WO2019002017A1 - Mischvorrichtung und verfahren zum mischen - Google Patents

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WO2019002017A1
WO2019002017A1 PCT/EP2018/066222 EP2018066222W WO2019002017A1 WO 2019002017 A1 WO2019002017 A1 WO 2019002017A1 EP 2018066222 W EP2018066222 W EP 2018066222W WO 2019002017 A1 WO2019002017 A1 WO 2019002017A1
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WO
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container
changing
mixing device
mass distribution
mixing
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Application number
PCT/EP2018/066222
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Inventor
Mathias Schlegel
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Universität Rostock
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    • 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
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/20—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes
    • B01F31/26—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes the containers being submitted to a wobbling movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/70—Drives therefor, e.g. crank mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/30—Driving arrangements; Transmissions; Couplings; Brakes
    • B01F35/32—Driving arrangements
    • B01F35/32005—Type of drive
    • B01F35/32035—Gravity driven, e.g. by means of weights out of balance or plunger-weights moving in a cylinder

Definitions

  • the invention is based on a mixing device for mixing a mixed material in a container by moving the container.
  • the known mixing device comprises a particularly cylindrical container for receiving the substrate to be mixed, which is suspended pivotally on a stationary axis.
  • a particularly cylindrical container for receiving the substrate to be mixed, which is suspended pivotally on a stationary axis.
  • at least one bubble is arranged, which can be inflated by introducing a fluid of lower density. This displaces the higher density substrate at the point where the bubble expands. This leads to a
  • Mass displacement device is that no complex kinematic drive is required for the container.
  • a mixer with a rotating container for receiving mix in which a storage for the container this rotatable about two at an angle extending intersecting axes stored.
  • the mixer has a device with a drive, by means of which a change in the mass distribution is effected, which leads to a torque about one of the two axes in both directions of rotation (DE 10 2004 050 820 A1).
  • the invention is based on the object to provide a mixing device which allows improved mixing, especially in high-viscosity materials to be mixed.
  • the invention is also based on the object, such a
  • the invention proposes a device with the features mentioned in claim 1.
  • the invention also proposes a method for
  • the container is suspended in a storage in which the container is pivotable about at least two axes, wherein the two axes intersect.
  • the means for changing the mass distribution of the contents of the container so that a movement is achieved, which is composed of a pivoting about each of the two axes.
  • the drive for the means for changing the mass distribution is controlled by a controller, so that by the
  • Mass distribution a certain position of the container.
  • the controller may be configured so that a reciprocating movement between two positions can be effected. These two positions, however, are interconnected by a more complex composite pivoting motion that is not about is a simple pivoting movement about a fixed axis.
  • the axes of the bearing, about which the container is rotatably mounted intersect approximately in the geometric center of the container. It is taken into account that the container with the mix is not completely, but for the most part filled.
  • the at least two axes extend at a right angle to each other.
  • the device for changing the mass distribution of the mixed material is also designed as a displacement device. At a displacement of the mix, which in a back and forth
  • the means for changing the mass distribution at least partially, preferably predominantly, is moved with the container. So there is no additional kinematics required for the support of the device for changing the mass distribution. At most one
  • Power supply or a control unit may be arranged stationary.
  • the means for changing the mass distribution is at least partially attached to the outside of the container. This is especially true for control valves or part of the drive of the device.
  • the Means for changing the mass distribution is at least partially disposed within the container. This applies in particular to the parts of the device which are intended to displace the mixed material.
  • Changing the mass distribution has at least two preferably arranged in the interior of the container exchange chambers, each of which is arranged on a different side of at least one axis of rotation of the storage. If, for example, a fluid having a higher density than that of the mixed material is introduced into one of the two alternating chambers, while the associated interchangeable chamber arranged on the other side of the rotational axis contains a fluid of lower density than that of the mixed material (eg with air). is filled, it results in a certain distribution of the mass. If you change the roles of the two alternating chambers, d. H. filling the hitherto air-filled chamber with the heavier fluid and the previously filled with the heavier fluid chamber, for example, with air, then changes the mass distribution. This process can be repeated with appropriate control. This results in a reciprocating pivoting of the
  • each exchange chamber is designed for alternately receiving a fluid and for emptying, wherein emptying means filling with, for example, air.
