EP2358467B1

EP2358467B1 - Mischer

Info

Publication number: EP2358467B1
Application number: EP09764834.9A
Authority: EP
Inventors: Andreas Seiler; Wolfgang WÖRNER
Original assignee: Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: CA2743256C; KR101665493B1; RU2521571C2; PL2358467T3; ZA201103278B; CA2743256A1; CN102300629B; AU2009334941A1; PE20120504A1; TW201029732A; JP5610163B2; WO2010076120A1; BRPI0923457B1; PT2358467E; ES2495747T3; TWI523682B; US9694331B2; RU2011129206A; DE102008054842A1; UA105912C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mischer mit einem Mischbehälter und einer zumindest teilweise im Mischbehälter angeordneten Werkzeugwelle, wobei die Werkzeugwelle ein Arbeitsende, an dem ein Arbeitswerkzeug befestigt ist oder befestigt werden kann, und ein Antriebsende, welches mittels zweier voneinander beabstandeter Werkzeuglager gelagert ist, aufweist, und wobei ein Antriebsmotor mit einer Motorwelle zum Antreiben der Werkzeugwelle vorgesehen ist.
Ein solcher Mischer ist beispielsweise bekannt aus der DE 35 20 409 A1 . Die dort gezeigte Ausführungsform umfasst einen druckfesten Mischer mit einer Einfüllöffnung, einem sich drehenden, eine Entleerungseinrichtung aufweisenden Mischbehälter, mit exzentrisch zur Mischbehälterachse angeordneten Mischwerkzeugen im Inneren des Mischbehälters.
Der bekannte Mischer aus dem Stand der Technik ist schematisch in Figur 1 wiedergegeben, die einen vertikalen Schnitt durch einen Mischer zeigt. Der Mischer 1 weist einen in einem Mischergehäuse 2 aufgenommenen Mischbehälter 3 auf, der um eine vertikale Drehachse gedreht werden kann. Um diese Drehung zu gewährleisten ist der Mischbehälter 3 auf einem Kugellager 4 drehbar gelagert. Der Mischbehälter kann an seiner Unterseite eine Entleeröffnung aufweisen (in der Figur nicht gezeigt). Das Mischergehäuse 2 weist einen Gehäusedeckel 5 auf. Im Inneren des Mischbehälters 3 ist ein als Mischwerkzeug ausgebildetes Arbeitswerkzeug 6 angeordnet. Man erkennt, dass das Arbeitswerkzeug 6 um eine vertikale Achse, die von der Drehachse des Mischbehälters 3 beabstandet ist, drehbar ist. Zu diesem Zweck wird ein Antriebsende des Arbeitswerkzeuges 6 durch den Gehäusedeckel 5 geführt und mit Hilfe des Antriebsmotors 7 über beispielsweise Keilriemen 9 angetrieben.
Die Arbeitswerkzeuge 6 sind an einer Werkzeugwelle 8 befestigt, die ein Antriebsende, an dem der Keilriemen 9 angreift, und ein Arbeitsende, an dem die als Mischwerkzeug ausgebildeten Arbeitswerkzeuge 6 befestigt sind, aufweist. Die Werkzeugwelle 8 ist in der gezeigten Ausführungsform zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teile über die Flanschverbindung 10 miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt werden können. Diese Flanschverbindung 10 ist u.a. dafür da, das Arbeitswerkzeug 6 gegen ein anderes Arbeitswerkzeug 6, wie z. B. einen Sternwirbler gegen einen Stiftenwirbler, auszutauschen. Zudem kann das Arbeitswerkzeug, wenn es Verschleißerscheinungen zeigt, gegen ein Neues ausgetauscht werden. Da sich sowohl der Mischbehälter 3 als auch die Werkzeugwelle 8 drehen, kann es zu erheblichen Querkräften auf die Werkzeugwelle 8 kommen, welche durch die Materialanströmung durch den drehenden Mischbehälter 3 verursacht werden, zumal die Werkzeugwelle nur an einer Seite in dem Gehäusedeckel 5 gehalten wird. Die Größe der Querkraft hängt u.a. von der Art des Mischgutes und natürlich von der Drehgeschwindigkeit von sowohl Mischbehälter 3 als auch dem Arbeitswerkzeug 6 ab.
