EP3442693B1

EP3442693B1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen von pulver- oder granulatförmigen stoffen

Info

Publication number: EP3442693B1
Application number: EP17783486.8A
Authority: EP
Inventors: Christian Honemeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: DE102016012872A1; WO2018069401A1; EP3442693A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen, insbesondere für die Herstellung von Masterbatches. Aus der EP 0 225 495 A1 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 90° bis 180° 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.
JP 2014-237111 sowie WO 2013/080190 zeigen jeweils ein Verfahren zum Mischen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen mit einem Mischbehälter und zugehörigem Mischdeckel sowie eine entsprechende Vorrichtung.
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 1 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 entsprechend Anspruch 5 gelöst.
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 aufweisen 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 Drehungsfreiheitsgrade).
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.
Erfindungsgemäss ist die Mischeinrichtung mit einer ersten Positionserfassungseinrichtung versehen, beispielsweise mit einem Kamerasystem oder einem insbesondere drei Sensoren umfassenden Lasermesssystem, mit der eine Behälterposition erfassbar ist, wobei sich der Mischbehälter hierbei insbesondere in der Aufgabeposition befindet.
Die Mischeinrichtung ist mit einer zweiten Positionserfassungseinrichtung versehen, beispielsweise mit einem Kamerasystem oder einem insbesondere drei Sensoren umfassenden Lasermesssystem, mit der eine Position eines einen Mischbehälter abdeckenden Mischdeckels erfassbar ist.
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 13.
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. 1 zeigt,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Handhabungskopfs der Mischeinrichtung nach Fig. 1 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 Grö-ße 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 Mischantrieb 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. Insbesondere 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 Schieflage 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 Absauglanze 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

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, wobei eine Behälterposition mittels einer ersten Positionserfassungseinrichtung erfasst, eine Position des Mischdeckels (4) durch eine zweite Positionserfassungseinrichtung erfasst und der Handhabungskopf (18) hinsichtlich seiner Orientierung exakt auf den Mischbehälter (2) und den Mischdeckel (4) abgestimmt 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.
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.
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.
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.
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, wobei die Mischvorrichtung (12) mit einer ersten Positionserfassungseinrichtung versehen ist, mit der eine Behälterposition eines Mischbehälters (2) erfassbar ist, und mit einer zweiten Positionserfassungseinrichtung versehen ist, mit der eine Position eines Mischdeckels (4) erfassbar ist.
Mischvorrichtung nach Anspruch 5, 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.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, 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.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 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.
Mischvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel durch die Erfassungsmittel (24, 26, 28) gebildet sind.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, 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.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, 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.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, 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.
Mischsystem mit einer Mischvorrichtung zum Mischen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen nach einem der Ansprüche 5 bis 12, 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.