  • each change chamber is connected via a line and a controllable by the control valve with a source and a sink for being introduced into the exchange chamber or to be removed from it fluid.
  • the controller can control the valve device in such a way that a constant change of the mass distribution and / or
  • Displacement of the mix is caused. This can be any type of materials.
  • the interchangeable chambers are connected to one another by the lines, wherein in the case of a plurality of interchangeable chambers, preferably each interchangeable chamber can be connected to every other interchangeable chamber.
  • the drive has a pump for alternately inflating or expanding and emptying or folding of alternating chambers.
  • a compressed air cylinder or a compressed gas cylinder is provided for alternately inflating and deflating changing chambers.
  • the invention also proposes a method of mixing a mix in a container.
  • the container is rotatably mounted about at least two intersecting axes of rotation.
  • the mix is poured into the container.
  • the container is closed.
  • the container is placed in a pivoting movement about both axes.
  • Change in the mass distribution and thus caused pivoting motion is the only drive for the mixing process.
  • the change in the mass distribution is brought about by simultaneous inflation of a bubble in the interior of the mixture on one side of an axis and emptying of a bubble on another side of the axis.
  • the container is suspended gimbal.
  • Figure 1 shows schematically the suspension of a mixing container from the side
  • Figure 2 also schematically shows the suspension of the mixing container of Figure 1 from above in Figure 1;
  • FIG. 3 greatly simplifies a diagram of the arrangement of a device for changing the mass distribution in the container
  • FIG. 4 also schematically shows the arrangement of several alternating chambers in FIG. 4
  • Figure 5 is a schematic plan view of a container
  • Figure 6 shows the connection of changing chambers via lines
  • Figure 7 shows another way of connecting the alternating chambers
  • Figure 8 is a representation corresponding to Figure 5 in a modified
  • Figure 9 shows schematically the process of alternately inflating a
  • Embodiment for example, has the shape of a circular cylinder.
  • the mixing container 1 serves to receive the substrate to be mixed. It is referred to below as a mix.
  • the mixing container 1 has two diametrically approximately at the level of its geometric center
  • Mixing container 1 by means of the two shafts 2 about a horizontal axis in Figure 1, the mixing container 1 can be rotated about this axis.
  • FIG. 2 shows the arrangement of FIG. 1 from above.
  • the mixing container 1 is thus to be seen in its front view, from which results in its shape as a circular cylinder.
  • the cage 3 has the shape of a rectangular frame, which is composed of four pairs opposite legs. At the two legs 4 shown on the right and left in Figure 2, the shafts 2 are rotatably mounted. At the two other legs 5, which are also opposite in pairs, shafts 6 are mounted on the outer sides, which are rotatably mounted at their ends in a bearing, not shown.
  • the container can be rotated about an axis running perpendicular to the plane of the paper in FIG. 1, which lies in the paper plane in FIG.
  • the mixing container 1 can be rotated or pivoted about two mutually perpendicular and intersecting axes, wherein the pivoting about the two axes can also be made simultaneously.
  • the two outer ends of the shafts 6 can in turn be mounted on a frame, not shown, in turn, similar to the frame. 3 is rotatably mounted on two opposite legs. As a result, a gimbal suspension of the mixing container 1 is then produced.
  • the mode of action of the change of the mass distribution will first be briefly explained with reference to FIG. 9, wherein reference may additionally be made to the aforementioned DE 10 2015 105 736 B3.
  • the invention uses expandable bladders, for example gas bags, as interchangeable chambers.
  • an airbag is expanded in the upper left in the container 1. This means that, on the one hand, the mix has been displaced from the area of the gas bag and, on the other hand, that the center of mass of the contents of the container and of the container has changed.
  • a compressed airbag arranged in the lower right-hand end of the container 1 can now be inflated, the gas used for inflating being taken from the upper airbag.
  • the role of the two gas bags is therefore reversed.
  • the mass distribution of the contents of the container and the container changes, wherein in turn the mix is displaced from the region of the lower gas bag.
