EP3442693A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen von pulver- oder granulatförmigen stoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum mischen von pulver- oder granulatförmigen stoffen

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EP3442693A1
EP3442693A1 EP17783486.8A EP17783486A EP3442693A1 EP 3442693 A1 EP3442693 A1 EP 3442693A1 EP 17783486 A EP17783486 A EP 17783486A EP 3442693 A1 EP3442693 A1 EP 3442693A1
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EP
European Patent Office
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mixing
container
lid
handling head
mixing container
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EP17783486.8A
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Christian Honemeyer
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Publication of EP3442693B1 publication Critical patent/EP3442693B1/de
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/60—Mixing solids with solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F29/00—Mixers with rotating receptacles
    • B01F29/10—Mixers with rotating receptacles with receptacles rotated about two different axes, e.g. receptacles having planetary motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F29/00—Mixers with rotating receptacles
    • B01F29/30—Mixing the contents of individual packages or containers, e.g. by rotating tins or bottles
    • B01F29/34—Constructional details of holders for the individual packages or containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F29/00—Mixers with rotating receptacles
    • B01F29/40—Parts or components, e.g. receptacles, feeding or discharging means
    • B01F29/403—Disposition of the rotor axis
    • B01F29/4035—Disposition of the rotor axis with a receptacle rotating around two or more axes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/35—Mixing after turning the mixing vessel upside down
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/85—Mixing plants with mixing receptacles or mixing tools that can be indexed into different working positions

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for mixing powdered or granular materials, in particular for the production of masterbatches.
  • a stationary mixing device comprises a mixing head for detecting a mixing container, which is closed by a detachable mixing lid, which has one or more mixing tools.
  • a movable lower mixing container part which is tightly connected to the mixing lid and filled with the substances to be mixed, is transported and then brought by the mixing device with driven mixing tool in different positions, for example, 90 0 to 180 0 rotated about a horizontal axis to to bring the substance in contact with the mixing tool and to mix optimally.
  • the mixing vessel is released from the mixing device and transported away with the mixed substances.
  • each mixing container must be provided with an associated mixing lid.
  • Another major disadvantage of such a device is the lack of flexibility to be able to use mixing containers with different heights and diameters. Thus, one usually needs a mixer per container diameter.
  • the equipment is immovable by stationary machine stands and can be loaded and emptied only at one point with mixing containers.
  • the object of the invention is to propose a method and a corresponding device in order to avoid the abovementioned disadvantages and to improve the efficiency of a mixing device.
  • the invention first proposes a method for mixing powdered or granular substances according to claim l before.
  • the mixing container is detected together with the mixing lid of the mixing device and released together with this after completion of the mixing process, remain on the actual mixing device no impurities or contaminated parts, so this immediately after completion of a mixing process for the adoption of another, of a Mixing lid covered mixing container is ready and can perform a new mixing process without prior cleaning would have to be done. Contamination of the actual mixing device with a mixing medium is prevented and the machine efficiency is substantially increased compared to other systems.
  • a mixing container to be subjected to a mixing process is detected in a loading position by the mixing device and released after completion of the mixing process in a dispensing position, wherein the handling head of the mixing device has degrees of freedom of movement, which makes it possible that the task position differs from the dispensing position and the mixing position.
  • the dispensing position expediently has such a distance from the loading position and the mixing position that a mixing container can be brought into the loading position, while another mixing container is in the mixing position and a third mixing container in the dispensing position, so that all three positions are occupied simultaneously can and the efficiency of the device or the method is improved.
  • At least one fixed or movable drivable mixing tool is held on the mixing lid, which, if drivable, is driven by the mixing device after the mixing container has been grasped in accordance with the mixing process.
  • a size of the mixing lid is detected, the handling head is adjusted to the detected size of the mixing lid, and the mixing container covered by the mixing lid is grasped by the handling head. Furthermore, there is the possibility that a size of the mixing container is detected, the handling head is adjusted to the detected size of the mixing container, and the mixing container covered by the mixing lid is grasped by the handling head. In particular, after completing a mixing process and releasing a mixing container in the dispensing position, the handling head for carrying out a further mixing process to another, newly detected size of another Mixing container and / or set to a different size of a mixing lid of another mixing container and detects the other mixing container with the mixing lid.
  • the mixing lid is brought by the handling head with the opening of the mixing container in dust and / or airtight engagement, in particular simultaneously with the detection of the mixing container.
  • the handling head detects a ready for mixing mixing dust and / or hermetically sealed mixing container and this also closed in the dispensing position free.
  • an interior of the mixing container is vented controlled after completion of the mixing process prior to releasing or decoupling of the mixing container.
  • the invention preferably provides that the mixing container is rotated by the handling head about an axis, two mutually perpendicular or three mutually perpendicular axes during the mixing process and / or is moved along a direction of movement, two mutually perpendicular or three mutually perpendicular directions of movement, in particular oscillating becomes.
  • the mixing device is immediately ready for detecting a further mixing container covered by a mixing lid and for carrying out a further mixing process.
  • a change in size (diameter and / or height of the mixing container) and the mixing tools without any problems and any modification can be performed.
  • the mixing lid can be removed from the mixing container and stored temporarily, if necessary cleaned and / or placed on another mixing container, which is then to be supplied to the mixing device. It can be provided that the mixing container is first closed after filling with a protective cover, for example. A film hood, which is removed before the start of the mixing process and replaced by a mixing lid. Accordingly, the mixing lid can be removed after the mixing process and replaced by a protective cover which closes the mixing container, so that the mixing lid can be stored or cleaned separately from the mixing container or used for another mixing container.
  • the object of the invention is furthermore achieved by a mixing device, in particular for carrying out the method according to the invention, with a control, a handling head which is rotatable about at least one axis or movable along at least one direction of movement, which is provided with detection means for detecting a mixing container covered by a mixing lid in which the handling head for detecting the mixing container located in a predeterminable application position can be brought into a starting position corresponding to the application position, and for carrying out a mixing process predeterminable by the controller together with the detected mixing container in at least one predetermined mixing position and after completion of the mixing process into a predefinable, from the application position and the at least one mixing position different end position can be brought, in which the mixing container covered by the mixing container is in the dispensing position and the handling opf is releasable.
  • the detection means are conveniently connected to the controller.
  • Such a mixing device has, as explained above, in addition to the improvement in efficiency due to the exclusion of impurities on the mixing device itself further the advantage that already a mixing container can be moved to the loading position or can be in the loading position while a container is mixed or is in a mixing position and a ready mixed mixing container is in the dispensing position or is brought into this.
  • the controller and the handling head can be designed to rotate the handling head about an axis, two mutually perpendicular or three mutually perpendicular axes and / or for movement of the handling head along a direction of movement, two mutually perpendicular or three mutually perpendicular directions of movement.
  • the mixing lid may form a separate part relative to the mixing container, and it may be interchangeable, whereby a cleaned mixing lid may be used for any mixing container of suitable size.
  • the mixing lid may be held on the mixing container, for example, be mounted pivotably or slidably thereto.
  • the mixing lid and / or the mixing container may be provided with a seal.
  • the mixing lid and / or the mixing container may be provided with an annular seal which is sufficiently wide in the radial direction, so that the mixing lid can be used with mixing containers of different diameters.
  • the mixing lid and / or the mixing container may have a flat, annular sealing surface of sufficient radial width and the mixing container having a circular seal.
  • the mixing lid and / or the mixing container may be provided with clamping means that allow a dust or airtight engagement of mixing lid and mixing container or its opening.
  • the mixing device in particular the handling head, is provided with clamping means for sealing engagement of the mixing lid with a particular upwardly facing opening of the mixing container. Then, the mixing lid by the mixing device, in particular by the handling head before, after or when detecting the mixing container can be tightly engaged with the mixing container, and also solved by the mixing device when releasing what independent handling operations for locking and unlocking the mixing lid superfluous and saves corresponding components.
  • the clamping means of the mixing device may be formed by the detecting means, which may be configured to detect a mixing container and a mixing lid by applying a clamping or clamping force between an opening edge of the mixing container and the mixing lid.
