EP3801855A1 - Device for mixing liquids and solids with liquids by means of vibration - Google Patents

Device for mixing liquids and solids with liquids by means of vibration

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EP3801855A1
EP3801855A1 EP19737206.3A EP19737206A EP3801855A1 EP 3801855 A1 EP3801855 A1 EP 3801855A1 EP 19737206 A EP19737206 A EP 19737206A EP 3801855 A1 EP3801855 A1 EP 3801855A1
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EP
European Patent Office
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spring elements
spring
liquids
mixing
drive shaft
Prior art date
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EP19737206.3A
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EP3801855C0 (en
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Patrick Müller
Kevin WETTER
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Dr Mueller AG
Original Assignee
Dr Mueller AG
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Publication date
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Publication of EP3801855C0 publication Critical patent/EP3801855C0/en
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    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
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    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]

Definitions

  • Attenuation blocks also known as silent blocks, are known as
  • the shock absorbing material is for example rubber or plastic foam and absorbs the transverse forces in the second spring element perpendicular to the drive shaft.
  • the damping blocks are attached directly to the wall of a housing.
  • Flat spring elements are inexpensive to produce in different materials and under tight geometrical and material tolerances. Most are spring steel or fiber reinforced plastic. The latter offers increased resistance to alternating stress while maintaining high strength and a low weight. In addition, the modulus of elasticity and thus the oscillation behavior of the leaf spring can be preselected by a suitable choice of the plastic.
  • the flat spring elements show in the stress condition described an enormous longevity even under high alternating loads. They are also compact and lightweight compared to conventional coil springs.
  • the design of the spring system of the inventive device allows greater forces and amplitudes of several millimeters at a frequency of up to 200Hz can be achieved.
  • the apparatus can be used for mixing and homogenizing volumes on the order of 10O00L.
  • the use of a permanent magnet or a magnetizable element as a counterpole to the electromagnetic drive can provide benefits depending on the application. With the use of a permanent magnet under otherwise identical conditions, the device according to the invention generates half the oscillation frequency with respect to the device with a magnetizable element. Especially at low operating frequencies, the use of permanent magnets can thus increase the drive efficiency, since the electromagnetic drive can usually be operated more efficiently at higher input frequencies. Also, the mechanical and thermal properties of the magnetizable element, usually consisting of ferritic material, or the permanent magnet, usually neodymium-iron-boron compounds can be advantageously used depending on the application requirements.

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Abstract

The invention relates to a device for mixing liquids and solids with liquids by means of vibration. A spring system (8, 8', 8''), which permits oscillation in one degree of freedom, is made to vibrate by means of an electromagnet (1), being magnetically coupled. A shaft (6) connected to the spring system (8, 8', 8'') transmits this unidirectional oscillation to a mixing member within the medium that is to be mixed. The spring system (8, 8', 8'') consists of flat spring elements (8, 8', 8'') made of spring steel or fiber-reinforced plastic and makes it possible to precisely set the vibration behavior by adapting the spring element clamped lengths. The design of the spring elements (8, 8', 8'') is set up so that in operation the loads on the spring elements (8, 8', 8'') are spread out and a long life is guaranteed even under high loads and cycles. The device is used for mixing volumes of up to 10,000 L and is operated at frequencies of up to 200 Hz and an amplitude of multiple millimeters.

Description

Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und Feststoffen mit Flüssigkeiten mittels Vibration  Device for mixing liquids and solids with liquids by means of vibration
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten, von Flüssigkeiten mit Gasen oder Feststoffen durch Vibration. The invention relates to a device for mixing liquids, liquids with gases or solids by vibration.
Stand der Technik State of the art
Bekannte Vorrichtungen zum Mischen von Flüssigkeiten durch Vibration weisen ein durch einen elektromagnetischen Antrieb (fortlaufend als Elektromagnet bezeichnet) in Schwingung gebrachtes Masse-Feder-System auf, das durch einen Schaft mit einer Mischerplatte verbunden ist. Das Federsystem ist elektromagnetisch zum Elektromagneten gekoppelt, welcher mit einem wechselnden Strom oder Strompulsen angesteuert wird und das Masse-Feder- System in Schwingung versetzt. Die dadurch entstehenden (vertikalen) Auslenkungen in der Richtung der an- und abstossenden Kraft des magnetischen Feldes auf das Federsystem werden durch einen Antriebschaft auf die Mischerplatte im Mischmedium übertragen. Um eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen muss das Schwingsystem möglichst in ihrer Resonanz oszillieren, da sich dadurch die benötigte Anregerkraft des Antriebes minimiert. Durch geschickte Auslegung der Federelemente der Masse sowie der Dämpfungswerte kann diese Resonanzfrequenz für die jeweilige Anwendung verändert und optimiert werden. Known apparatus for mixing liquids by vibration comprise a mass-spring system vibrated by an electromagnetic drive (referred to as solenoid), which is connected by a shaft to a mixer plate. The spring system is electromagnetically coupled to the electromagnet, which is driven by an alternating current or current pulses and sets the mass-spring system in oscillation. The resulting (vertical) deflections in the direction of the force of the magnetic field on and off the spring system are transmitted through a drive shaft to the mixer plate in the mixing medium. In order to achieve the highest possible efficiency, the oscillation system must oscillate as much as possible in its resonance, since this minimizes the required exciter force of the drive. By skillful design of the spring elements of the mass and the attenuation values, this resonant frequency can be changed and optimized for the respective application.