  • a swinging motion can be produced which results in a mixing of the contents of the container. It can also be realized a circular motion.
  • a container 1 which is rotatably mounted about the first horizontal axis 7 and the second perpendicular to the paper plane extending horizontal axis 8.
  • the axes 7, 8 are used for explanation, while in Figs. 1 and 2, the shafts 2, 6 are used for illustration.
  • the lid 9 and the bottom 10 of the container 1 is the course of the two
  • Rotary axes 7, 8 indicated by dashed lines.
  • the two axes of rotation 7, 8 intersect approximately in the geometric center of the cylindrical container. 1
  • Dashed lines 7 'and 8' are formed on the top and bottom quadrants.
  • the position of a changing chamber 10 is indicated in the one quadrant, which is located on the left in Figure 3 side of the axis 8 and the front side of the axis 7.
  • a change chamber 1 1 is indicated in an opposite quadrant, which lies on the right in the figure 3 side of the axis 8 and the rear side of the axis 7.
  • the two alternating chambers 10, 1 1 are thus in the example shown schematically on opposite sides of each of the two axes 7, 8th
  • FIG. 4 again shows a longitudinal section through a mixing container 1, in this case with four alternating chambers 10, 11. If the exchangeable chambers 10, 1 1 as
  • FIG. 4 is only intended to illustrate how the exchangeable chambers 10, 11 are arranged and which connections between them are possible according to the invention. Since the effect of the exchangeable chambers is to produce a torque about at least one axis of rotation, it makes sense, of course, to arrange the exchangeable chambers in the region of the upper or lower end of the container, that is as far as possible away from the respective axis of rotation. In the case indicated in FIG. 1, two alternating chambers 10 are arranged in the upper region, and also two in the lower region
  • gas can be pumped from the left upper interchangeable chamber 10 into the right upper interchangeable chamber 10, and vice versa.
  • gas can be pumped from the right upper interchangeable chamber 10 in the right or left lower interchangeable chamber 1 1, and vice versa.
  • FIG. 5 shows the plan view of the arrangement of FIG. 4, wherein the lower alternating chambers 11 are shown in dashed lines and the upper alternating chambers 10 are shown in solid lines. Again, the alternating chambers 10 are arranged in opposite quadrants.
  • FIG. 6 now shows a possible line guidance between the exchangeable chambers 10, 11 and a valve which produces the actual connection and which is arranged in a control device 15.
  • the alternating chambers are each connected via a separate line 16, 17 with the valve contained in the control device 15.
  • the lines 16 are led out through the cover 9 and the bottom 10 of the container 1 and connected in the control device 15 to the valve.
  • the valve is designed so that it indicated schematically in Figure 4
  • FIG. 7 shows a way of connecting the lines 16, 17 also within the container to a control device 15. as may also be partially disposed in the container, for example.
  • Embodiments have in common that, except possibly one
  • Alternating chambers in the upper or lower region of a container is possible, for example with three alternating chambers 10th
  • Figure 9 shows once again the possibility of replacing gas from an expanded airbag 10 to a compressed airbag 1 1 in the lower region.

Abstract

Es wird eine Mischvorrichtung vorgeschlagen, die einen um zwei aufeinander senkrecht stehende sich schneidende Achsen drehbar gelagerten Behälter (1) zur Aufnahme des zu mischenden Mischguts aufweist. In dem Behälter (1) sind im oberen und im unteren Bereich innerhalb des Mischguts expandierbare Blasen (10, 11) angeordnet, die über Leitungen mit einer Gasdruckquelle verbunden sind. Durch abwechselndes Aufblasen und Entleeren der Blasen kann eine Verlagerung der Massenverteilung des Mischguts innerhalb des Behälters (1) erreicht werden, was aufgrund der Aufhängung des Behälters (1) zu einer Taumelbewegung des Behälters (1) und damit zu einer Vermischung des Mischguts führt.

Description

Mischvorrichtung und Verfahren zum Mischen
Die Erfindung geht aus von einer Mischvorrichtung zum Mischen eines Mischguts in einem Behälter durch Bewegen des Behälters.