  • the mixing container may be provided in the region of the opening with an outwardly projecting container flange, which allows a favorable detection of the mixing container together with the mixing lid.
  • the detection means are designed to detect mixing containers and mixing caps of different diameters and are adjustable in size by the controller.
  • the mixing device or the handling head is provided with at least one mixing drive, the / s or whose / the drive shaft / n can be brought into driving connection with a arranged on the mixing cover mixing tool / are.
  • the mixing lid may have a mixing shaft rotatably mounted therein, which carries at its end facing the mixing container a mixing element, such as a mixing blade, while at its end facing away from the mixing container, a coupling attachment.
  • a mixing element such as a mixing blade
  • a coupling attachment can have, for example, a cone, a keyway arrangement or other non-circular cross-section which can be coupled to a drive shaft of the mixing device, in particular positively and / or non-positively coupled.
  • the mixing device may conveniently comprise a multi-axis robot allowing movement of the handling head about at least one, two, three, four, five or six axes (one to three linear degrees of freedom of movement and / or one to three degrees of freedom of rotation).
  • the mixing lid can be provided with a vent opening and / or a vent valve, with which the mixing container can be vented in a controlled manner after completion of a mixing process.
  • the mixing device may be provided with a suction device, which is connectable to the vent valve.
  • the mixing lid can be provided with a metering opening which can be closed, in particular, by the mixing device, via which liquids or solids can be added in a controlled manner before, during or after completion of a mixing process.
  • the mixing device can be associated with a first conveying device, with which mixing containers can be fed into the predetermined loading position or to another position within a detection area of the mixing device. Further, the mixing device may be associated with a second conveyor, with the mixing container covered by a mixing lid mixing container can be transported from the dispensing position after completion of a mixing process.
  • the mixing device can be associated with a storage and / or a feed device for mixing lid, and also a Aufsetzz Nur for placing a mixing lid on a filled mixing container, which is initially introduced without mixing lid to the mixing device, and a removal device for removing the mixing lid after completion of the mixing process ,
  • Attachment and acceptance devices can be formed by one or by one and the same robot.
  • a cleaning device for mixing lid can be provided.
  • the attachment and removal devices can be designed to remove a mixing lid from the storage device and / or to enter and remove it from the cleaning device.
  • the mixing device is associated with a transport robot, which accompanies a mixing container before and after the mixing process and hangs up a mixing lid and decreases after mixing or transported the mixing container with mixing lid and transported on after mixing.
  • the mixing container is covered or closed after filling by a protective cover, which is removed before the mixing operation and replaced by a mixing lid, such as by the Aufsetz annoying. Accordingly, after the mixing operation, the mixing lid may be removed, such as by the take-off device, and instead a protective cover may be mounted on the mixing container.
  • the mixing device is expediently provided with a first position detection device, for example with a camera system or a laser measuring system comprising in particular three sensors, with which a container position and / or a container height and / or a container diameter of a mixing container can be detected, wherein the mixing container is in particular in the feed position located.
  • a first position detection device for example with a camera system or a laser measuring system comprising in particular three sensors, with which a container position and / or a container height and / or a container diameter of a mixing container can be detected, wherein the mixing container is in particular in the feed position located.
  • the mixing device can be provided with a second position detection device, for example with a camera system or a particular three sensors comprising laser measuring system, with a position and / or a rotational position of a mixing shaft of a mixing vessel covering a mixing lid is detected, and with a rotational position of a mixing lid relative to the mixing container and / or relative to the handling head can be detected.
  • a second position detection device for example with a camera system or a particular three sensors comprising laser measuring system, with a position and / or a rotational position of a mixing shaft of a mixing vessel covering a mixing lid is detected, and with a rotational position of a mixing lid relative to the mixing container and / or relative to the handling head can be detected.
  • the first and second position detection means may be formed as a single position detection means.
  • the first, second or only position detection device can be held on the handling head and be movable therewith.
  • the invention further relates to a mixing system according to claim 19.
  • FIG. 1 shows a side view of a mixing device according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the mixing device according to FIG. 1,
  • FIG. 1 shows a side view of a mixing device according to the invention
  • FIG. 3 shows a side view of a handling head of the mixing device according to FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4 shows a plan view of a handling head according to FIG. 3, FIG.
  • FIGS. 3 and 4 show a perspective view of the handling head according to FIGS. 3 and 4,
  • FIG. 6 shows a schematic side view of a mixing container with a lying mixing lid
  • FIG. 7 shows another side view of the mixing container according to FIG. 6 in the direction VII, FIG.
  • FIGS. 6 and 7 shows a perspective view of the mixing container according to FIGS. 6 and 7,
  • Fig. 10 shows a plan view of the mixing lid according to Fig. 9, and
  • FIG. 11 shows a perspective view of the mixing lid according to FIGS. 9 and 10.
  • a mixing tank 2 cleaned at a cleaning station (not shown) is sized to a filling station (also not shown), either manually or controlled by a higher level control, with a predetermined amount and type of mixing Filled raw materials.
  • the raw materials are specified by a recipe and adapted, among other things, to the respective container size.
  • the recipe also determines the course of the mixing process, in particular its duration and the type of movement of the mixing container and the mixing tool.
  • the data defining the merge process is stored in memory associated with the controller. The controller is part of the mixer and controls it throughout the process.
  • a suitable mixing lid 4 (FIGS. 9 to 11) is then placed on the filled mixing container 2.
  • the type and size of the mixing lid may depend on the diameter of the mixing container 2, or with appropriate lid training regardless of, and of the required mixing elements or mixing tools. Preferably, a single size and type of mixing lid is used for all container sizes.
  • the mixing lid 4 may have a pure closure function, without mixing tools, but is usually equipped with at least one fixed or movable mixing tool, for example, a mixing blade 6, which is fixed to a mixing shaft 8 rotatably mounted in the mixing lid 4.
  • the mixing lid 4 can be placed manually or by means of a suitable robot as a separate part on the opening of the mixing container 2, or it can be stored or guided on the mixing container and brought into a closed position.
  • the mixing lid 4 When the mixing lid 4 has a flat bottom, it can be used to close mixing containers of different sizes, or vice versa, mixing caps of different sizes can be used for a particular mixing container, since the mixing device expediently comprises means for detecting a size of the mixing lid and means for detecting a size of the mixing container to adjust, via the controller, the detecting means for detecting a mixing container covered by a mixing lid to the detected size (s) of the mixing lid and / or the mixing container.
  • the mixing container 2 prepared in this way is brought into a handling or detection area of a mixing device 12 manually or by means of a first conveying device 10, which is indicated by dashed lines in FIG. 2.
  • the mixing container 2 may be provided with wheels 14 which run in corresponding rails of the first conveyor 10.
  • the mixing device comprises a multi-axis robot 6, which is arranged on a foundation or machine frame 16 and whose handling head 18 is movable about or along six axes, that is to say in FIG. H. is linearly movable in all spatial directions and about three mutually perpendicular axes (x, y, z) is rotatable so that it can take any desired orientation in space and can perform any desired movement or trajectory.
  • the handling head 18 is arranged for detecting a mixing container 2 covered with a mixing lid 4 and for moving the mixing container thus sealed in any directions or for rotating about arbitrary axes, as well as for driving a mixing tool 6, if any.
  • the handling head 18 with a mixing drive 20 provided, which has a drive coupling 22 in which a mixing shaft 8 of a mixing lid 4 is receivable.
  • the handling head 18 For detecting a mixing container covered with a mixing lid, the handling head 18 has size-adjustable detection means in the form of three tensioning means 24, each having a rotation axis 26 rotatable about an axis 26a and a plurality of different length clamping arms 28 held on the rotation axis 26.
  • semi-circular clamping elements on the axis of rotation 26 are possible to tension different diameters.
  • the initially loose-lying mixing lid 4 is firmly clamped or pressed between the mixing container 2 and the handling head 18 so that a dust- or airtight seal between mixing lid and mixing container can be achieved.
  • the axes of rotation 26 are each rotatable by a drive motor 32, which may be a stepper motor which is controllable by the controller.
  • the axes of rotation 26 are further displaceable along their longitudinal axis, by means of a likewise controlled by the control clamping drive, for. B. electric motor, pneumatic or hydraulic, so that the desired clamping effect can be achieved.