Ein solches System ist aus dem Stand der Technik unter den Bezeichnungen Vibromischer und Vibrationsmischantrieb bekannt und ist beispielsweise in CFI 289065 offenbart. Als Beispiel aus der Industrie sei hier der Vibromischer unter dem Namen FUNDAMIX® der Firma DrM Dr. Müller AG genannt. Üblicherweise werden Vibromischer dieser Art bei einer Schwingfrequenz von 50-100Flz und einer Amplitude von 1 -5mm betrieben. Mischorgane, auf welche hier nicht näher eingegangen werden soll, sind auf die unidirektionale Oszillationsbewegung ausgelegt und erreichen eine vergleichbare Mischleistung zu konventionellen Rotationsrührern. Such a system is known in the art under the designations Vibromischer and Vibrationsmischantrieb and is disclosed, for example, in CFI 289065. As an example from the industry here is the vibromixer under the name FUNDAMIX® the company DrM. Called Müller AG. Usually Vibromischer this type at a vibration frequency of 50-100Flz and a Amplitude of 1 -5mm operated. Mixing organs, which will not be discussed here in more detail, are designed for the unidirectional oscillation movement and achieve a comparable mixing performance to conventional rotary stirrers.
Nach dem Stand der Technik besteht das Federsystem eines solchen Vibromischers meist aus einer oder mehreren Spiralfedern. Die Federn, meist aus Federstahl, halten der dauernden Wechselbelastung stand und sind, gegeben durch deren geometrische Dimensionen, auf eine Federkraft fixiert. Diese lässt sich durch Veränderung der Vorspannung der Federn anpassen, was mit einem grossen Aufwand, insbesondere bei einer grösseren Anzahl an Spiralfedern verbunden ist. Die Resonanzfrequenz des Federsystems wird aufgrund der Masse und der Dämpfung des Systems bestimmt und kann somit nur durch Austausch der Federn oder Erweiterung des Federpakets verändert werden. Sind mehrere Federn im System vorhanden, so können die Federkräfte bei mehreren Federn im System aufgrund kleinster Unterschiede in Material, Temperatur oder Geometrie der Federn variieren. Dies führt zu einer ungleichmässigen Verteilung der Kräfte und beeinträchtigt das Schwingverhalten des Systems. Die Lagerung von Spiralfedern ist mechanisch schwierig umzusetzen und kann zu einer störenden Geräuschentwicklung während dem Betrieb führen. Eine Unterdrückung dieser Lärmquelle ist nur mit aufwändigen Massnahmen zu erreichen, wie zum Beispiel durch Schalldämpfer ober Oberflächenbehandlung der Kontaktstellen zur Feder. Beide Methoden sind teuer und können das Resonanzverhalten des Schwingsystems sowie die Standzeiten der Federn beeinträchtigen. According to the prior art, the spring system of such a Vibromischers usually consists of one or more coil springs. The springs, usually made of spring steel, withstand the constant alternating load and are, given by their geometric dimensions, fixed to a spring force. This can be adjusted by changing the bias of the springs, which is associated with a great deal of effort, especially in a larger number of coil springs. The resonance frequency of the spring system is determined by the mass and the damping of the system and can thus be changed only by replacing the springs or extension of the spring assembly. If several springs are present in the system, the spring forces can vary with several springs in the system due to the smallest differences in material, temperature or geometry of the springs. This leads to an uneven distribution of forces and affects the vibration behavior of the system. The storage of coil springs is mechanically difficult to implement and can lead to a disturbing noise during operation. A suppression of this source of noise can be achieved only with complex measures, such as by silencer ober surface treatment of the contact points to the spring. Both methods are expensive and can affect the resonance behavior of the oscillating system as well as the service life of the springs.
Eine weitere Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist in EP 0626194A1 offenbart. Ein Objektträger ist durch mehrere in Serie verbundener Blattfedern so gelagert, dass dieser in drei Dimension schwingen kann. Die Anregung der Schwingung geschieht durch Ansteuerung von Spulen, die eine Krafteinwirkung auf Permanentmagneten ausüben, welche den einzelnen Schwingfedern verbunden sind. Um das Schwingverhalten anzupassen, können die Federkonstanten der Federn in allen Richtungen verändert werden, das durch eine Überlagerung der Federn mit einem weiteren Federsystem geschieht. Genannt ist hier die Serie- Schaltung eines Federstabes, dessen Federkonstante sich durch eine verstellbare Schwingmasse oder eine verstellbare Führungsgabel verändern lässt. Im Dokument ist darauf hingewiesen, dass der Schwingapparat üblicherweise bei hohen Frequenzen bis 20kFlz betrieben wird. Anwendungsbereiche sind Mischungen, Flomogenisierungen und Separierungen von Flüssigkeiten und Feststoffen im Labormassstab. Der mechanische Aufbau des Federsystems und die Einrichtung zur Anpassung der Federkonstante mittels zusätzlichem Schwingstab sind aufwändig, kompliziert und beanspruchen viel Platz. Die Anwendungen sind auf das Mischen von kleineren Mengen an Flüssigkeiten und Feststoffen begrenzt. Die Massen und Amplituden sind klein und die Frequenzen gross, ausgelegt auf den jeweiligen Prozess im Labormassstab. Eine massstäbliche Auslegung für grössere Volumen, Amplituden, Gewichte und Mischleistungen wäre jedoch mit einem enormen Aufwand verbunden. Gerade die Einrichtung zur Anpassung der Federkonstanten wäre in einem Scale-Up ökonomisch nicht mehr umsetzbar. Another prior art device is disclosed in EP 0626194A1. A slide is mounted by a plurality of leaf springs connected in series so that it can swing in three dimensions. The excitation of the vibration is done by driving coils that exert a force on permanent magnets, which are connected to the individual vibrating springs. In order to adapt the oscillatory behavior, the spring constants of the springs can be changed in all directions, which by an overlay of the Springs with another spring system happens. Mentioned here is the series circuit of a spring bar whose spring constant can be changed by an adjustable oscillating mass or an adjustable guide fork. It is noted in the document that the oscillator is usually operated at high frequencies up to 20kFlz. Areas of application include mixtures, flomogenizations and separations of liquids and solids on a laboratory scale. The mechanical structure of the spring system and the means for adjusting the spring constant by means of additional vibrating rod are complex, complicated and take up a lot of space. The applications are limited to the mixing of smaller amounts of liquids and solids. The masses and amplitudes are small and the frequencies large, designed for the respective process on a laboratory scale. However, a scaled design for larger volumes, amplitudes, weights and blending would require a great deal of effort. Just the device for adjusting the spring constants would be economically in a scale-up no longer feasible.