Es ist bereits eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Substrats bekannt. Die bekannte Mischvorrichtung enthält einen insbesondere zylindrischen Behälter zum Aufnehmen des zu mischenden Substrats, der an einer ortsfesten Achse schwenkbar aufgehängt ist. Innerhalb des Behälters, und zwar innerhalb des zu mischenden Substrats, ist mindestens eine Blase angeordnet, die durch Einbringen eines Fluids geringerer Dichte aufgeblasen werden kann. Dadurch verdrängt sie das Substrat höherer Dichte an der Stelle, wo die Blase expandiert wird. Dies führt zu einer
Veränderung der Massenverteilung sowie zu einer Veränderung des Niveaus des Substrats in dem Behälter. Durch die Veränderung der Massenverteilung entsteht ein Kippmoment, das zur Verschwenkung des Behälters führt und damit zu einer
Vermischung seines Inhalts genutzt werden kann. Durch Ablassen des leichteren Fluids aus der Blase verändert sich die Massenverteilung wieder, indem das Substrat den Platz der nicht mehr expandierten Blase wieder einnimmt, sodass der Behälter in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Auf diese Weise kann durch ein hin- und hergehendes Verschwenken des Behälters um seine feste Achse nach und nach eine vollständige Durchmischung des Inhalts des Behälters bewirkt werden (DE 10 2015 105 736 B3).
Der Vorteil der Schwenkbewegung des Behälters durch die
Massenverlagerungseinrichtung liegt darin, dass kein aufwendiger kinematischer Antrieb für den Behälter erforderlich ist.
Es hat sich herausgestellt, dass in manchen Fällen der Zeitbedarf bis zum Erreichen einer vollständigen Durchmischung des Substrats hoch wird, insbesondere dann, wenn das Substrat eine größere Viskosität aufweist. Weiterhin ist ein Mischer mit rotierendem Behälter zur Aufnahme von Mischgut bekannt, bei dem eine Lagerung für den Behälter diesen um zwei unter einem Winkel verlaufende sich schneidende Achsen verdrehbar lagert. Der Mischer weist eine Einrichtung mit einem Antrieb auf, mit deren Hilfe eine Änderung der Massenverteilung bewirkt wird, die zu einem Drehmoment um eine der beiden Achsen in beiden Drehrichtungen führt (DE 10 2004 050 820 A1 ).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mischvorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Durchmischung insbesondere bei hochviskosen zu mischenden Materialien ermöglicht. Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zu Grunde, ein derartiges
Verfahren zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Die Erfindung schlägt ebenfalls ein Verfahren zum
Mischen mit den im unabhängigen Verfahrensanspruch aufgeführten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird also der Behälter in einer Lagerung aufgehängt, in der der Behälter um mindestens zwei Achsen verschwenkbar ist, wobei die beiden Achsen sich schneiden. Durch die Einrichtung zum Ändern der Massenverteilung des Inhalts des Behälters wird damit eine Bewegung erreicht, die sich aus einer Verschwenkung um jede der beiden Achsen zusammensetzt. Der Antrieb für die Einrichtung zur Änderung der Massenverteilung wird durch eine Steuerung angesteuert, sodass durch die
Steuerung eine große Anzahl von Freiheitsgraden zur Verfügung gestellt werden kann.
Ähnlich wie bei der bekannten Mischvorrichtung entspricht jeder bestimmten
Massenverteilung eine bestimmte Position des Behälters. Die Steuerung kann so ausgebildet sein, dass eine hin- und hergehende Bewegung zwischen zwei Positionen bewirkt werden kann. Diese beiden Positionen sind aber über eine komplizierter zusammengesetzte Schwenkbewegung miteinander verbunden, bei der sich nicht um eine einfache Schwenkbewegung um eine feste Achse handelt.