  • the detection means thus form in the described embodiment at the same time the clamping means with which the mixing lid 4 is brought close to the mixing container 2 in engagement.
  • a supplied mixing container 2 is brought via a corresponding safety device 34 such as safety lock or light grid in a task position 36, in which it can be detected by the multi-axis robot 12, the handling head is then in a starting position.
  • a safety device 34 such as safety lock or light grid in a task position 36, in which it can be detected by the multi-axis robot 12, the handling head is then in a starting position.
  • several different task positions of a mixing container are possible, each of which a conveyor can be assigned.
  • a mixing container After a mixing container has reached a loading position for the mixing device or the multi-axis robot 12, data such as diameter and height of the mixing container and the mixing program are transferred to the controller and / or the mixing device, for example via a wireless (eg with RFID) or wired interface, optically readable code (barcode, QR code), or manual input.
  • the mixing device Based on the height of the mixing container, the mixing device determines the position or height for measurements to determine the center of the mixing container and aligns accordingly.
  • Insbesonde- Re may be arranged on the handling head 18, a camera system which determines the center and the orientation in the circumferential direction of the mixing lid and a rotational position of the mixing shaft.
  • the handling head is positioned above the mixing container, and the exact center is determined from the mixing shaft. This position is transferred to the controller, and the handling head is aligned exactly over the mixing shaft.
  • This alignment can also be done with the help of a arranged in the bottom region displacement plate on which the mixing container is.
  • a position of the mixing lid in the circumferential direction is detected, for example, the angular position of a line connecting the center of the mixing shaft with a vent valve. This angle is important so that the vent valve 11 or a possible addition nozzle is accurately positioned in a designated opening on the handling head.
  • a possible sliding surface of the mixing lid or of the mixing container with respect to the handling head is determined via the camera system or distance sensors, and a correction angle is transmitted to the controller.
  • the handling head is aligned so that it is parallel to the mixing lid.
  • the drive clutch 22 is aligned parallel to the mixing shaft 8.
  • the angle of rotation of the mixing shaft 8 is determined and the mixing drive 20 and the drive coupling 22 are positioned at an identical angle of rotation.
  • the handling head 18 is now matched with respect to its orientation exactly on the mixing container and the mixing lid and can be lowered onto the mixing lid. Due to the previously performed measurements and positioning, no mechanical stresses arise.
  • the clamping devices 24 are tuned to the determined diameter of the Swinging mixing container 2 pivoted, wherein clamping arms 28 are pivoted with matching radial lengths about the axis of rotation 26, and then pneumatically and / or electrically and / or hydraulically raised. Mixing tank, mixing lid and handling head are now firmly connected, and the actual mixing process can begin.
  • the mixing lid does not necessarily have to be locked by the mixing device or the handling head itself with the mixing container 2 or tightly connected thereto, but hermetically sealed with a suitably designed mixing lid before feeding the mixing container into the loading position or can be locked.
  • the mixing container and / or the mixing lid is provided with suitable closure means to lock the mixing lid firmly and airtight with the mixing container.
  • the handling head of the mixing device is designed only for detecting the unit formed from mixing container and mixing lid.
  • the mixing container is now moved and rotated in such a way that the contained substance comes into intensive contact with the at least one active or passive mixing tool or mixing element. Due to the flexibility of the mixing device 12, which in the example described permits movement in any direction and rotation about any axis, each mixing program can be individually adapted and executed to the substance to be mixed.
  • an optimally effective mixing tool can be selected to match the substance to be mixed, for example with one or more or different mixing blades, blades, etc.
  • a conversion of the mixing device itself is not required for this purpose.
  • the mixing container After completing the mixing process, it may be necessary to vent a small overpressure in the mixing vessel that results from heating the substance and the air in the mixing vessel.
  • the mixing container is brought into its horizontal starting position and the attached in the mixing lid bleed valve actuated. Possible overpressure and fine dust can escape.
  • an abatement Suction lance brought into cooperation with the vent valve, at the end of a suction device is mounted, with the exiting dust can be sucked directly. As a result, contamination in the environment of the mixing device are prevented.
  • the product level in the mixing container can be compensated.
  • the mixing container is brought into an "over-swinging position", counter to the previously assumed pivoting position before being aligned in a horizontal basic position, thereby compensating for a possible one-sided bulk cone and distributing the product uniformly in the mixing container.
  • the mixing container is deposited at a dispensing position 38 and released from the handling head.
  • the mixing device 12 moves to a predetermined end position (in Fig. 2 above) and lowers the mixing container to a position immediately above the bottom. In this position, the clamping arms 28 of the clamping device 24 are lowered, so that the mixing container is on the ground, for example on the wheels 14.
  • a second conveyor 40 serves to remove the mixing container.
  • a transport robot can be provided, which accompanies a mixing container through the stations filling, mixing and dispensing. The clamping arms 28 are moved back to a basic position, and the handling head 18 is brought into a starting position, in which the mixing device for detecting a next, covered by a mixing lid mixing container and is ready for a new mixing process.
  • the mixing containers may be closed after filling by a protective cover, for example a plastic film or film hood, which is removed by the mixing device or an associated device prior to mixing and replaced by the mixing lid.
  • the mixing lid may be mounted by the mixing device or an associated device. Thereafter, the mixing process. Subsequently, the mixing lid can remain on the mixing container or in turn removed and replaced by a protective cover.
  • the mixing lids can be stored in the area of the mixing device in a storage facility. Thus, for example, a mixing lid for a first mixing container and then for a second mixing container identical recipe can be used.

Abstract

Verfahren zum Mischen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen, wobei ein Mischbehälter (2) mit einer vorgegebenen Menge der zu mischenden Stoffe gefüllt wird, eine Öffnung des Mischbehälters mit einem Mischdeckel (4) abgedeckt wird, der von dem Mischdeckel abgedeckte Mischbehälter in eine vorgebbare Aufgabeposition innerhalb eines Erfassungsbereichs einer Mischvorrichtung (12) gebracht wird, ein um mindestens eine Achse drehbarer und/oder entlang mindestens einer Bewegungsrichtung bewegbarer Handhabungskopf (18) der Mischvorrichtung in eine der vorgegebenen Aufgabeposition entsprechende Ausgangsposition gebracht wird, der Mischbehälter in der Aufgabeposition von dem Handhabungskopf erfasst wird, der Mischbehälter von der Mischvorrichtung gemäß eines vorgegebenen Mischprozesses in mindestens eine Mischposition bewegt und die enthaltenen Stoffe gemischt werden, der Mischbehälter nach Abschluss des Mischprozesses mittels des Handhabungskopfs in eine vorgebbare, von der Aufgabeposition und der mindestens einen Mischposition verschiedene Abgabeposition gebracht und in der vorgegebenen Abgabeposition in einem von dem Mischdeckel abgedeckten Zustand von der Mischvorrichtung freigegeben wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen, insbesondere für die Herstellung von Masterbatches. Aus der EP o 225 495 Ai sind ein derartiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung bekannt, wobei eine ortsfeste Mischvorrichtung einen Mischkopf zum Erfassen eines Mischbehälters aufweist, der von einem lösbaren Mischdeckel verschlossen ist, welcher ein oder mehrere Mischwerkzeuge aufweist. Ein beweglicher unterer Mischbehälterteil, der mit dem Mischdeckel dicht verbunden ist und mit den zu mischenden Stoffen befüllt ist, wird antransportiert und anschließend durch die Mischvorrichtung bei angetriebenem Mischwerkzeug in unterschiedliche Positionen gebracht, beispielsweise um 900 bis 1800 um eine horizontale Achse gedreht, um den enthaltenen Stoff in Kontakt mit dem Mischwerkzeug zu bringen und optimal zu vermischen. Nach Abschluss des Mischvorgangs wird der Mischbehälter von der Mischvorrichtung gelöst und mit den gemischten Stoffen abtransportiert.