Zum Halten der Werkzeugwelle 8 sind daher am Antriebsende zwei Werkzeuglager 11, 12 vorgesehen, die jeweils die Welle mit einem Durchmesser D lagern. Zum Abfangen der Kräfte sind die Werkzeuglager 11, 12 über einen Flansch 13 am Mischergehäuse 2 bzw. dem Gehäusedeckel 5 verschraubt. Der Keilriemen 9 greift dann an dem Antriebsende der Werkzeugwelle 8 an. Der Antriebsmotor 7 weist eine Motorwelle 20 auf, die ebenfalls über zwei Motorlager 14, 15 gehalten wird. Man erkennt, dass der Durchmesser d' der Motorwelle 20 deutlich kleiner ist als der Durchmesser D der Werkzeugwelle 8.
Als Antriebsmotor kommen im Stand der Technik hauptsächlich Drehstromasynchronmotoren oder Hydraulikmotoren mit Keilriemen- oder Zahnriemengetriebe, sowie Getriebemotoren vor.
Allen diesen Antriebsarten ist gemein, dass eine Vielzahl von Elementen zur Drehmomenterzeugung und zur Drehmomentenwandlung sowie zur Aufnahme der Last benötigt werden. Im einfachsten Falle des Asynchronmotors mit entsprechender Lagerung werden mindestens vier Lager, zwei Lager für die Motorwelle und zwei Lager für die Werkzeugwelle, benötigt, die neben den Gewichtskräften zusätzlich auch die hohen Kräfte vom Arbeitswerkzeug sowie die erheblichen Riemenkräfte aufnehmen müssen.
Wird ein Getriebemotor oder ein separates Getriebe verwendet, müssen für jede weitere Untersetzungsstufe mindestens zwei weitere Lager vorgesehen werden.
Neben den aufwändigen und dennoch ausfallbehafteten Lagern ist das Riemengetriebe, bestehend im allgemeinen aus einem Satz von mehreren Keilriemen oder Zahnriemen, ein wartungsintensives Maschinenelement. Diese Komponenten müssen in regelmäßigen Intervallen auf korrekte Spannung geprüft und diese muss ggf. angepasst werden. Ebenso sind sowohl Keilals auch Zahnriemen verschleißbehaftet und müssen daher in regelmäßigen Intervallen getauscht werden.
Die GB 330834 zeigt ebenfalls einen Mischer mit einem Mischbehälter und einer im Mischbehälter angeordneten Werkzeugwelle, an dem ein Arbeitswerkzeug befestigt ist. Diese Antriebswelle wird mit einem Antriebsmotor angetrieben.
Die DE 197 12 324 C2 und die DE 39 42 679 A1 zeigen Mischvorrichtungen zum Mischen von Flüssigkeiten. Die Motoren der Mischvorrichtung werden mittels Rotorlagern gehalten.
Vor dem Hintergrund des beschriebenen Standes der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mischer bereitzustellen, der einfach und kostengünstig herzustellen ist, ein möglichst hohes Drehmoment in einem weiten Drehzahlbereich und eine minimale Anzahl verschleißbehafteter Bauteile zum Antrieb des Arbeitswerkzeuges besitzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Mischer gemäß Anspruch 1 gelöst.