Um eine wirksame und mit geringem Energieaufwand durchzuführende Bewegung des Behälters und damit Mischung des Inhalts des Behälters zu erreichen, kann in
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Achsen der Lagerung, um die der Behälter verdrehbar gelagert ist, sich angenähert im geometrischen Mittelpunkt des Behälters schneiden. Dabei wird berücksichtigt, dass der Behälter mit dem Mischgut zwar nicht vollständig, aber doch zum größten Teil gefüllt ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die mindestens beiden Achsen unter einem rechten Winkel zueinander verlaufen.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Ändern der Massenverteilung des Mischguts auch als Verdrängungseinrichtung ausgebildet ist. Bei einer Verdrängung des Mischguts, die bei einer hin- und
hergehenden Verlagerung der Massenverteilung mehrfach auftritt, tritt allein schon eine gewisse Vermischung des Mischguts im Bereich der Verdrängung statt, sodass die durch die Bewegung des Behälters erreichte Vermischung unterstützt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur Änderung der Massenverteilung mindestens teilweise, vorzugsweise überwiegend, mit dem Behälter mitbewegt wird. Es ist also keine zusätzliche Kinematik für die Halterung der Einrichtung zur Änderung der Massenverteilung erforderlich. Allenfalls eine
Energieversorgung oder eine Steuereinheit kann ortsfest angeordnet sein.
Es kann nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal in Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur Änderung der Massenverteilung mindestens teilweise außen am Behälter angebracht ist. Dies gilt insbesondere für Steuerventile oder einen Teil des Antriebs der Einrichtung.
Es ist aber ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass die Einrichtung zur Änderung der Massenverteilung mindestens teilweise innerhalb des Behälters angeordnet ist. Dies gilt insbesondere für die Teile der Einrichtung, die zur Verdrängung des Mischguts vorgesehen sind.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur
Änderung der Massenverteilung mindestens zwei vorzugsweise im Innern des Behälters angeordnete Wechselkammern aufweist, von denen jede auf einer anderen Seite mindestens einer Drehachse der Lagerung angeordnet ist. Wird beispielsweise in die eine der beiden Wechselkammern ein Fluid eingebracht, das eine höhere Dichte aufweist als die des Mischguts, während die zugeordnete auf der anderen Seite der Drehachse angeordnete Wechselkammer mit einem Fluid geringerer Dichte als die des Mischguts (z. B. mit Luft) gefüllt wird, so ergibt sich daraus eine gewisse Verteilung der Masse. Wechselt man die Rollen der beiden Wechselkammern um, d. h. befüllt man die bislang luftgefüllte Kammer mit dem schwereren Fluid und die bislang mit dem schwereren Fluid gefüllte Kammer beispielsweise mit Luft, so ändert sich dadurch die Massenverteilung. Diesen Vorgang kann man mitentsprechender Ansteuerung wiederholen. Dadurch ergibt sich eine hin und hergehende Verschwenkung des
Behälters. Verwendet man anstelle von zwei Wechselkammern mehrere
Wechselkammern, so kann man sowohl eine sich zyklisch wiederholende Änderung der Massenverteilung als auch eine zufällig ausgewählte Änderung der Massenverteilung herstellen.
Es kann vorgesehen sein, dass jede Wechselkammer zur abwechselnden Aufnahme eines Fluids und zur Entleerung ausgebildet ist, wobei unter Entleerung das Füllen beispielsweise mit Luft zu verstehen ist.
Als besonders sinnvoll hat sich herausgestellt, die Wechselkammern als durch
Gasdruck aufblasbare Blasen auszubilden. Füllt man eine als Blase ausgebildete Wechselkammer mit unter Druck stehendem Gas, so expandiert die Blase. Dies führt nicht nur zu einer Verlagerung der Massenverteilung des Mischguts, sondern auch zu einer Verdrängung des Mischguts. Bei Ablassen des Drucks komprimiert der Druck des Mischguts die Blase wieder auf ihren nicht expandierten Zustand zurück. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass zwei als Blasen ausgebildete Wechselkammern, die auf unterschiedlichen Seiten einer Achse angeordnet sind, gegenläufig expandiert und zusammengedrückt werden.