Ein wesentlicher Nachteil einer solchen Vorrichtung und eines solchen Mischverfahrens besteht darin, dass jeder Mischbehälter mit einem zugeordneten Mischdeckel versehen sein muss.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil einer solchen Einrichtung ist die fehlende Flexibilität, Mischbehälter mit unterschiedlichen Höhen und Durchmessern verwenden zu können. Somit benötigt man in der Regel einen Mischer pro Behälterdurchmesser. Die Einrichtungen sind durch stationäre Maschinenständer unbeweglich und können nur an einem Punkt mit Mischbehältern beschickt und entleert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen, um die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und die Effizienz einer Mischvorrichtung zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung zunächst ein Verfahren zum Mischen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen nach Anspruch l vor.
Indem der Mischbehälter zusammen mit dem Mischdeckel von der Mischvorrichtung erfasst und zusammen mit diesem nach Abschluss des Mischvorgangs wieder freigegeben wird, verbleiben an der eigentlichen Mischvorrichtung keinerlei Verunreinigungen oder verunreinigte Teile, so dass diese sogleich nach Abschluss eines Mischprozesses für die Annahme eines weiteren, von einem Mischdeckel abgedeckten Mischbehälters bereit steht und einen neuen Mischprozess ausführen kann, ohne dass eine vorherige Reinigung erfolgen müsste. Eine Kontamination der eigentlichen Mischvorrichtung mit einem Mischmedium wird verhindert und die Maschineneffizienz wird im Vergleich zu anderen Systemen wesentlich erhöht.
Ein einem Mischprozess zu unterwerfender Mischbehälter wird in einer Aufgabeposition von der Mischvorrichtung erfasst und nach Abschluss des Mischprozesses in einer Abgabeposition freigegeben, wobei der Handhabungskopf der Mischvorrichtung Bewegungsfreiheitsgrade aufweist, durch die die Möglichkeit besteht, dass sich die Aufgabeposition von der Abgabeposition und der Mischposition unterscheidet. Die Abgabeposition weist zweckmäßigerweise einen solchen Abstand von der Aufgabeposition und der Mischposition auf, dass ein Mischbehälter in die Aufgabeposition gebracht werden kann, während sich ein anderer Mischbehälter in der Mischposition und ein dritter Mischbehälter in der Abgabeposition befindet, so dass alle drei Positionen gleichzeitigt belegt sein können und die Effizienz der Vorrichtung bzw. des Verfahrens verbessert wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass an dem Mischdeckel mindestens ein feststehendes oder bewegbares, antreibbares Mischwerkzeug gehalten ist, das, sofern antreibbar, nach dem Erfassen des Mischbehälters durch die Mischvorrichtung von dieser gemäß dem Mischprozess angetrieben wird.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Größe des Mischdeckels erfasst, der Handhabungskopf auf die erfasste Größe des Mischdeckels eingestellt und der von dem Mischdeckel abgedeckte Mischbehälter von dem Handhabungskopf erfasst wird. Weiter besteht die Möglichkeit, dass eine Größe des Mischbehälters erfasst, der Handhabungskopf auf die erfasste Größe des Mischbehälters eingestellt und der von dem Mischdeckel abgedeckte Mischbehälter von dem Handhabungskopf erfasst wird. Insbesondere wird nach Abschluss eines Mischprozesses und Freigeben eines Mischbehälters in der Abgabeposition der Handhabungskopf zur Durchführung eines weiteren Mischprozesses auf eine andere, neu erfasste Größe eines weiteren Mischbehälters und/oder auf eine andere Größe eines Mischdeckels eines weiteren Mischbehälters eingestellt und der weitere Mischbehälter mit dem Mischdeckel erfasst.
Zweckmäßigerweise wird der Mischdeckel durch den Handhabungskopf mit der Öffnung des Mischbehälters in staub- und/oder luftdichten Eingriff gebracht, insbesondere gleichzeitig mit dem Erfassen des Mischbehälters. In diesem Fall erfasst der Handhabungskopf einen für den Mischvorgang bereit staub- und/oder luftdicht verschlossenen Mischbehälter und gibt diesen ebenso verschlossen in der Abgabeposition frei.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Innenraum des Mischbehälters nach Abschluss des Mischprozesses vor dem Freigeben oder Entkoppeln des Mischbehälters kontrolliert entlüftet wird.
Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass der Mischbehälter während des Mischprozesses von dem Handhabungskopf um eine Achse, zwei zueinander senkrechte oder drei zueinander senkrechte Achsen gedreht wird und/oder entlang einer Bewegungsrichtung, zweier zueinander senkrechter oder dreier zueinander senkrechter Bewegungsrichtungen bewegt wird, insbesondere oszillierend bewegt wird.
Insbesondere steht die Mischeinrichtung nach Abschluss eines Mischprozesses unmittelbar zur Erfassung eines weiteren von einem Mischdeckel abgedeckten Mischbehälters und zur Durchführung eines weiteren Mischprozesses bereit. Hierbei kann auch neben dem Produktwechsel ein Wechsel der Größe (Durchmesser und/oder Höhe des Mischbehälters) und der Mischwerkzeuge ohne Probleme und jeglichen Umbau durchgeführt werden.
Der Mischdeckel kann nach Abschluss des Mischvorgangs von dem Mischbehälter abgenommen und zwischengelagert, ggf. gereinigt und/oder auf einen anderen Mischbehälter aufgelegt werden, der anschließend der Mischeinrichtung zuzuführen ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Mischbehälter nach dem Befüllen zunächst mit einer Schutzabdeckung verschlossen wird, bspw. einer Folienhaube, die vor Beginn des Mischvorgangs entfernt und durch einen Mischdeckel ersetzt wird. Entsprechend kann der Mischdeckel nach dem Mischvorgang abgenommen und durch eine Schutzabdeckung ersetzt werden, die den Mischbehälter verschließt, so dass der Mischdeckel getrennt von dem Mischbehälter zwischengelagert oder gereinigt oder für ein anderen Mischbehälter verwendet werden kann. Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Mischvorrichtung, insbesondere zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, gelöst, mit einer Steuerung, einem um mindestens eine Achse drehbaren oder entlang mindestens einer Bewegungsrichtung bewegbaren Handhabungskopf, der mit Erfassungsmitteln zum Erfassen eines von einem Mischdeckel abgedeckten Mischbehälters versehen ist, wobei der Handhabungskopf zum Erfassen des in einer vorgebbaren Aufgabeposition befindlichen Mischbehälters in eine der Aufgabeposition entsprechende Ausgangsposition bringbar ist, und zum Durchführen eines von der Steuerung vorgebbaren Mischprozesses zusammen mit dem erfassten Mischbehälter in mindestens eine vorgegebene Mischposition und nach Abschluss des Mischprozesses in eine vorgebbare, von der Aufgabeposition und der mindestens einen Mischposition verschiedene Endposition bringbar ist, in der der von dem Mischdeckel abgedeckte Mischbehälter in der Abgabeposition ist und von dem Handhabungskopf freigebbar ist. Die Erfassungsmittel sind zweckmäßigerweise mit der Steuerung verbunden.
Eine solche Mischvorrichtung hat wie vorstehend erläutert neben der Verbesserung der Effizienz aufgrund des Ausschlusses von Verunreinigungen an der Mischvorrichtung selbst weiter den Vorteil, dass bereits ein Mischbehälter in die Aufgabeposition bewegt werden kann oder sich in der Aufgabeposition befinden kann, während ein Behälter gemischt wird bzw. sich in einer Mischposition befindet und sich ein fertig gemischter Mischbehälter in der Abgabeposition befindet oder in diese gebracht wird. Die Steuerung und der Handhabungskopf können zur Drehung des Handhabungskopfs während des Mischprozesses um eine Achse, zwei zueinander senkrechte oder drei zueinander senkrechte Achsen und/oder zur Bewegung des Handhabungskopfs entlang einer Bewegungsrichtung, zweier zueinander senkrechter oder dreier zueinander senkrechter Bewegungsrichtungen ausgebildet sein.
