and a mixing device therefor according to the preamble of claim 7.
- Such a conventional mixing device has become known, for example, from US Pat. No. 3,018,092 and US Pat. No. 2,610,014.
- the mixing container can be set in rotation about a drive axis, a shaking movement being initiated on the container at the same time. Both for the rotational movement and for the initiated shaking movement, which is driven via a planetary gear, takes place synchronously and together.
- the object of the present invention is therefore to provide a method for mixing and an associated mixing device, in which a much faster and more uniform thorough mixing without a dead zone can be achieved with comparatively simple means compared to the prior art.
- the invention achieves remarkable technical progress in an astonishing way.
- Exact studies have shown that in conventional solid mixers due to the uniform or regularly recurring mixing movement with the sometimes very different particle properties that are to be mixed and which can differ from one another, for example in terms of their size, shape or density, not ideal uniform mixture can be generated, but rather that there is always a tendency to segregate.
- Such a regular mixing movement can cause, for example, an increase in gravity in a solid stream; with high Froude numbers, which can mean a centrifugal movement of the mix, wind sifting can also occur, etc.
- the Froude numbers are known to be the ratio of the centrifugal force (centrifugal force) to the gravity of the mix.
- the method according to the invention and the associated mixing device according to the invention are distinguished above all by the fact that no uniform and repetitive motion sequences are used. Rather, when mixing, care is taken that the angle of the mixing container to the mixer axis changes irregularly during rotation of the mixing container about its axis of rotation or mixer shaft, i.e. is constantly set differently, so that a stochastic random distribution is given. In a further development, the speed, i.e. the speed of rotation and also the direction of rotation are constantly and irregularly adjusted so that a stochastic randomly distributed control is also provided.
- the control system thus includes a random generator.
- the speed and the direction of rotation of the axis of rotation or mixer shaft of the mixing container can also be controlled and changed stochastically. This double stochasm changes the Froude number constantly and unevenly. Separations are largely prevented, so that a mixing quality is achieved which was not previously possible due to separation.
- the material funnels of the processing machines are used directly as mixing vessels in the large-scale industrial design of the mixing device according to the invention, so that demixing veins which occur when the material to be mixed is transferred are eliminated.
- the material hopper must be placed on the processing machine free of vibrations.
- Grinding media can also be added to the mixing vessel of the stochastically operating mixing device. This creates a stochastically controlled mill. Although different shapes are possible, spherical or cylindrical grinding media are particularly suitable. Due to the different Froude numbers, the solid is crushed both by the friction and by the impact. It is e.g. B. with a small Froude number, the blowing away of the fine fraction observed in vibrating ball mills before the impact of the grinding body is avoided. On the other hand, with a higher Froude number, coarse-grained regrind is broken up by impact. The stochastic control thus captures a broader grain spectrum during comminution.
- the stochastically controlled tumbling movement of the mixing container can also be used for washing machines.
- the device is used at least in those cases in which, as in the case of the textile parts in the washing drum, processing is to take place with a constantly changing Froude number.
- the mixing vessel is guided through the tub with appropriate stochastic control.
- a "unstable mixing tool” is already known, which is constructed in the manner of a stirrer.
- This mixer works with a rotatably mounted stirrer, on which blades are usually attached. These blades should be adjustable in their angle of attack during rotation, the size of the angle of attack being subjected to random control.
- This randomly controlled stochastic change in the angle of attack of the blades on the rotor similar to a propeller with rotor blades that can be changed in their angle of attack, but essentially only serves to stir liquids. But even when stirring powdery substances, the entire stirring and mixing process is comparable to that of liquids, since there is a fluidized flow behavior even when stirring substances containing powders or solid particles.
- FIG. 1 and 2 show an example of a cylindrical mixing container 1 which is held over part of the fork suspension 5 forming the mixer shaft or axis of rotation 3 (but a one-sided suspension is also possible for easier assembly and disassembly of the mixing container).
- the mixer shaft / axis of rotation 3 is driven by a drive 7 with a rotational speed or rotational speed which is distributed differently in a stochastically manner, the direction of rotation also being reversible in a stochastically distributed manner.
- a further drive 12 is provided in the region of the fork suspension 5 for the stochastically changed setting of the inclination angle 9.
- the electrical control and power supply lines are laid inside the shafts and require slip ring-like contacts at the appropriate locations, for example between the mixer shaft / axis of rotation 3 and the correspondingly fixed drive 7 of this axis.
- the mixer shaft / axis of rotation 3 could also be rotated to achieve a further rotational movement in the sense of a third degree of freedom by a further, to the mixer shaft / axis of rotation 3 angular, oblique, in particular right-angled primary axis 13, the Arrangement similar to a cage can also be such that the extension of this third axis of rotation also intersects the elongated axis lines of the mixer shaft / axis of rotation 3 and the container axis 6 at a common intersection, which is preferably in the center or center of gravity of the mixing container 1.