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und Feststoffen in Flüssigkeiten mittels Vibration zu schaffen, bei dem mittels eines elektromagnetischen Antriebes ein Antriebschaft über ein Federsystem in einer Hauptrichtung oszillierend angeregt wird. Die Vorrichtung soll dabei so ausgelegt sein, dass auch grössere Kräfte und Amplituden von mehreren Millimetern bei einer Frequenz von bis zu 200Hz erreicht werden können. Gegenüber dem Stand der Technik soll der mechanische Aufbau des Feder-Systems so optimiert sein, dass die bekannten Probleme vermindert oder verhindert werden. The object of the present invention is to provide a device for mixing liquids and solids in liquids by means of vibration, in which by means of an electromagnetic drive, a drive shaft is excited oscillating via a spring system in a main direction. The device should be designed so that even larger forces and amplitudes of several millimeters at a frequency of up to 200Hz can be achieved. Compared to the prior art, the mechanical design of the spring system should be optimized so that the known problems are reduced or prevented.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und Feststoffen in Flüssigkeiten mittels Vibration gelöst, die einen elektromagnetischen Antrieb, entweder einen Permanentmagneten oder ein magnetisierbares, beispielsweise ein ferritisches Element und einen koaxial mit dem elektromagnetischen Antrieb angeordneten Antriebschaft aufweist. Die Vorrichtung weist insbesondere ein System von Federelementen auf mit einem oder mehreren flachen Federelementen. Das Federsystem erlaubt eine Schwingung in einer Oszillationsrichtung, nämlich der Flauptrichtung koaxial mit dem Antriebschaft und dem elektromagnetischen Antrieb, und wird zentral durch eine äussere Kraft zur Oszillation angeregt. Diese Anregerkraft wird durch einen elektromagnetischen Antrieb erzeugt, welcher durch eine magnetische Kopplung eine Kraft auf einen Permanentmagneten bzw. ein magnetisierbares Element überträgt. Der Permanentmagnet oder das magnetisierbare Element ist mit dem Federsystem verbunden und ermöglicht die Anregung zur Schwingung. Weist die erfindungsgemässe Vorrichtung einen Permanentmagneten, d.h. mit einem stetigen Pol auf, wird der Permanentmagnet mit der Eingangsfrequenz der elektromagnetischen Spule des Elektromagneten mitschwingen. Weist die erfindungsgemässe Vorrichtung stattdessen ein magnetisierbares Element auf, so wird dieses Element durch die elektromagnetische Spule des Elektromagneten magnetisiert und wird dadurch in der doppelten Eingangsfrequenz des Elektromagneten schwingen. Der Belastungszustand der unidirektionalenThe object is achieved according to the invention by means of a device for mixing liquids and solids in liquids by means of vibration, which has an electromagnetic drive, either a permanent magnet or a magnetizable, such as a ferritic element and a coaxially arranged with the electromagnetic drive drive shaft. In particular, the device comprises a system of spring elements with one or more flat spring elements. The spring system allows oscillation in an oscillation direction, namely the main direction coaxial with the drive shaft and the electromagnetic drive, and is excited centrally by an external force for oscillation. This excitation force is generated by an electromagnetic drive, which transmits a force to a permanent magnet or a magnetizable element by means of a magnetic coupling. The permanent magnet or the magnetizable element is connected to the spring system and allows the excitation to vibrate. If the device according to the invention has a permanent magnet, ie with a continuous pole, the permanent magnet will resonate with the input frequency of the electromagnetic coil of the electromagnet. If the device according to the invention instead has a magnetizable element, this element is magnetized by the electromagnetic coil of the electromagnet and will thereby oscillate at twice the input frequency of the electromagnet. The load state of the unidirectional
Oszillation ist durch die Flauptkräfte entlang der Schwingungsamplitude entlang der induzierten magnetischen Kraft gegeben, welche auf den Antriebschaft und somit zu einem am Antriebschaft befestigten Mischorgan übertragen werden. Dabei entstehen auch transversale, senkrecht zur Oszillationsrichtung agierende Kräfte, gegeben durch äussere Kräfte vom Antriebschaft und Mischorgan sowie Kräfte, die aus einer nicht perfekt symmetrischen Anordnung der Bauteile resultieren. Die flachen Federelemente, welche für eine Biege- und Torsionsbeanspruchung ausgelegt sind, können so angeordnet werden, dass diese jeweils die Flaupt- oder Transversalkräfte optimal aufnehmen. Flierzu sind erste flache Federelemente parallel zur Hauptrichtung und zum Antriebschaft angeordnet und weitere zweite, flache Federelemente senkrecht zur Hauptrichtung und zum Antriebschaft angeordnet. Letztere zweite Federelemente sind mit dem Permanentmagneten bzw. dem magnetisierbaren Element verbunden. Müsste ein flaches Federelement beide Kraftsorten, d.h. Kräfte in Oszillations- oder Hauptrichtung sowie Transversalkräfte senkrecht zur Hauptrichtung aufnehmen, käme dies neben einer Biegung und Torsion ausserdem zu einer zusätzlichen Zug- und Druckbelastung entlang der Federachse und somit zu einer suboptimalen Beanspruchung des Materials. Die Kombination von flachen Federelementen ermöglicht somit die optimale Verteilung der beanspruchenden Kräfte im Schwingsystem. Oscillation is given by the main forces along the vibration amplitude along the induced magnetic force, which are transmitted to the drive shaft and thus to a mixer attached to the drive shaft. This also creates transverse, acting perpendicular to the direction of oscillation forces, given by external forces from the drive shaft and mixing element and forces resulting from a not perfectly symmetrical arrangement of the components. The flat spring elements, which are designed for a bending and torsional stress, can be arranged so that they each optimally absorb the main or transverse forces. Flierzu first flat spring elements are arranged parallel to the main direction and the drive shaft and further arranged second flat spring elements perpendicular to the main direction and the drive shaft. The latter second spring elements are connected to the permanent magnet or the magnetizable element. If a flat spring element would absorb both force types, ie forces in oscillation or main direction as well as transverse forces perpendicular to the main direction, this would result not only in bending and torsion but also in additional tensile and compressive loading along the spring axis and thus in suboptimal stress on the spring Material. The combination of flat spring elements thus allows the optimal distribution of the straining forces in the vibration system.