Mit anderen Worten wird eines der Lager, welches für die Lagerung der Werkzeugwelle vorgesehen ist, gleichzeitig zur Lagerung der Motorwelle verwendet. Motorwelle und Werkzeugwelle sind, daher direkt miteinander verbunden. Durch diese Maßnahme kann zumindest ein Lager vermieden werden.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher der Motor zwischen den beiden Werkzeuglagern angeordnet ist und die Motorwelle vorzugsweise mittels der beiden Werkzeuglager gelagert ist. Durch diese Ausführungsform kann auf zwei Lager verzichtet werden, da die Lager für die Werkzeugwelle gleichzeitig als Lager für die Motorwelle dienen. Im Grunde genommen kann bei dieser Ausführungsform nicht mehr zwischen Motor- und Werkzeugwelle unterschieden werden, da ein Abschnitt der Welle als Motorwelle und ein anderer Abschnitt derselben Welle als Werkzeugwelle fungiert.
Als Motor kommt in diesen Fällen vorzugsweise ein Direktantrieb und besonders bevorzugt ein Drehstrom Synchronmotor (Servomotor, Torque-Motor, Reluktanzmotor) zum Einsatz.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das der Werkzeugwelle zugewandte Lager der Motorwelle geeignet, besonders hohe radiale und axiale Kräfte aufzunehmen. Es ist als kombiniertes Radial-Axiallager (Radiaxlager), z.B. als ein Pendelrollen- bzw. Pendelkugellager und besonders bevorzugt als zweireihiges Pendelrollenlager ausgeführt.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere ein zweireihiges Pendelrollenlager die im Betrieb auftretenden Querkräfte am besten aufnehmen kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass sich der Durchmesser der Motorwelle an den beiden Werkzeuglagern unterscheidet, wobei vorzugsweise der Durchmesser der Motorwelle d" an dem der Werkzeugwelle abgewandten Werkzeuglager kleiner, vorzugsweise mindestens 30 %, besonders bevorzugt mindestens 50 % kleiner als der Durchmesser der Motorwelle D an dem anderen Werkzeuglager ist.
Es hat sich gezeigt, dass lediglich das dem Mischbehälter zugewandte Lager einen großen Durchmesser aufweisen muss. Bei geeigneter Dimensionierung der Lager kann das dem Mischbehälter abgewandte Lager erheblich kleiner und damit kostengünstiger dimensioniert werden.
Der Motor ist zweckmäßigerweise in einem Motorgehäuse angeordnet, wobei beide Werkzeuglager am oder im Motorgehäuse angeordnet sind. Dabei kann das Motorgehäuse einen ersten Außenflansch aufweisen, mit dem das Motorgehäuse und damit der Motor an dem Mischergehäuse befestigt ist. Weiterhin kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Motorgehäuse einen zweiten Außenflansch aufweisen, der ebenfalls am Mischergehäuse befestigt ist, wobei der zweite Außenflansch vorzugsweise einen größeren mittleren Durchmesser als der erste Außenflansch aufweist.
Das Motorgehäuse könnte beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei dann zweckmäßigerweise auch die Außenflansche einen kreisförmigen Querschnitt haben. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Querschnitte, beispielsweise quadratische oder rechteckige Querschnitte denkbar. Dadurch, dass der zweite Außenflansch einen größeren mittleren Durchmesser aufweist, kann der Motor einfach am Mischergehäuse befestigt werden. Beispielsweise kann das Mischergehäuse eine Durchgangsstufenöffnung mit einem ersten Abschnitt mit kleinerem mittleren Durchmesser und einen zweiten Abschnitt mit größerem mittleren Durchmesser aufweisen, wobei der zweite Abschnitt einen mittleren Durchmesser aufweist, der größer als der mittlere Durchmesser des ersten Außenflansches und kleiner als der mittlere Durchmesser des zweiten Außenflansches ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der kleinste mittlere Durchmesser der Durchgangsstufenöffnung im Mischergehäuse größer als der größte Außendurchmesser des Arbeitswerkzeuges. Durch diese Maßnahme kann das gesamte Arbeitswerkzeug samt Motor über die Durchgangsstufenöffnung entnommen werden.