- This primary axis 13 can also be stochastic, i.e. are driven with randomly distributed speed and direction of rotation, namely via a further drive 15.
- the mixing container 1 should not be spherical or cubic.
- At least one boundary side of the mixing container can be designed in the form of a closable funnel 17.
- This funnel 17 can be used when decanting the mixed material, so that segregation, as might occur when decanting the mixed material when using a separate funnel, is eliminated.
- the material hopper of the processing machines is expediently used as a mixing vessel in large-scale industrial designs of the mixer device explained above. After mixing, the material hopper must be placed on the processing machine free of vibrations.
- FIGS. 1 to 3 can in principle also be used in washing machines, the mixing container 1 then forming the washing drum which is guided through the tub.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Mischvorrichtung hierfür nach dem Oberbegriff des Anspruches 7.
- Konventionelle Feststoffmischer werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt, vor allem auch im kunststoffbe- bzw. -verarbeitenden sowie im pharmazeutischen Bereich. Mit ihnen soll versucht werden, unterschiedliche Teilchen, die sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Größe, der Form und der Dichte unterscheiden, möglichst gleichmäßig zu mischen, was bedeutet, daß die Abweichungen in der Dichte und Zusammensetzung im gesamten Mischgut minimal werden.
- Eine derartige konventionelle Mischvorrichtung ist beispielsweise aus der US-A 3 018 092 sowie der US-A 2 610 014 bekannt geworden. Bei der zuerst genannten vorbekannten Mischvorrichtung ist der Mischbehälter um eine Antriebsachse in Rotation versetzbar, wobei gleichzeitig eine Schüttelbewegung auf den Behälter eingeleitet wird. Sowohl für die Rotationsbewegung als auch für die über ein Planetenrad getriebene eingeleitete Schüttelbewegung erfolgt synchron und gemeinsam.
- Auch bei der aus der an zweiter Stelle genannten US-Patentschrift vorbekannten Mischvorrichtung ist ein Farbmischer beschrieben, bei dem der Farbbehälter um eine horizontale Rotationsachse angetrieben wird, die durch eine rückwärtige Kurbelabstützung gleichzeitig eine regelmälige Schwenkbewegung erfährt. Auch hier erfolgt also die Rotations- und regelmäßige Kippbewegung synchron über einen gemeinsamen Antrieb.
- Dies bietet aber immer wieder grölte Schwierigkeiten, da in bisher nicht gelöster Weise immer wieder auch zumindest in Teilbereichen Entmischungen auftreten können.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, ein Verfahren zum Mischen sowie eine zugehörige Mischvorrichtung zu schaffen, bei der mit vergleichsweise einfachen Mitteln gegenüber dem Stand der Technik eine sehr viel schnellere und gleichmäßigere vollständige Durchmischung ohne tote Zone herbeigeführt werden kann.
- Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich der Vorrichtung entsprechend den im Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.
- Durch die Erfindung wird auf verblüffende Art und Weise ein wesentlicher technischer Fortschritt erzielt. Genaue Untersuchungen haben nämlich ergeben, daß bei konventionellen Feststoffmischern durch die gleichförmig oder regelmäßig wiederkehrende Mischbewegung bei den teilweise auch sehr unterschiedlichen Teilcheneigenschaften, die durchmischt werden sollen und die sich beispielsweise im Hinblick auf ihre Größe, ihre Form oder ihre Dichte voneinander unterscheiden können, keine ideale gleichmäßige Mischung erzeugt werden kann., sondern daß vielmehr ständig eine Tendenz zur Entmischung entsteht. Durch eine derartige regelmäßige Mischbewegung kann in einem Feststoffstrom beispielsweise eine Schwerkraftseigerung eintreten; bei hohen Froude-Zahlen die eine Schleuderbewegung des Mischgutes bedeuten können, kann zudem auch eine Windsichtung auftreten usw.
- Bei den Froude-Zahlen handelt es sich bekanntermaßen um das Verhältnis der ZentrifugalKraft (Fliehkraft) zur Schwerkraft des Mischgutes.
- Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige erfindungsgemäße Mischvorrichtung zeichnen sich vor allem dadurch aus, daß keine gleichförmigen und sich wiederholenden Bewegungsabläufe angewandt werden. Vielmehr wird bei der Mischung darauf geachtet, daß der Winkel des Mischbehälters zur Mischerachse während der Rotation des Mischbehälters um seine Rotationsachse oder Mischerwelle unregelmäßig verändert, d.h. ständig unterschiedlich eingestellt wird, so daß eine stochastische Zufallsverteilung insoweit gegeben ist. In einer Weiterbildung kann auch die Drehzahl, d.h. die Drehgeschwindigkeit und auch die Drehrichtung unregelmäßig und ungleichförmig ständig verstellt werden, so daß auch insoweit eine stochastische zufallsverteilte Steuerung gegeben ist. Die Steuerung umfalt also insoweit einen Zufallsgenerator.
- Neben der ständigen stochastischen, d.h. ungleichförmigen Änderung des Neigungswinkels zwischen dem Mischbehälter und dessen Mischerachse kann in einer bevorzugten Ausführungsform gleichzeitig auch noch die Drehzahl und der Drehsinn der Rotationsachse bzw. Mischerwelle des Mischbehälters stochastisch gesteuert und geändert werden. Durch diesen doppelten Stochasmus ändert sich die Froude-Zahl ständig und ungleichmäßig. Entmischungen werden weitgehend verhindert, so daß eine Mischgüte erreicht wird, die bisher wegen der Entmischung nicht zu erzielen war.
- Zweckmäßigerweise werden bei der großtechnischen Ausführung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung unmittelbar die Materialtrichter der Verarbeitungsmaschinen als Mischgefäße verwendet, so daß Entmischunpen, die beim Umfüllen des Mischgutes auftreten, entfallen. Der Materialtrichter muß nach der Mischung schwingungsfrei an der Verarbeitungsmaschine aufgesetzt werden.
- In das Mischgefäß der stochastisch arbeitenden Mischvorrichtung können auch Mahlkörper gegeben werden. Es entsteht dadurch eine stochastisch gesteuerte Mühle. Obgleich unterschiedliche Formgebungen möglich sind, eignen sich insbesondere kugel- oder zylinderförmige Mahlkörper. Durch die unterschiedlichen Froude-Zahlen wird der Feststoff sowohl durch die Reibung als auch durch den Prall zerkleinert. Es wird z. B. bei kleiner Froude-Zahl das bei Schwingkugelmühlen zu beobachtende Wegblasen des Feinanteiles vor dem Aufprall des Mahlkörpers vermieden. Auf der anderen Seite wird bei höherer Froude-Zahl grobkörniges Mahlgut durch Prall zerschlagen. Die stochastische Steuerung erfaßt somit bei der Zerkleinerung ein breiteres Kornspektrum.
- Die stochastisch gesteuerte Taumelbewegung des Mischbehälters kann auch für Waschmaschinen genutzt werden. Mit anderen Worten findet die Vorrichtung zumindest auch in denjenigen Fällen Anwendung, bei denen, wie im Fall der in der Waschtrommel befindlichen Textilienteile, bei sich ständig ändernder Froude-Zahl bearbeitet werden sollen. Im Falle der Waschtrommel wird also das Mischgefäß mit entsprechend stochastischer Ansteuerung durch den Laugenbehälter geführt.
- Es entstehen ständig Relativbeschleunigungen zwischen den Textilien und der Lauge, die so intensiv und schnell den Schmutz aus dem Gewebe spülen.
- Es ist zwar bereits ein "labiles Mischwerkzeug" bekannt geworden, das nach Art eines Rührers aufgebaut ist. Dieses Rührgerät arbeitet mit einem drehbar gelagerten Rührer, an dem in üblicherweise Flügel angesetzt sind. Diese Flügel sollen während des Rotierens in ihrem Anstellwinkel verstellbar sein, wobei die Größe des Anstellwinkels einer Zufallssteuerung unterworfen wird. Diese zufallsgesteuerte stochastische Änderung des Anstellwinkels der Flügel am Rotor ähnlich einer Schiffsschraube mit in ihrem Anstellwinkel veränderbarten Rotorblättern, dient aber im wesentlichen nur zum Rühren von Flüssigkeiten. Aber auch beim Rühren von pulverförmigen Substanzen ist der gesamte Rühr- und Mischvorgang demjenigen von Flüssigkeiten vergleichbar, da ein fluidisiertes Strömverhalten auch beim Rühren von Pulvern oder Feststoffartikeln umfassenden Stoffen gegeben ist. Vor allem lassen sich mit einem derartigen Gerät keine unterschiedlichen Froude-Zahlen bewußt erzeugen oder erzielen, zumal ja die Höhe des in dem Rührbecken befindlichen Mischgutes praktisch unverändert und damit auch die Gravitationskräfte gleichförmig bleiben. Ein derartiges Rührgerät arbeitet also völlig anders und ist völlig unterschiedlich zur vorliegenden Erfindung konzipiert.
- Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus dem anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Dabei zeigen im einzelnen:
- Figur 1 : eine schematische Seitenansicht der Mischvorrichtung;
- Figur 2 : eine schematische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2;
- Figur 3 : eine schematische Darstellung einer Abwandlung zu Figur 1.
- In Figur 1 und 2 ist ein beispielsweise zylinderförmiger Mischbehälter 1 gezeigt, der über einen Teil der die Mischerwelle bzw. Rotationsachse 3 bildenden Gabelaufhängung 5 gehalten ist (aber auch eine einseitige Aufhängung zur leichteren Montage und Demontage des Mischbehälters ist möglich). Die Mischerwelle/Rotationsachse 3 wird über einen Antrieb 7 mit stochastisch unterschiedlich verteiler Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl angetrieben, wobei zusätzlich stochastisch verteilt auch der Drehsinn umkehrbar ist. -Im Betrieb wird nicht nur die Drehzahl und Drehrichtung der Mischerwelle/Rotationsachse 3 stochastisch, d.h. zufallsverteilt in weiten Betriebsgrenzen geändert, sondern vor allem auch der Neigungswinkel 9 beispielsweise zwischen einer Längsachse 11 des Mischbehälters 1 und dessen Mischerwelle/Rotationsachse 3. In Figur 1 ist dabei die den Mischbehälter 1 unmittelbar tragende Behälterachse mit dem Bezugszeichen 6 versehen, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel wie in Figur 2 angedeutet die Behälterachse 6 senkrecht zur Mischerwelle/Rotationsachse 3 steht und beide in einer gemeinsamen Ebene liegen, so daß sich die durch die Mischerwelle/ Rotationsachse 3 und die Behälterachse 6 gebildeten Achslinien im Inneren des Mischbehälters 1 schneiden.
- Zur stochastisch veränderten Einstellung des Neigungswinkels 9 ist im Bereich der Gabelaufhängung 5 ein weiterer Antrieb 12 vorgesehen. Die in den Zeichnungen nicht näher dargestellten elektrischen Steuer- und Stromversorgungsleitungen werden im Inneren der Wellen verlegt und erfordern an den entsprechenden Stellen, beispielsweise zwischen der Mischerwelle/ Rotationsachse 3 und dem entsprechend feststehenden Antrieb 7 dieser Achse schleifringähnliche Kontakte.
- Wie in Figur 3 angedeutet ist, könnte auch die Mischerwelle/ Rotationsachse 3 zur Erzielung einer weiteren Rotationsbewegung im Sinne eines dritten Freiheitsgrades noch um eine weitere, zur Mischerwelle/Rotationsachse 3 winklig, schiefwinklig, insbesondere rechtwinklig stehenden primären Achse 13 drehbar gehalten sein, wobei die Anordnung ähnlich einem Käfig auch derart sein kann, daß auch die Verlängerung dieser dritten Rotationsachse die verlängerten Achsgeraden der Mischerwelle/Rotationsachse 3 und der Behälterachse 6 in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneidet, der vorzugsweise im Mittel- oder Schwerpunkt des Mischbehälters 1 liegt. Auch diese primäre Achse 13 kann stochastisch, d.h. mit zufallsverteilter Drehzahl und Drehrichtung angetrieben werden, und zwar über einen weiteren Antrieb 15.
- Der Mischbehälter 1 sollte weder !kugelsymmetrisch noch würfelförmig sein.
- Anhand von Figur 3 ist auch gezeigt, daß beispielsweise zumindest eine Begrenzungsseite des Mischbehälters in Form eines verschließbaren Trichters 17 ausgebildet sein kann.
- Dieser Trichter 17 kann beim Umfüllen des Mischgutes verwandt werden, so daß Entmischungen, wie sie beim Umfüllen des Mischgutes bei Verwendung eines separaten Trichters auftreten könnten, entfallen. Zweckmäligerweise wird dazu bei großtechnischen Ausführungen der vorstehend erläuterten Mischer-Vorrichtung unmittelbar der Materialtrichter der Verarbeitungsmaschinen als Mischgefäß verwandt. Der Materialtrichter muß nach der Mischung schwingungsfrei an der Verarbeitungsmaschine aufgesetzt werden.
- Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Ausführungsform kann grundsätzlich auch bei Waschmaschinen eingesetzt werden, wobei der Mischbehälter 1 dann die Waschtrommel bildet, die durch den Laugenbehälter geführt wird.
- Anhand der gezeigen Ausführungsbeispiele können vielfältige Abwandlungen vorgenommen werden, was insbesondere die Winkelstellung der verschiedenen Rotationsachsen zueinander bzw. auch die Ausrichtung des Mischbehälters zu dessen Behälterachse betrifft, die gegebenenfalls schiefwinklig gewählt werden kann.
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