In einer Ausführung der Erfindung weist das System von flachen Federelementen mehrere miteinander verbundene flache Federelemente auf, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind, oder ein oder mehrere gebogene, flache In one embodiment of the invention, the system of flat spring elements comprises a plurality of interconnected flat spring elements, which are aligned perpendicular to each other, or one or more curved, flat
Federelemente auf. Spring elements on.
In einer Ausführung sind die gebogenen Federelemente jeweils L-förmig ausgestaltet. In einer Ausführung weist das System zwei L-förmig ausgestaltete gebogene Federelemente auf, wobei jede der beiden L-förmigen Federelemente jeweils ein erstes, zum Antriebschaft parallel ausgerichtetes Federelement und ein zweites, zum Antriebschaft senkrecht ausgerichtetes Federelement umfasst. In one embodiment, the bent spring elements are each designed in an L-shape. In one embodiment, the system comprises two curved spring elements configured in the shape of an L, wherein each of the two L-shaped spring elements respectively comprises a first spring element aligned parallel to the drive shaft and a second spring element oriented perpendicular to the drive shaft.
Ein gebogenes flaches Federelement ist in einer weiteren Ausführung U-förmig ausgestaltet. Unter U-Form ist ein einstückiges Federelement zu verstehen, das zwei parallel zum Antriebschaft ausgerichtete Federelemente und ein senkrecht zum Antriebschaft ausgerichtetes Federelement umfasst. A curved flat spring element is designed in a further embodiment U-shaped. Under U-shape is an integral spring element to understand, comprising two aligned parallel to the drive shaft spring elements and a perpendicular to the drive shaft aligned spring element.
In einer Ausführung der Erfindung enthalten die Federelemente hochbelastbares, elastisches Material, wie Federstahl oder Faser-verstärkten Kunststoff. In one embodiment of the invention, the spring elements contain highly resilient, elastic material, such as spring steel or fiber-reinforced plastic.
In einer Ausführung der Erfindung sind die zweiten Federelemente mittels In one embodiment of the invention, the second spring elements by means
Einspannbacken an der Wand eines Gehäuses befestigt und gelagert. Clamping jaws attached to the wall of a housing and stored.
In einer Ausführung der Erfindung sind die ersten Federelemente mittels In one embodiment of the invention, the first spring elements by means
Einspannbacken am Permanentmagneten oder magnetisierbaren Element befestigt und gelagert. Clamping jaws attached to the permanent magnet or magnetizable element and stored.
In einer Ausführung der Erfindung sind die Einspannlängen und -breiten der Federelemente in den Einspannbacken und/oder der Abstand der Federelemente vom elektromagnetischen Antrieb anpassbar. In one embodiment of the invention, the clamping lengths and widths of the spring elements in the clamping jaws and / or the distance of the spring elements from the electromagnetic drive can be adjusted.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die ersten Federelemente, parallel zur Hauptrichtung und zum Antriebschaft jeweils durch einen Dämpfungsblock realisiert, welcher die transversalen Kräfte aufnimmt. In a further embodiment of the invention, the first spring elements, realized parallel to the main direction and the drive shaft in each case by a damping block which absorbs the transverse forces.
Dämpfungsblöcke, auch unter dem Begriff Silent Blocks bekannt, sind als Attenuation blocks, also known as silent blocks, are known as
Dämpfungselemente mit einer mehrschichtigen Struktur zu verstehen, die zwei Metallplatten und ein zwischen den beiden Metallplatten angeordnetes To understand damping elements with a multilayer structure, the two metal plates and an arranged between the two metal plates
stossabsorbierendes Material aufweisen. Das stossabsorbierende Material ist beispielsweis Gummi oder Kunststoffschaum und nimmt die transversalen Kräfte im zweiten Federelement senkrecht zum Antriebschaft auf. Die Dämpfungsblöcke sind direkt an der Wand eines Gehäuses befestigt. Flache Federelemente sind in verschiedenen Materialen und unter engen Geometrie- und Materialtoleranzen günstig herzustellen. Meist handelt es sich um Federstahl oder faserverstärktem Kunststoff. Letzteres bietet erhöhte Beständigkeit gegen Wechselbeanspruchung bei gleichzeitig hoher Festigkeit und einem kleinen Gewicht. Ausserdem lässt sich der E-Modul und somit das Schwingverhalten der Blattfeder durch geeignete Wahl des Kunststoffes vorselektieren. Die flachen Federelemente zeigen im beschriebenen Beanspruchungszustand eine enorme Langlebigkeit auch unter hohen Wechselbelastungen. Sie sind ausserdem kompakt und leicht im Vergleich zu konventionellen Spiralfedern. Die Lagerung und Fixierung der flachen Federn ist einfach, montagefreundlich und erzeugt gegeben durch die Kompaktheit und die definierte Einspannung der Federn kaum Lärm. Die separate Aufteilung der Federelemente gemäss auftretenden Kräften erlaubt eine flexible und einfache Einstellung der eingespannten Federlängen und die Position des Federsystems zur Anregerkraft. Dies ermöglicht eine Feineinstellung der Resonanzfrequenz des Systems und die bestmögliche Ausnutzung des elektromagnetischen Antriebs. Asymmetrien der Bauteile und -gruppen können durch die flexible Einspannung der Federelemente ausgeglichen werden und ermöglichen ein optimales Schwingverhalten. having shock absorbing material. The shock absorbing material is for example rubber or plastic foam and absorbs the transverse forces in the second spring element perpendicular to the drive shaft. The damping blocks are attached directly to the wall of a housing. Flat spring elements are inexpensive to produce in different materials and under tight geometrical and material tolerances. Most are spring steel or fiber reinforced plastic. The latter offers increased resistance to alternating stress while maintaining high strength and a low weight. In addition, the modulus of elasticity and thus the oscillation behavior of the leaf spring can be preselected by a suitable choice of the plastic. The flat spring elements show in the stress condition described an enormous longevity even under high alternating loads. They are also compact and lightweight compared to conventional coil springs. The storage and fixing of the flat springs is simple, easy to install and produced by the compactness and the defined clamping of the springs hardly noise. The separate division of the spring elements according to forces occurring allows a flexible and easy adjustment of the clamped spring lengths and the position of the spring system to the exciter force. This allows fine tuning of the system's resonant frequency and the best possible use of the electromagnetic drive. Asymmetry of the components and groups can be compensated by the flexible clamping of the spring elements and enable optimal vibration behavior.