Der Mischdeckel kann ein bezüglich des Mischbehälters separates Teil bilden, und er kann austauschbar sein, wobei ein gereinigter Mischdeckel für beliebige Mischbehälter passender Größe verwendet werden kann. Alternativ kann der Mischdeckel an dem Mischbehälter gehalten sein, beispielsweise schwenkbar oder verschieblich daran gelagert sein. Der Mischdeckel und/oder der Mischbehälter kann mit einer Dichtung versehen sein. Der Mischdeckel und/oder der Mischbehälter können mit einer kreisringförmigen Dichtung versehen sein, die in radialer Richtung ausreichend breit ist, so dass der Mischdeckel mit Mischbehältern unterschiedlicher Durchmesser verwendet werden kann. Alternativ kann der Mischdeckel und/oder der Mischbehälter eine ebene, kreisringförmige Dichtfläche genügender radialer Breite und der Mischbehälter eine kreisförmige Dichtung aufweisen. Es besteht die Möglichkeit, dass Mittel zum Erfassen einer Größe des Mischdeckels vorgesehen sind, um über die Steuerung die Erfassungsmittel auf die erfasste Größe des Mischdeckels einzustellen. Weiter besteht die Möglichkeit, dass Mittel zum Erfassen einer Größe des Mischbehälters vorgesehen sind, um über die Steuerung die Erfassungsmittel auf die erfasste Größe des Mischbehälters einzustellen.
Der Mischdeckel und/oder der Mischbehälter kann mit Spannmitteln versehen sein, die ein staub- oder luftdichtes Ineingriffbringen von Mischdeckel und Mischbehälter bzw. dessen Öffnung ermöglichen.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mischvorrichtung, insbesondere der Handhabungskopf, mit Spannmitteln zum dichten Ineingriffbringen des Mischdeckels mit einer insbesondere nach oben weisenden Öffnung des Mischbehälters versehen ist. Dann kann der Mischdeckel durch die Mischvorrichtung, insbesondere durch den Handhabungskopf, vor, nach oder beim Erfassen des Mischbehälters dicht mit dem Mischbehälter in Eingriff gebracht werden, und ebenso durch die Mischvorrichtung beim Freigeben gelöst werden, was eigenständige Handhabungsvorgänge zur Ver- und Entriegelung des Mischdeckels überflüssig macht und entsprechende Bauteile einspart.
Die Spannmittel der Mischvorrichtung können durch die Erfassungsmittel gebildet sein, die so ausgebildet sein können, dass sie einen Mischbehälter und einen Mischdeckel durch Aufbringen einer Klemm- oder Spannkraft zwischen einem Öffnungsrand des Mischbehälters und dem Mischdeckel erfassen. Der Mischbehälter kann im Bereich der Öffnung mit einem nach außen vorstehenden Behälterflansch versehen sein, der eine günstige Erfassung des Mischbehälters zusammen mit dem Mischdeckel ermöglicht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Erfassungsmittel zum Erfassen von Mischbehältern und Mischdeckeln unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet und von der Steuerung größenverstellbar sind.
Zweckmäßigerweise ist die Mischvorrichtung oder der Handhabungskopf mit mindestens einem Mischantrieb versehen, der/die oder dessen/deren Antriebswelle/n mit einem an dem Mischdeckel angeordneten Mischwerkzeug in Antriebsverbindung bringbar ist/sind. Der Mischdeckel kann eine in diesem drehbar gelagerte Mischwelle aufweisen, die an ihrem dem Mischbehälter zugewandten Ende ein Mischelement wie etwa einen Mischflügel trägt, während sie an ihrem von dem Mischbehälter weg weisenden Ende einen Kopplungsansatz auf- weisen kann, beispielsweise einen Konus, eine Keilnutanordnung oder einen sonstigen unrunden Querschnitt, der mit einer Antriebswelle der Mischvorrichtung koppelbar ist, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig koppelbar ist.
Die Mischvorrichtung kann zweckmäßigerweise einen Mehrachsroboter umfassen, der eine Bewegung des Handhabungskopfs um mindestens eine, zwei, drei, vier, fünf oder sechs Achsen ermöglicht (ein bis drei lineare Bewegungsfreiheitsgrade und/oder ein bis drei Drehungs- freiheitsgrade).
Der Mischdeckel kann mit einer Entlüftungsöffnung und/oder einem Entlüftungsventil versehen sein, mit dem der Mischbehälter nach Abschluss eines Mischprozesses kontrolliert entlüftet werden kann. Die Mischvorrichtung kann mit einer Absaugeinrichtung versehen sein, die mit dem Entlüftungsventil verbindbar ist.
Der Mischdeckel kann mit einer insbesondere durch die Mischvorrichtung verschließbaren Dosieröffnung versehen sein, über die vor, während oder nach Abschluss eines Mischprozesses kontrolliert Flüssigkeiten oder Feststoffe zugegeben werden können.
Der Mischvorrichtung kann eine erste Fördereinrichtung zugeordnet sein, mit der Mischbehälter in die vorgegebene Aufgabeposition oder an eine sonstige Position innerhalb eines Erfassungsbereichs der Mischvorrichtung zuführbar sind. Ferner kann der Mischvorrichtung eine zweite Fördereinrichtung zugeordnet sein, mit der von einem Mischdeckel abgedeckte Mischbehälter nach Abschluss eines Mischprozesses von der Abgabeposition abtransportierbar sind.
Der Mischvorrichtung kann eine Lager- und/oder eine Zufördereinrichtung für Mischdeckel zugeordnet sein, und ferner eine Aufsetzeinrichtung zum Auflegen eines Mischdeckels auf einen befüllten Mischbehälter, der zunächst ohne Mischdeckel an die Mischvorrichtung herangeführt wird, und eine Abnahmeeinrichtung zum Abnehmen des Mischdeckels nach Abschluss des Mischvorgangs. Aufsetz- und Abnahmeeinrichtungen können durch jeweils einen oder durch ein und denselben Roboter gebildet sein. Ferner kann eine Reinigungseinrichtung für Mischdeckel vorgesehen sein. Die Aufsetz- und Abnahmeeinrichtungen können zum Entnehmen eines Mischdeckels aus der Lagereinrichtung und/oder zum Eingeben in die und Entnehmen aus der Reinigungseinrichtung ausgebildet sein. Es besteht die Möglichkeit, dass der Mischvorrichtung ein Transportroboter zugeordnet ist, der jeweils einen Mischbehälter vor und nach dem Mischvorgang begleitet und einen Mischdeckel auflegt und nach dem Mischen abnimmt oder den Mischbehälter mit Mischdeckel herantransportiert und nach dem Mischen weiterbefördert.
Es kann vorgesehen sein, dass der Mischbehälter nach dem Befüllen von einer Schutzabdeckung abgedeckt oder verschlossen ist, die vor dem Mischvorgang entfernt und durch einen Mischdeckel ersetzt wird, etwa durch die Aufsetzeinrichtung. Entsprechend kann nach dem Mischvorgang der Mischdeckel abgenommen werden, etwa durch die Abnahmeeinrichtung, und stattdessen eine Schutzabdeckung auf dem Mischbehälter angebracht werden.
Zweckmäßigerweise ist die Mischeinrichtung mit einer ersten Positionserfassungseinrichtung versehen, beispielsweise mit einem Kamerasystem oder einem insbesondere drei Sensoren umfassenden Lasermesssystem, mit der eine Behälterposition und/oder eine Behälterhöhe und/oder ein Behälterdurchmesser eines Mischbehälters erfassbar ist, wobei sich der Mischbehälter hierbei insbesondere in der Aufgabeposition befindet.
Die Mischeinrichtung kann mit einer zweiten Positionserfassungseinrichtung versehen sein, beispielsweise mit einem Kamerasystem oder einem insbesondere drei Sensoren umfassenden Lasermesssystem, mit der eine Position und/oder eine Drehstellung einer Mischwelle eines einen Mischbehälter abdeckenden Mischdeckels erfassbar ist, und mit der eine Drehstellung eines Mischdeckels relativ zu dem Mischbehälter und/oder relativ zu dem Handhabungskopf erfassbar sein kann.