Typischerweise weisen beide Flansche Bohrungen zur Befestigung der Flansche am Mischergehäuse auf. Dabei kann der größere Flansch zusätzliche Öffnungen aufweisen, die vorzugsweise größer als die Bohrungen zur Befestigung sind, die dafür vorgesehen sind, dass ein Werkzeug durch die Öffnung auf die Bohrungen bzw. Befestigungsmittel im kleineren Flansch zugreifen kann. Dies erleichtert die Befestigung des Motorgehäuses am Mischergehäuse.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Werkzeugwelle aus zwei lösbar aneinander befestigten Teilen, wobei der eine Teil einstückig mit der Motorwelle verbunden ist, während der andere Teil das Arbeitswerkzeug trägt. Dabei kann die lösbare Verbindung über eine Flanschverbindung erfolgen.
Alternativ dazu kann die Werkzeugwelle auch einstückig mit der Motorwelle ausgebildet sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der zugehörigen Figuren.
Es zeigen:

Figur 1: einen Vertikalschnitt durch einen Mischer des Standes der Technik,
Figur 2: einen Vertikalschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform, und
Figur 3: einen Vertikalschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des Standes der Technik, die bereits eingangs beschrieben worden ist.
Figur 2 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform. Soweit möglich wurden die gleichen Bezugszeichen für gleiche Teile des Mischers gewählt, die bereits in Figur 1 gezeigt und erläutert wurden. In Figur 2 ist der Antriebsmotor 7 in einem Motorgehäuse 16 aufgenommen, wobei das Motorgehäuse 16 mittels zweier Außenflansche 13, 17 am Mischerdeckel 5 befestigt ist. Man erkennt, dass die Werkzeugwelle 8 an ihrem Antriebsende gleichzeitig als Motorwelle 21 fungiert. Die Motorwelle 21, die bei der gezeigten Ausführungsform teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist, wird von dem Pendelrollenlager 18 sowie dem Radiallager 19 gehalten. Der zweite Außenflansch 13, der dem Produktraum, d.h. dem Mischbehälter mehr zugewandt ist, hat einen kleineren Außendurchmesser als der erste Außenflansch 17. Dadurch kann der gesamte Motor von der Außenseite in den Gehäusedeckel 5 eingesetzt werden kann, so dass zunächst der Außenflansch mit dem kleineren Außendurchmesser in eine entsprechende gestufte Bohrung in dem Behälterdeckel eingesetzt wird bis er am Boden der erweiterten Bohrung aufliegt. Der Abstand der beiden Außenflansche 13, 17 ist derart dimensioniert, dass in der in Figur 2 gezeigten Situation beide Flansche mit dem Gehäusedeckel 5 verschraubt werden können.
Bei Bedarf kann somit der Motor leicht vom Behälterdeckel gelöst und entnommen werden.
Eine solche Situation ist in Figur 3 gezeigt, die gleichzeitig eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des Mischers zeigt. Hier ist der Motor samt Arbeitswerkzeug 6 von dem Gehäusedeckel 5 gelöst worden, so dass der Motor samt Arbeitswerkzeug 6 aus der entsprechenden Öffnung im Behälterdeckel entnommen werden kann. Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Flanschverbindung 10 fehlt, so dass hier Werkzeugwelle und Motorwelle einstückig ausgebildet sind. In beiden gezeigten Ausführungsformen ist die Drehachse des Arbeitswerkzeugs exzentrisch zur Drehachse des Mischbehälter angeordnet.
Durch die Integration des Motors in eine robuste Lagerungseinheit zur Aufnahme der Kräfte und Momente des Arbeitswerkzeuges entsteht eine Einheit mit minimalem Wartungsaufwand und höchstmöglicher Zuverlässigkeit. Es wird nur eine Welle in zwei Lagern geführt. Diese Welle übernimmt sowohl die Kräfte des Motors (z. B. Gewichtskräfte, magnetische Restkräfte) als auch die Kräfte des Arbeitswerkzeuges (Wirbler, Kneter usw.). Eine eventuell notwendige Variation der Drehzahl kann durch die Verwendung eines Frequenzumrichters ermöglicht werden.