Die Auslegung des Federsystems der erfindungsgemässen Vorrichtung ermöglicht, dass auch grössere Kräfte und Amplituden von mehreren Millimetern bei einer Frequenz von bis zu 200Hz erreicht werden können. Die Vorrichtung kann für das Mischen und Homogenisieren von Volumen in der Grössenordnung von 10O00L verwendet werden. Die Nutzung eines Permanentmagneten oder eines magnetisierbaren Elementes als Gegenpol zum elektromagnetischen Antrieb kann je nach Anwendung Vorteile erbringen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung erzeugt mit der Nutzung eines Permanentmagneten bei sonst gleichen Bedingungen die halbe Schwingfrequenz gegenüber der Vorrichtung mit magnetisierbarem Element. Gerade bei niederen Betriebsfrequenzen kann der Einsatz von Permanentmagneten somit die Antriebseffizienz erhöhen, da der elektromagnetische Antrieb bei höheren Eingangsfrequenzen meist effizienter betrieben werden kann. Auch können die mechanischen und thermischen Eigenschaften des magnetisierbaren Elementes, meist bestehend aus ferritischem Material, oder des Permanentmagneten, meist Neodym-Eisen-Bor-Verbindungen je nach Anwendungsanforderungen vorteilhaft eingesetzt werden. The design of the spring system of the inventive device allows greater forces and amplitudes of several millimeters at a frequency of up to 200Hz can be achieved. The apparatus can be used for mixing and homogenizing volumes on the order of 10O00L. The use of a permanent magnet or a magnetizable element as a counterpole to the electromagnetic drive can provide benefits depending on the application. With the use of a permanent magnet under otherwise identical conditions, the device according to the invention generates half the oscillation frequency with respect to the device with a magnetizable element. Especially at low operating frequencies, the use of permanent magnets can thus increase the drive efficiency, since the electromagnetic drive can usually be operated more efficiently at higher input frequencies. Also, the mechanical and thermal properties of the magnetizable element, usually consisting of ferritic material, or the permanent magnet, usually neodymium-iron-boron compounds can be advantageously used depending on the application requirements.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung erwirkt die Vorteile, dass die Standzeiten und mögliche Betriebsdauer der beanspruchten Federelemente erhöht sind, weil die Belastung der Federelemente aufgrund der erfindungsgemässen Auslegung optimal verteilt ist. Es entsteht beim Betrieb der Vorrichtung eine verminderte Lärmerzeugung, die sonst bei den hohen Betriebsfrequenzen durch Spiralfedern und deren Lagerung entsteht. Zudem ist das Gewicht und Platzbedürfnis des Federsystems im Vergleich zu den Vorrichtungen des Standes der Technik vermindert, und die Kosten der Herstellung sind durch geringere Bauteilkosten sowie die einfachere Montage und Systemeinstellung vermindert. Der Unterhalt der erfindungsgemässen Vorrichtung sowie der hohe Aufwand zum Einstellen der Betriebsparameter können durch die einfachere Konstruktion und den flexiblen Einspannmechanismus vermindert werden. The inventive device obtains the advantages that the service life and possible operating life of the claimed spring elements are increased, because the load of the spring elements is optimally distributed due to the inventive design. It arises during operation of the device, a reduced noise generation, which otherwise occurs at the high operating frequencies by coil springs and their storage. In addition, the weight and space requirement of the spring system is reduced as compared with the prior art devices, and the cost of manufacture is reduced by lower component costs and ease of assembly and adjustment. The maintenance of the inventive device and the high cost of adjusting the operating parameters can be reduced by the simpler design and the flexible clamping mechanism.