Die erste und zweite Positionserfassungseinrichtung kann als eine einzige Positionserfassungseinrichtung ausgebildet sein. Die erste, zweite oder einzige Positionserfassungseinrichtung kann am Handhabungskopf gehalten und mit diesem bewegbar sein.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Mischsystem nach Anspruch 19.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen wird, in der
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung zeigt, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Mischeinrichtung nach Fig. l zeigt,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Handhabungskopfs der Mischeinrichtung nach Fig. l und 2 zeigt,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Handhabungskopf gemäß Fig. 3 zeigt,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Handhabungskopfs nach Fig. 3 und 4 zeigt,
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines Mischbehälters mit einem aufliegenden Mischdeckel zeigt,
Fig. 7 eine andere Seitenansicht des Mischbehälters gemäß Fig. 6 in Richtung VII zeigt,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des Mischbehälters gemäß Fig. 6 und 7 zeigt,
Fig. 9 eine Seitenansicht eines Mischdeckels zeigt,
Fig. 10 eine Draufsicht des Mischdeckels nach Fig. 9 zeigt, und
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht des Mischdeckels nach Fig. 9 und 10 zeigt.
Der Ablauf eines Mischprozesses gemäß der Erfindung ist wie folgt. In einem ersten Schritt wird ein an einer nicht dargestellten Reinigungsstation gereinigter Mischbehälter 2 (Fig. 6 bis 8) in einer benötigten Größe an einer ebenfalls nicht dargestellten Füllstation, entweder manuell oder von einer übergeordneten Steuerung gesteuert, mit einer vorgegebenen Menge und Art von zu mischenden Rohstoffen befüllt. Die Rohstoffe sind durch ein Rezept vorgegeben und unter anderem an die jeweilige Behältergröße angepasst. Durch das Rezept wird auch der Ablauf des Mischprozesses festgelegt, insbesondere dessen Dauer und die Art der Bewegung des Mischbehälters und des Mischwerkzeugs. Die den Mischprozess festlegenden Daten sind in einem der Steuerung zugeordneten Speicher gespeichert. Die Steuerung ist Teil der Mischvorrichtung und steuert diese während des gesamten Verfahrensablaufs. Auf den befüllten Mischbehälter 2 wird anschließend ein passender Mischdeckel 4 (Fig. 9 bis 11) aufgelegt. Art und Größe des Mischdeckels können abhängig von dem Durchmesser des Mischbehälters 2, oder bei entsprechender Deckelausbildung unabhängig davon, und von den benötigten Mischorganen oder Mischwerkzeugen sein. Bevorzugt wird eine einzige Größe und Art von Mischdeckel für sämtliche Behältergrößen verwendet. Der Mischdeckel 4 kann eine reine Verschlussfunktion haben, ohne Mischwerkzeuge, ist allerdings in aller Regel mit mindestens einem feststehenden oder bewegbaren Mischwerkzeug ausgestattet, beispielsweise einem Mischflügel 6, der an einer in dem Mischdeckel 4 drehbar gelagerten Mischwelle 8 befestigt ist. Der Mischdeckel 4 kann manuell oder mittels eines geeigneten Roboters als separates Teil auf die Öffnung des Mischbehälters 2 aufgelegt werden, oder er kann an dem Mischbehälter gelagert oder geführt sein und in eine Schließstellung gebracht werden. Wenn der Mischdeckel 4 eine ebene Unterseite aufweist, kann er zum Verschließen von Mischbehältern unterschiedlicher Größe verwendet werden, oder umgekehrt können für einen bestimmten Mischbehälter Mischdeckel unterschiedlicher Größe verwendet werden, da die Mischvorrichtung zweckmäßigerweise Mittel zum Erfassen einer Größe des Mischdeckels und Mittel zum Erfassen einer Größe des Mischbehälters aufweist, um über die Steuerung die Erfassungsmittel zum Erfassen eines von einem Mischdeckel abgedeckten Mischbehälters auf die erfasste(n) Größe(n) von Mischdeckel und/oder Mischbehälter einzustellen.
Der so vorbereitete Mischbehälter 2 wird manuell oder mittels einer ersten Fördereinrichtung 10, die in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist, in einen Handhabungs- bzw. Erfassungsbereich einer Mischeinrichtung 12 gebracht. Beispielsweise kann der Mischbehälter 2 mit Rädern 14 versehen sein, die in entsprechenden Schienen der ersten Fördereinrichtung 10 laufen.
Die Mischvorrichtung weist einen Mehrachsroboter 6 auf, der auf einem Fundament oder Maschinengestell 16 angeordnet ist und dessen Handhabungskopf 18 um bzw. entlang sechs Achsen bewegbar ist, d. h. in sämtlichen Raumrichtungen linear verfahrbar und um drei zueinander senkrechte Achsen (x, y, z) drehbar ist, so dass er jede gewünschte Orientierung im Raum einnehmen und jede gewünschte Bewegung oder Bewegungsbahn ausführen kann.
Der Handhabungskopf 18 ist zum Erfassen eines mit einem Mischdeckel 4 abgedeckten Mischbehälters 2 und zum Bewegen des so verschlossenen Mischbehälters in beliebige Richtungen bzw. zum Drehen um beliebige Achsen eingerichtet, sowie zum Antreiben eines Mischwerkzeugs 6, soweit vorhanden. Hierfür ist der Handhabungskopf 18 mit einem Misch- antrieb 20 versehen, der eine Antriebskupplung 22 aufweist, in der eine Mischwelle 8 eines Mischdeckels 4 aufnehmbar ist.
Zum Erfassen eines mit einem Mischdeckel abgedeckten Mischbehälters hat der Handhabungskopf 18 größeneinstellbare Erfassungsmittel in Form von drei Spanneinrichtungen 24, von denen jede eine um eine Achse 26a drehbare Drehachse 26 und mehrere unterschiedlich lange Spannarme 28, die an der Drehachse 26 gehalten sind, aufweist. Alternativ sind halbkreisförmige Spannelemente an der Drehachse 26 möglich, um unterschiedliche Durchmesser zu spannen. Mit den unterschiedlich langen Spannarmen 28 können Mischbehälter 2 mit unterschiedlichem Durchmesser erfasst werden, wobei jeweils ein Spannarm 28 unter einen Behälterflansch 30 des Mischbehälters 2 greift. Bei dem Spannvorgang wird der zunächst lose aufliegende Mischdeckel 4 fest zwischen dem Mischbehälter 2 und dem Handhabungskopf 18 gespannt bzw. gepresst, so dass ein staub- oder luftdichter Abschluss zwischen Mischdeckel und Mischbehälter erzielt werden kann. Die Drehachsen 26 sind jeweils durch einen Antriebsmotor 32 drehbar, bei dem es sich um einen Schrittmotor handeln kann, der von der Steuerung steuerbar ist. Die Drehachsen 26 sind weiterhin jeweils entlang ihrer Längsachse verschiebbar, und zwar mittels eines ebenfalls von der Steuerung gesteuerten Spannantriebs, z. B. elektromotorisch, pneumatisch oder hydraulisch, so dass die gewünschte Spannwirkung erzielt werden kann. Die Erfassungsmittel bilden somit in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gleichzeitig die Spannmittel, mit denen der Mischdeckel 4 dicht mit dem Mischbehälter 2 in Eingriff gebracht wird.
Bedingt durch einen vorgeschriebenen Sicherheitsbereich des Mehrachsroboters 12 wird ein zugeführter Mischbehälter 2 über eine entsprechende Sicherheitseinrichtung 34 wie Sicherheitsschleuse oder Lichtgitter in eine Aufgabeposition 36 gebracht, in der er von dem Mehrachsroboter 12 erfasst werden kann, dessen Handhabungskopf sich dann in einer Ausgangsposition befindet. Alternativ sind mehrere unterschiedliche Aufgabepositionen eines Mischbehälters möglich, denen jeweils eine Fördereinrichtung zugeordnet sein kann.