Bezugszeichenliste

1: Mischer
2: Mischergehäuse
3: Mischbehälter
4: Kugellager
5: Gehäusedeckel
6: Arbeitswerkzeug
7: Antriebsmotor
8: Werkzeugwelle
9: Keilriemen
10: Flanschverbindung
11, 12: Werkzeuglager
13: Flansch
14, 15: Motorlager
16: Motorgehäuse
17: Flansch
18: Pendelrollenlager
19: Radiallager
20 ,21: Motorwelle
22: Öffnung für Montagewerkzeug

Claims

Mischer mit einem Mischbehälter und einer zumindest teilweise im Mischbehälter angeordneten Werkzeugwelle (8), wobei die Werkzeugwelle ein Arbeitsende, an dem ein Arbeitswerkzeug (6) befestigt ist oder befestigt werden kann, und ein Antriebsende, welches mittels zweier voneinander beabstandeter Werkzeuglager gelagert ist, aufweist, wobei ein Antriebsmotor (7) mit einer Motorwelle (21) zum Antreiben der Werkzeugwelle (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (21) von zumindest einem der beiden voneinander beabstandeten Werkzeuglager gelagert ist, und dass eines der Lager, vorzugsweise das näher am Arbeitsende der Werkzeugwelle (8) angeordnete Lager ein Radiaxlager (18), vorzugsweise ein Pendelrollenlager bzw. Pendelkugellager und besonders bevorzugt ein zweireihiges Pendelrollenlager (18) ist.
Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor zwischen den beiden Werkzeuglagern angeordnet ist und die Motorwelle (21) vorzugsweise mittels der beiden Werkzeuglager gelagert ist, so dass die Werkzeugwelle auch als Motorwelle dient.
Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Direktantrieb, vorzugsweise ein Drehstromsynchronmotor, vorzugsweise ein Torque-Motor, Servomotor oder Reluktanzmotor ist.
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser der Motorwelle (21) an den beiden Werkzeuglagern unterscheidet, wobei vorzugsweise der Durchmesser der Motorwelle (21) an dem der Werkzeugwelle (8) abgewandten Werkzeuglager kleiner, vorzugsweise mindestens 30 % und besonders bevorzugt mindestens 50 % kleiner als der Durchmesser der Motorwelle (21) an dem anderen Werkzeuglager ist.
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor in einem Motorgehäuse (16) angeordnet ist, wobei beide Werkzeuglager am oder im Motorgehäuse (16) angeordnet sind.
Mischer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (16) einen ersten Außenflansch (13) und der Mischer ein Mischergehäuse (2), in dem der Mischbehälter (3) angeordnet ist, aufweist, wobei der Außenflansch am Mischergehäuse besonders bevorzugt am Gehäusedeckel (5) befestigt ist.
Mischer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (16) einen zweiten Außenflansch (17) aufweist, der ebenfalls am Mischergehäuse befestigt ist, wobei der zweite Außenflansch (17) vorzugsweise einen größeren mittleren Durchmesser als der erste Außenflansch (13) aufweist.
Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischergehäuse eine Durchgangsstufenöffnung mit einem ersten Abschnitt mit kleinerem mittlerem Durchmesser und einem zweiten Abschnitt mit größerem mittleren Durchmesser aufweist, wobei der zweite Abschnitt einen mittleren Durchmesser aufweist, der größer als der mittlere Durchmesser des ersten Außenflansches (13) ist und kleiner als der mittlere Durchmesser des zweiten Außenflansches (17) ist.
Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Durchgangsstufenöffnung größer als der größte Außendurchmesser des Arbeitswerkzeuges (6) ist.
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugwelle (8) zwei lösbar aneinander befestigte Abschnitte aufweist, wobei einer der Abschnitte einstückig mit der Motorwelle (21) ausgebildet ist.
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugwelle (8) und die Motorwelle (21) einstückig ausgebildet sind.