Die Erfindung wird anhand von Figuren näher beschrieben werden. The invention will be described in more detail with reference to figures.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt des Antriebsorganes eines Vibrationsmischers nach dem Stand der Technik Fig. 2 einen Querschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einfachen L-Profil Federelementen Fig. 1 shows a cross section of the drive member of a vibration mixer according to the prior art Fig. 2 shows a cross section of the inventive device with simple L-profile spring elements
Fig. 3 einen Querschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung mit mehreren flachen Federelementen und deren Einspannmechanismus  Fig. 3 shows a cross section of the inventive device with a plurality of flat spring elements and their clamping mechanism
Fig. 4 einen Querschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung mit mehreren flachen Federelementen und deren Einspannmechanismus in einer Doppelausführung Fig. 4 shows a cross section of the inventive device with a plurality of flat spring elements and their clamping mechanism in a double version
Figur 1 zeigt einen Antrieb für eine Vorrichtung für das Mischen von Flüssigkeiten nach dem Stand der Technik in vereinfachter Darstellung. Hierbei ist der elektromagnetische Antrieb 1 fest mit einem starren Rahmen, Chassis 3, verbunden. Eine starre Platte 5 ist so durch eine oder mehrere Spiralfedern 4 verbunden und gelagert, um eine optimale Lagerung zu gewährleisten, wobei die Federn 4 sowohl parallel als auch seriell angeordnet werden können. Ein Permanentmagnet oder magnetisierbares Element 2 ist mit der Platte 5 verbunden und wird durch die magnetische Koppelung durch den Elektromagneten 1 angeregt, so dass sich die Federn 4 in Schwingung versetzen. Die Platte 5 ist dabei durch die Federn 4 so gelagert, dass diese in Flauptrichtung frei schwingen kann. Die Flauptrichtung entlang der Linie 1 1 ist durch die Kraftwirkung des Elektromagneten 1 auf den Permanentmagneten oder das magnetisierbare Element 2 auf der Stahlplatte 5 definiert. Ein mit der Stahlplatte verbundener Schaft 6 schwingt somit in Hauptrichtung 1 1 mit und kann die Oszillation auf ein am Schaft 6 befestigtes Mischorgan ausserhalb des Chassis 3 übertragen, im Idealfall auf eine Mischerplatte innerhalb des zu mischenden Mediums. In den Figuren 2 bis 4 ist eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingbewegungen mittels eines Systems aus einem oder mehreren flachen Federelementen dargestellt. Figure 1 shows a drive for a device for mixing liquids according to the prior art in a simplified representation. Here, the electromagnetic drive 1 is fixed to a rigid frame, chassis 3, connected. A rigid plate 5 is connected and supported by one or more coil springs 4 so as to ensure optimum storage, wherein the springs 4 can be arranged both in parallel and serially. A permanent magnet or magnetizable element 2 is connected to the plate 5 and is excited by the magnetic coupling by the electromagnet 1, so that the springs 4 set in vibration. The plate 5 is supported by the springs 4 so that they can swing freely in the direction of flight. The Flauptrichtung along the line 1 1 is defined by the force of the electromagnet 1 on the permanent magnet or the magnetizable element 2 on the steel plate 5. A connected to the steel plate shaft 6 thus vibrates in the main direction 1 1 and can transfer the oscillation on a shaft 6 fixed to the mixing element outside the chassis 3, ideally to a mixer plate within the medium to be mixed. FIGS. 2 to 4 show an exemplary embodiment of the device according to the invention for generating oscillating movements by means of a system of one or more flat spring elements.
Figur 2 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem an einem Gehäuse 3 befestigten elektromagnetischen Antrieb 1 , einem Antriebschaft 6, an dem ein Mischorgan (nicht dargestellt) ausserhalb des Gehäuses 3 befestigt ist, und einem Permanentmagneten oder magnetisierbaren Element 2. Zwei einzelne gebogene, hier L-Profil-förmige, flache, Federelemente 8 sind mittels zwei Einspannbacken 9, 9‘ mit dem Permanentmagneten oder magnetisierbaren Element 2 verbunden, wobei die L-förmigen Federelemente 8 einen parallel zum Schaft 6 verlaufenden Teil 8“ und einen senkrecht zum Schaft 6 verlaufenden Teil 8‘ aufweisen. Anstelle der beiden L-Profil-förmigen Federelemente 8 kann auch ein einzelnesFIG. 2 shows the device according to the invention with an electromagnetic drive 1 fastened to a housing 3, a drive shaft 6, to which a mixing element (not shown) is fastened outside the housing 3, and a permanent magnet or magnetizable element 2. Two individual bent, here L-profile-shaped, flat, spring elements 8 are connected by means of two clamping jaws 9, 9 'with the permanent magnet or magnetizable element 2, wherein the L-shaped spring elements 8 a parallel to the shaft 6 extending part 8 "and a perpendicular to the shaft. 6 extending part 8 'have. Instead of the two L-shaped spring elements 8 may also be a single
Federelement in der Form eines U-Profils zum Einsatz kommen. Ein durch den elektromagnetischen Antrieb 1 erzeugtes wechselndes Magnetfeld regt den Permanentmagneten oder das magnetisierbare Element 2 an. Die beiden Federelemente 8 sind wiederum jeweils durch Einspannbacken 7’, 7” gelagert und an der seitlichen Innenwand des Gehäuses 3 fixiert. Gegeben durch die geometrischen Dimensionen der Flachfedern 8, 8‘, 8“, deren Materialeigenschaften sowie deren eingespannten Längen als auch dem Gewicht des Systems schwingen die Federn 8 angeregt durch den Antrieb 1 in Hauptrichtung 1 1. Ein mit den Federn 8 verbundener Schaft 6 überträgt die oszillierende Bewegung auf ein Mischorgan ausserhalb des Gehäuses 3. Die Anordnung erlaubt die Aufteilung der Belastungen auf die Federelemente 8. Hierbei kann das der senkrecht zum Schaft verlaufende Teil 8’ des Federelements 8 die Belastungen in Hauptrichtung 1 1 durch Biegung des Federteiles 8’ aufnehmen, wobei Transversalkräfte auf die zur Hauptrichtung und zum Schaft parallelen Teile 8" des Federelementes 8 übertragen werden. Dies ermöglicht eine optimale Aufteilung der mechanischen Belastungen und somit eine effiziente Ausnutzung der Materialeigenschaften der Federn 8. Spring element in the form of a U-profile are used. An alternating magnetic field generated by the electromagnetic drive 1 excites the permanent magnet or the magnetizable element 2. The two spring elements 8 are in turn each mounted by clamping jaws 7 ', 7 "and fixed to the lateral inner wall of the housing 3. Given by the geometric dimensions of the flat springs 8, 8 ', 8 ", their material properties and their clamped lengths and the weight of the system swing the springs 8 excited by the drive 1 in the main direction 1 1. A connected to the springs 8 shaft 6 transmits The arrangement allows the division of the loads on the spring elements 8. Here, the perpendicular to the shaft extending part 8 'of the spring element 8, the loads in the main direction 1 1 by bending the spring member 8' record , Transverse forces are transmitted to the main direction and to the shaft parallel parts 8 "of the spring element 8. This allows an optimal distribution of mechanical loads and thus efficient use of the material properties of the springs eighth