Nachdem ein Mischbehälter eine Aufgabeposition für die Mischvorrichtung bzw. den Mehrachsroboter 12 erreicht hat, werden Daten wie Durchmesser und Höhe des Mischbehälters und das Mischprogramm an die Steuerung und/oder die Mischvorrichtung übergeben, beispielsweise über eine drahtlose (z. B. mit RFID) oder drahtgebundene Schnittstelle, einen optisch lesbaren Code (Barcode, QR-Code), oder eine manuelle Eingabe. Anhand der Höhe des Mischbehälters ermittelt die Mischvorrichtung die Position oder Höhe für Messungen zur Ermittlung des Zentrums des Mischbehälters und richtet sich entsprechend aus. Insbesonde- re kann am Handhabungskopf 18 ein Kamerasystem angeordnet sein, das das Zentrum und die Ausrichtung in Umfangsrichtung des Mischdeckels und eine Drehposition der Mischwelle ermittelt.
In einem ersten Schritt wird der Handhabungskopf über dem Mischbehälter positioniert, und anhand der Mischwelle wird das exakte Zentrum ermittelt. Diese Position wird an die Steuerung übergeben, und der Handhabungskopf wird exakt über der Mischwelle ausgerichtet.
Diese Ausrichtung kann auch mit Hilfe eines im Bodenbereich angeordneten Verschiebetellers, auf dem der Mischbehälter steht, erfolgen.
Als nächstes wird eine Position des Mischdeckels in Umfangsrichtung ermittelt, beispielsweise die Winkelposition einer Linie, die das Zentrum der Mischwelle mit einem Entlüftungsventil verbindet. Dieser Winkel ist wichtig, damit das Entlüftungsventil 11 oder ein möglicher Zugabestutzen genau in eine dafür vorgesehene Öffnung am Handhabungskopf positioniert wird.
Weiterhin wird über das Kamerasystem oder über Abstandssensoren eine mögliche Schiefläge des Mischdeckels bzw. des Mischbehälters in Bezug auf den Handhabungskopf ermittelt und ein Korrekturwinkel an die Steuerung übergeben. Der Handhabungskopf wird so ausgerichtet, dass er sich parallel zum Mischdeckel befindet. Damit ist die Antriebskupplung 22 parallel zur Mischwelle 8 ausgerichtet.
In einem weiteren Schritt wird der Drehwinkel der Mischwelle 8, beispielsweise einer Verzahnung, ermittelt und der Mischantrieb 20 und die Antriebskupplung 22 in einem identischen Drehwinkel positioniert.
Der Handhabungskopf 18 ist nunmehr hinsichtlich seiner Orientierung exakt auf den Mischbehälter und den Mischdeckel abgestimmt und kann auf den Mischdeckel abgesenkt werden. Aufgrund der zuvor durchgeführten Messungen und Positionierungen entstehen keine mechanischen Beanspruchungen.
Wenn der Handhabungskopf eine Position unmittelbar oberhalb des Mischdeckels 4 erreicht hat, werden die Spanneinrichtungen 24 abgestimmt auf den ermittelten Durchmesser des Mischbehälters 2 eingeschwenkt, wobei Spannarme 28 mit passenden radialen Längen um die Drehachse 26 verschwenkt werden, und anschließend pneumatisch und/oder elektrisch und/oder hydraulisch angehoben. Mischbehälter, Mischdeckel und Handhabungskopf sind nun fest miteinander verbunden, und der eigentliche Mischprozess kann beginnen.
Der Vollständigkeit halber sei ausgeführt, dass der Mischdeckel nicht zwangsläufig durch die Mischvorrichtung bzw. den Handhabungskopf selbst mit dem Mischbehälter 2 verriegelt bzw. dicht mit diesem verbunden werden muss, sondern bereits vor der Zuführung des Mischbehälters in die Aufgabeposition mit einem geeignet gestalteten Mischdeckel luftdicht verschlossen bzw. verriegelt werden kann. In einem solchen Fall ist es notwendig, dass der Mischbehälter und/oder der Mischdeckel mit geeigneten Verschlusseinrichtungen versehen ist, um den Mischdeckel fest und luftdicht mit dem Mischbehälter zu verriegeln. Dann genügt es, wenn der Handhabungskopf der Mischvorrichtung lediglich zum Erfassen der aus Mischbehälter und Mischdeckel gebildeten Einheit ausgebildet ist. Nachteilig ist bei einer solchen Lösung allerdings, dass ein zusätzlicher Handhabungsvorgang vor und nach dem eigentlichen Mischprozess erforderlich ist, um Mischdeckel und Mischbehälter miteinander zu verriegeln bzw. voneinander zu lösen, und dass der Mischbehälter und/oder der Mischdeckel mit entsprechenden Verriegelungseinrichtungen versehen sein muss.
Entsprechend dem übermittelten oder ausgewählten Mischprogramm wird nun der Mischbehälter so bewegt und gedreht, dass der enthaltene Stoff intensiv in Kontakt mit dem mindestens einen aktiven oder passiven Mischwerkzeug oder Mischorgan kommt. Durch die Flexibilität der Mischvorrichtung 12, die im beschriebenen Beispiel eine Bewegung in jeder Richtung und Drehung um jede beliebige Achse zulässt, kann jedes Mischprogramm individuell an den zu mischenden Stoff angepasst und ausgeführt werden.
Durch Wahl eines passenden Mischdeckels mit einem bestimmten Mischwerkzeug kann passend zu dem zu mischenden Stoff ein optimal wirksames Mischwerkzeug ausgewählt werden, beispielsweise mit einem oder mehreren oder unterschiedlichen Mischflügeln, -schaufeln usw. Ein Umbau der Mischeinrichtung selbst ist hierfür nicht erforderlich.
Nach Abschluss des Mischprozesses kann es notwendig sein, dass ein entstandener kleiner Überdruck im Mischbehälter, der durch Erwärmung des Stoffs und der Luft in dem Mischbehälter entsteht, entlüftet werden muss. Hierzu wird der Mischbehälter in seine horizontale Ausgangsstellung gebracht und das im Mischdeckel angebrachte Entlüftungsventil betätigt. Möglicher Überdruck und Feinstaub können entweichen. Zweckmäßigerweise wird eine Ab- sauglanze in Zusammenwirken mit dem Entlüftungsventil gebracht, an deren Ende eine Saugvorrichtung angebracht ist, mit der austretende Stäube unmittelbar abgesaugt werden können. Dadurch werden Verschmutzungen im Umfeld der Mischvorrichtung unterbunden.
Weiterhin kann nach Abschluss des Mischprozesses noch der Produktspiegel im Mischbehälter ausgeglichen werden. Hierzu wird der Mischbehälter in eine„Überschwenkposition" gebracht, entgegen der zuletzt eingenommenen Schwenkposition vor dem Ausrichten in eine horizontale Grundstellung. Dadurch wird ein möglicher einseitiger Schüttkegel ausgeglichen und das Produkt einheitlich im Mischbehälter verteilt.
In einem letzten Schritt wird der Mischbehälter an einer Abgabeposition 38 abgesetzt und vom Handhabungskopf gelöst. Hierzu fährt die Mischvorrichtung 12 in eine vorgegebene Endposition (in Fig. 2 oben) und senkt den Mischbehälter bis in eine Position unmittelbar oberhalb des Bodens ab. In dieser Position werden die Spannarme 28 der Spanneinrichtung 24 abgesenkt, so dass der Mischbehälter auf dem Boden steht, beispielsweise auf den Rädern 14. Eine zweite Fördereinrichtung 40 dient dem Abtransport des Mischbehälters. Alternativ zu den Fördereinrichtungen kann ein Transportroboter vorgesehen sein, der einen Mischbehälter durch die Stationen Befüllung, Mischung und Abgabe begleitet. Die Spannarme 28 werden in eine Grundstellung zurückgefahren, und der Handhabungskopf 18 in eine Ausgangsposition gebracht, in der die Mischvorrichtung zur Erfassung eines nächsten, von einem Mischdeckel abgedeckten Mischbehälters und für einen neuen Mischprozess bereit steht.