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung. Anstelle von L-förmigen, gebogenen, flachen Federelementen 8 werden mehrere flache Federelemente 8‘, 8“ verwendet, wobei die Federelemente 8‘ wiederum horizontal und senkrecht zur Hauptrichtung 1 1 ausgerichtet sind und die Federelemente 8“ parallel zur Hauptrichtung 11 verlaufen. Die Federelemente 8‘, 8“ sind durch Einspannbacken 10’, 10”, 10’” miteinander verbunden, wobei die Federelemente 8‘ mittels Einspannbacken 9‘, 9“ mit dem Permanentmagneten oder magnetisierbaren Element 2 verbunden sind. Die Federelemente 8“ sind wiederum mittels Einspannbacken 7, 7“ an der seitlichen Innenwand des Gehäuses 3 befestigt und gelagert. Es wird auch hier zwischen den zur Hauptrichtung 1 1 parallelen Federelemente 8’ sowie den zur Hauptrichtung 1 1 senkrechten Federelementen 8” unterschieden werden, welche je nach Belastungszustand die mechanischen Kräfte entsprechend und somit optimal aufnehmen. FIG. 3 shows a further embodiment of the device according to the invention. Instead of L-shaped, curved, flat spring elements 8, a plurality of flat spring elements 8 ', 8 "are used, wherein the spring elements 8' are again aligned horizontally and perpendicular to the main direction 1 1 and the spring elements 8" parallel to the main direction 11. The spring elements 8 ', 8 "are interconnected by clamping jaws 10', 10", 10 '", wherein the spring elements 8' are connected by means of clamping jaws 9 ', 9" with the permanent magnet or magnetizable element 2. The spring elements 8 "are in turn fastened and mounted on the lateral inner wall of the housing 3 by means of clamping jaws 7, 7". It is also here between the main direction 1 1 parallel Spring elements 8 'and the main direction 1 1 vertical spring elements 8 "are distinguished, which absorb the mechanical forces according to the load and thus optimal.
In einer alternativen Ausführung mit Dämpfungsblöcken (Silent Blocks) für die ersten Federelemente 8“, die parallel zur Hauptrichtung 1 1 verlaufen, werden die ersten Federelemente 8“ zusammen mit den Einspannbacken 7‘, 7“, 10‘, 10“ durch Dämpfungsblöcke ersetzt. Dabei ist eine der beiden Metallplatten der Dämpfungsblöcke an einer Seite der Dämpfungsmaterials direkt an den seitlichen Innenwänden des Gehäuses 3 befestigt und die andere Metallplatte auf der gegenüberliegenden Seite des Dämpfungsmaterials an der Einspannbacke 10‘“ befestigt ist.  In an alternative embodiment with damping blocks (silent blocks) for the first spring elements 8 ", which run parallel to the main direction 11, the first spring elements 8" together with the clamping jaws 7 ', 7 ", 10', 10" are replaced by damping blocks. In this case, one of the two metal plates of the damping blocks is attached to one side of the damping material directly to the lateral inner walls of the housing 3 and the other metal plate on the opposite side of the damping material to the clamping jaw 10 '"is attached.
Auch in Figur 4 ist eine weitere Ausführung der Vorrichtung gezeigt. Hier weist das Federsystem zwei senkrecht zur Hauptrichtung 11 angeordnete Federelemente 8‘, die übereinander angeordnet sind. Davon ist eines der Federelemente 8‘ mittels Einspannbacken 9‘, 9“ am Permanentmagneten oder magnetisierbaren Element 2 befestigt und das zweite Federelement 8‘ ist mittels Einspannbacken 9‘, 9“ am Antriebschaft 2 befestigt. Die beiden übereinander angeordneten, senkrecht zum Antriebschaft 2 verlaufenden Federelemente 8‘ sind mittels Einspannbacken 10‘“ und 10““ miteinander verbunden und zueinander fixiert. Zwei parallel zur Hauptrichtung 11 verlaufende Federelemente 8“ sind mittels Einspannbacken 7‘, 7“ an der seitlichen Gehäuseinnenwand befestigt. Die parallel zum Antriebschaft verlaufenden Federelemente 8“ sind mit dem einen senkrecht zum Antriebschaft 2 verlaufenden Federelement 8‘ mittels Einspannbacken 10‘, 10“ zueinander fixiert. Diese Einspannung der Federelemente 8‘, 8“ unterstützt die Schwingung in der Hauptrichtung 1 1 und die Belastungen werden von diesem optimal aufgenommen. Diese parallele Anordnung mehrerer Federelemente 8‘, 8“ ermöglicht die verbesserte Lagerung des Antriebschaftes 6 gegenüber äusseren Kräften. Die eingespannten Längen der Federelemente 8’, 8” und 9’, 9” und die Position des Permanentmagneten oder magnetisierbaren Elementes 2 gegenüber dem elektromagnetischen Antrieb 1 sind wichtige Betriebsparameter und beeinflussen das Schwingverhalten und somit das Mischvermögen des Mischorganes. Die Einspannbacken 10’, 10”, 10’” und 10”” sind jeweils so gestaltet, dass diese vorzugsweise flexibel fixierbar sind, indem die Federelemente 8’, 8” sowie 9’, 9” in anpassbaren Einspann-Längen, -Breiten und -dicken sowie deren Positionen befestigt werden können. Also in Figure 4, a further embodiment of the device is shown. Here, the spring system has two perpendicular to the main direction 11 arranged spring elements 8 ', which are arranged one above the other. Of these, one of the spring elements 8 'by means of clamping jaws 9', 9 "attached to the permanent magnet or magnetizable element 2 and the second spring element 8 'is by means of clamping jaws 9', 9" attached to the drive shaft 2. The two superimposed, perpendicular to the drive shaft 2 extending spring elements 8 'are connected by means of clamping jaws 10'"and10""with each other and fixed to each other. Two parallel to the main direction 11 extending spring elements 8 "are secured by means of clamping jaws 7 ', 7" on the lateral housing inner wall. The parallel to the drive shaft extending spring elements 8 "are fixed to the one perpendicular to the drive shaft 2 extending spring element 8 'by means of clamping jaws 10', 10" to each other. This clamping of the spring elements 8 ', 8 "supports the vibration in the main direction 1 1 and the loads are optimally absorbed by this. This parallel arrangement of a plurality of spring elements 8 ', 8 "allows the improved storage of the drive shaft 6 against external forces. The clamped lengths of the spring elements 8 ', 8 "and 9', 9" and the position of the permanent magnet or magnetizable element 2 with respect to the electromagnetic drive 1 are important operating parameters and influence the vibration behavior and thus the mixing capacity of the mixing element. The clamping jaws 10 ', 10 ", 10'" and 10 "" are each designed so that they are preferably flexibly fixable by the spring elements 8 ', 8 "and 9', 9" in adjustable clamping lengths, widths and Thicknesses and their positions can be attached.
Auch hier ist eine alternative Ausführung möglich, gleich wie im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben. Hier werden die ersten Federelemente 8“ und die Einspannbacken 7‘, 7“, 10’ und 10“ jeweils durch einen Dämpfungsblock ersetzt, wobei dieser an der seitlichen Innenwand des Gehäuses 3 direkt befestigt sind. Again, an alternative embodiment is possible, as described in connection with Figure 3. Here, the first spring elements 8 "and the clamping jaws 7 ', 7", 10' and 10 "are each replaced by a damping block, which are directly attached to the lateral inner wall of the housing 3.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und Feststoffen in Flüssigkeiten mittels Vibration aufweisend einen elektromagnetischen Antrieb (1 ), einen Antriebschaft (6) mit einem An apparatus for mixing liquids and solids in liquids by means of vibration comprising an electromagnetic drive (1), a drive shaft (6) with a
Mischorgan und entweder einen Permanentmagneten oder ein magnetisierbares Element (2), wobei der Antriebschaft (6) koaxial mit dem elektromagnetischen Antrieb angeordnet ist gekennzeichnet, durch ein System von Federelementen mit einem oder mehreren flachen  Mixing member and either a permanent magnet or a magnetizable element (2), wherein the drive shaft (6) is arranged coaxially with the electromagnetic drive is characterized by a system of spring elements with one or more flat
Federelementen (8, 8‘, 8“), Spring elements (8, 8 ', 8 "),
wovon erste Federelemente (8“) parallel zum Antriebschaft (6) angeordnet sind, und zweite Federelemente (8‘) senkrecht zum Antriebschaft (6) angeordnet und mit dem Permanentmagneten oder dem magnetisierbaren Element (2) verbunden sind. of which first spring elements (8 ") are arranged parallel to the drive shaft (6), and second spring elements (8 ') arranged perpendicular to the drive shaft (6) and connected to the permanent magnet or the magnetizable element (2).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that
das System von Federelementen mehrere flache miteinander verbundene Federelemente (8, 8‘, 8“) oder ein oder mehrere gebogene, flache Federelemente (8, 8‘, 8“) aufweist. the system of spring elements comprises a plurality of flat interconnected spring elements (8, 8 ', 8 ") or one or more curved, flat spring elements (8, 8', 8").
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that
das System ein U-förmiges flaches Federelement (8, 8‘, 8“) aufweist. the system comprises a U-shaped flat spring element (8, 8 ', 8 ").
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (8, 8‘, 8“) hochbelastbares, elastisches Material, wie 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring elements (8, 8 ', 8 ") highly resilient, elastic material, such as
Federstahl oder Faser-verstärkten Kunststoff enthalten. Spring steel or fiber reinforced plastic included.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 0 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Federelemente (8“) mittels Einspannbacken (7‘, 7‘) an der Wand eines Gehäuses (3) befestigt und gelagert sind. 5. Device according to one of claims 0 to 4, characterized in that the second spring elements (8 ") by means of clamping jaws (7 ', 7') are fixed and mounted on the wall of a housing (3).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Federelemente (8‘) mittels Einspannbacken (9‘, 9‘) am 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first spring elements (8 ') by means of clamping jaws (9', 9 ') on
Permanentmagneten oder dem magnetisierbaren Element (2) befestigt und gelagert sind. Permanent magnets or the magnetizable element (2) are fixed and stored.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannlängen und -breiten der Federelemente (8, 8‘, 8“) in den 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Einspannlängen and widths of the spring elements (8, 8 ', 8 ") in the
Einspannbacken (7‘, 7“, 9‘, 9“), und/oder der Abstand der Federelemente (8, 8‘, 8“) vom elektromagnetischen Antrieb (1 ), anpassbar sind. Clamping jaws (7 ', 7 ", 9', 9"), and / or the distance of the spring elements (8, 8 ', 8 ") from the electromagnetic drive (1), are adjustable.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Federelemente (8“) jeweils durch einen Dämpfungsblock ausgebildet sind, der direkt an der Innenwand eines Gehäuses (3) befestigt ist. 8. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first spring elements (8 ") are each formed by a damping block which is fixed directly to the inner wall of a housing (3).
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