In einer alternativen Ausführungsform können die Mischbehälter nach dem Befüllen von einer Schutzabdeckung verschlossen bzw. abgedeckt werden, bspw. einer Kunststofffolie oder Folienhaube, die von der Mischvorrichtung oder einer zugeordneten Vorrichtung vor dem Mischen entfernt und durch den Mischdeckel ersetzt wird. Der Mischdeckel kann von der Mischvorrichtung oder einer zugeordneten Einrichtung aufgesetzt werden. Danach erfolgt der Mischvorgang. Anschließend kann der Mischdeckel auf dem Mischbehälter verbleiben oder wiederum abgenommen und durch eine Schutzabdeckung ersetzt werden. Die Mischdeckel können im Bereich der Mischvorrichtung in einer Lagereinrichtung gelagert werden. So kann bspw. ein Mischdeckel für einen ersten Mischbehälter und anschließend für einen zweiten Mischbehälter identischer Rezeptur verwendet werden. Bezugszeichenliste:
2 Mischbehälter
4 Mischdeckel
6 Mischflügel (Mischwerkzeug)
8 Mischwelle
10 erste Fördereinrichtung
11 Entlüftungsventil
12 Mischvorrichtung (Mehrachsroboter)
14 Rad
16 Maschinengestell
18 Handhabungskopf
20 Mischantrieb
22 Antriebskupplung
24 Spanneinrichtung
26 Drehachse
26a Achse
28 Spannarm
30 Behälterflansch
32 Antriebsmotor
34 Sicherheitseinrichtung
36 Aufgabeposition
38 Abgabeposition
40 zweite Fördereinrichtung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Mischen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen, wobei ein Mischbehälter (2) mit einer vorgegebenen Menge der zu mischenden Stoffe gefüllt wird, eine Öffnung des Mischbehälters (2) mit einem Mischdeckel (4) abgedeckt wird, der von dem Mischdeckel (4) abgedeckte Mischbehälter (2) in eine vorgebbare Aufgabeposition innerhalb eines Erfassungsbereichs einer Mischvorrichtung (12) gebracht wird, ein um mindestens eine Achse drehbarer und/oder entlang mindestens einer Bewegungsrichtung bewegbarer Handhabungskopf (18) der Mischvorrichtung (12) in eine der vorgegebenen Aufgabeposition entsprechende Ausgangsposition gebracht wird, der Mischbehälter (2) in der Aufgabeposition von dem Handhabungskopf (18) erfasst wird, der Mischbehälter (2) von der Mischvorrichtung (12) gemäß eines vorgegebenen Mischprozesses in mindestens eine Mischposition bewegt und die enthaltenen Stoffe gemischt werden, der Mischbehälter (2) nach Abschluss des Mischprozesses mittels des Handhabungskopfs (18) in eine vorgebbare, von der Aufgabeposition und der mindestens einen Mischposition verschiedene Abgabeposition gebracht und in der vorgegebenen Abgabeposition in einem von dem Mischdeckel (4) abgedeckten Zustand von der Mischvorrichtung (12) freigegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Mischdeckel (4) mindestens ein feststehendes oder bewegbares Mischwerkzeug (6) gehalten ist, das, sofern bewegbar, nach dem Erfassen des Mischbehälters (2) durch die Mischvorrichtung (12) von dieser gemäß dem Mischprozess angetrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe des Mischdeckels (4) erfasst, der Handhabungskopf (18) auf die erfasste Größe des Mischdeckels eingestellt und der von dem Mischdeckel abgedeckte Mischbehälter (2) von dem Handhabungskopf (18) erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe des Mischbehälters (2) erfasst, der Handhabungskopf (18) auf die erfasste Größe des Mischbehälters eingestellt und der von dem Mischdeckel abgedeckte Mischbehälter (2) von dem Handhabungskopf (18) erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum des Mischbehälters (2) nach Abschluss des Mischprozesses vor dem Freigeben des Mischbehälters (2) kontrolliert entlüftet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbehälter (2) während des Mischprozesses von dem Handhabungskopf (18) um eine Achse, zwei zueinander senkrechte oder drei zueinander senkrechte Achsen gedreht wird und/oder entlang einer Bewegungsrichtung, zweier zueinander senkrechter oder dreier zueinander senkrechter Bewegungsrichtungen bewegt wird.
7. Mischvorrichtung (12), insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Steuerung, einem um mindestens eine Achse drehbaren und/oder entlang mindestens einer Bewegungsrichtung bewegbaren Handhabungskopf (18), der mit Erfassungsmitteln (24, 26, 28) zum Erfassen eines von einem Mischdeckel (4) abgedeckten Mischbehälters (2) versehen ist, wobei der Handhabungskopf (18) zum Erfassen des in einer vorgebbaren Aufgabeposition befindlichen Mischbehälters (2) in eine der Aufgabeposition entsprechende Ausgangsposition bringbar ist, und zum Durchführen eines von der Steuerung vorgebbaren Mischprozesses zusammen mit dem erfassten Mischbehälter (2) in mindestens eine vorgegebene Mischposition und nach Abschluss des Mischprozesses in eine vorgebbare, von der Aufgabeposition und der mindestens einen Mischposition verschiedene Endposition bringbar ist, in der der von dem Mischdeckel (4) abgedeckte Mischbehälter (2) in der Abgabeposition ist und von dem Handhabungskopf (18) freigebbar ist.
8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischdeckel (4) ein bezüglich des Mischbehälters (2) separates Teil bildet.
9. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischdeckel (4) an dem Mischbehälter (2) gehalten ist, etwa schwenkbar oder verschieblich daran gelagert ist.
10. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erfassen einer Größe des Mischdeckels (4) vorgesehen sind, um über die Steuerung die Erfassungsmittel (24, 26, 28) auf die erfasste Größe des Mischdeckels einzustellen.
11. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erfassen einer Größe des Mischbehälters (2) vorgesehen sind, um über die Steuerung die Erfassungsmittel (24, 26, 28) auf die erfasste Größe des Mischbehälters einzustellen.
12. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Handhabungskopf (18) mit Spannmitteln (24, 26, 28) zum staub- oder luftdichten Ineingriffbringen des Mischdeckels (4) mit einer Öffnung des Mischbehälters (2) versehen ist.
13. Mischvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel durch die Erfassungsmittel (24, 26, 28) gebildet sind.
14. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (24, 26, 28) zum Erfassen von Mischbehältern (2) und Mischdeckeln (4) unterschiedlichen Durchmessers und von der Steuerung größenverstellbar ausgebildet sind.
15. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischdeckel (4) mit mindestens einem feststehenden oder bewegbaren Mischwerkzeug (6) versehen ist, das, sofern beweglich, mit einem von der Steuerung steuerbaren Mischantrieb (20) in Antriebsverbindung bringbar ist, der an der Mischvorrichtung (12) oder dem Handhabungskopf (18) angeordnet ist.
16. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (12) einen Mehrachsroboter umfasst, der eine Bewegung des Handhabungskopfs (18) um mindestens eine, zwei, drei, vier, fünf oder sechs Achsen ermöglicht.
17. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (12) mit einer ersten Positionserfassungseinrichtung versehen ist, etwa mit einem Kamerasystem oder Lasermesssystem, mit der eine Behälterposition und/oder eine Behälterhöhe und/oder ein Behälterdurchmesser eines Mischbehälters (2) und/oder ein Durchmesser eines Mischdeckels (4) erfassbar ist.
18. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung mit einer zweiten Positionserfassungseinrichtung versehen ist, etwa mit einem Kamerasystem oder Lasermesssystem, mit der eine Position und/oder eine Drehstellung einer Mischwelle (8) eines einen Mischbehälter (2) abdeckenden Mischdeckels (4) erfassbar ist.
19. Mischsystem mit einer Mischvorrichtung zum Mischen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen nach einem der Ansprüche 7 bis 18, und mit einer Anzahl von Mischbehältern (2), die zwischen einer Füllstation, an der ein Mischbehälter (2) mit einer vorgegebenen Menge der zu mischenden Stoffe füllbar ist, der Aufgabeposition, der Abgabeposition, einer Entleerungsstation, an der die gemischten Stoffe aus dem Mischbehälter entleerbar sind, und einer Reinigungsstation, an der der Mischbehälter (2) und/oder der Mischdeckel (4) reinigbar sind, umlaufend bewegt sind, wobei jeder Mischbehälter (2) zusammen mit einem diesen abdeckenden Mischdeckel (4) von der Mischvorrichtung (12) erfassbar, entsprechend einem vorgegebenen Mischprozess bewegbar und anschließend freigebbar ist.
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