Es kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass jede Wechselkammer über eine Leitung und ein durch die Steuerung ansteuerbares Ventil mit einer Quelle und einer Senke für in die Wechselkammer einzubringendes bzw. aus ihr zu entfernendes Fluid verbunden ist. Bei mehreren Wechselkammern kann die Steuerung die Ventileinrichtung derart ansteuern, dass eine ständige Änderung der Massenverteilung und/oder
Verdrängung des Mischguts hervorgerufen wird. Dadurch lassen sich beliebige
Bewegungen in mehreren Freiheitsgraden durchführen, was zu einer besonders wirksamen Vermischung des in dem Behälter enthaltenen Mischguts führt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Wechselkammern durch die Leitungen miteinander verbunden sind, wobei bei mehreren Wechselkammern vorzugsweise jede Wechselkammer mit jeder anderen Wechselkammer verbindbar ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Antrieb eine Pumpe zum abwechselnden Aufblasen bzw. Expandieren und Entleeren bzw. Zusammenfalten von Wechselkammern aufweist.
Es ist aber ebenfalls möglich, dass eine Druckluftflasche oder eine Druckgasflasche zum abwechselnden Aufblasen und Entleeren von Wechselkammern vorgesehen wird.
Die Erfindung schlägt ebenfalls ein Verfahren zum Mischen eines Mischguts in einem Behälter vor. Der Behälter wird um mindestens zwei sich schneidende Drehachsen verdrehbar gelagert. Das Mischgut wird in den Behälter eingefüllt. Der Behälter wird verschlossen. Durch eine Änderung der Massenverteilung das Mischgut im Behälter wird der Behälter in einer Schwenkbewegung um beide Achsen versetzt. Diese
Änderung der Massenverteilung und damit bewirkte Schwenkbewegung stellt den einzigen Antrieb für das Mischverfahren dar. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Änderung der Massenverteilung durch gleichlaufendes Aufblasen einer Blase im Innern des Mischguts auf einer Seite einer Achse und Entleeren einer Blase auf einer anderen Seite der Achse hervorgerufen wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Behälter kardanisch aufgehängt wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
Figur 1 schematisch die Aufhängung eines Mischbehälters von der Seite;
Figur 2 ebenfalls schematisch die Aufhängung des Mischbehälters aus Figur 1 von oben in Figur 1 ;
Figur 3 stark vereinfacht ein Diagramm der Anordnung einer Einrichtung zum Ändern der Massenverteilung im Behälter;
Figur 4 ebenfalls schematisch die Anordnung von mehreren Wechselkammern im
Behälter;
Figur 5 eine schematische Draufsicht auf einen Behälter;
Figur 6 die Verbindung von Wechselkammern über Leitungen;
Figur 7 eine weitere Möglichkeit der Verbindung der Wechselkammern;
Figur 8 eine der Figur 5 entsprechende Darstellung bei einer abgeänderten
Ausführungsform; Figur 9 schematisch den Vorgang des abwechselnden Aufblasens einer
expandierenden Blase im Behälter.
In Figur 1 ist zunächst der Mischbehälter 1 dargestellt, der in der dargestellten
Ausführungsform beispielsweise die Form eines Kreiszylinders aufweist. Natürlich sind auch andere Formen für den Mischbehälter möglich, beispielsweise Quader- oder Kugelform. Der Mischbehälter 1 dient zur Aufnahme des Substrats, das gemischt werden soll. Es wird im Folgenden als Mischgut bezeichnet. Der Mischbehälter 1 weist etwa in Höhe seines geometrischen Mittelpunkts zwei einander diametral
gegenüberliegende Wellen 2 auf, die an ihren Enden in einem Käfig 3 drehbar gelagert sind. Der Käfig 3 ist in Figur 1 im Schnitt dargestellt. Durch die Lagerung des
Mischbehälters 1 mithilfe der beiden Wellen 2 um eine in Figur 1 horizontale Achse kann der Mischbehälter 1 um diese Achse verdreht werden.
Die Figur 2 zeigt die Anordnung der Figur 1 von oben. Der Mischbehälter 1 ist also in seiner Stirnansicht zu sehen, aus der sich seine Form als Kreiszylinder ergibt. Der Käfig 3 weist die Form eines rechteckigen Rahmens auf, der aus vier sich paarweise gegenüberliegenden Schenkeln aufgebaut ist. An den beiden in Figur 2 rechts und links dargestellten Schenkeln 4 sind die Wellen 2 drehbar gelagert. An den beiden anderen Schenkeln 5, die sich ebenfalls paarweise gegenüberliegen, sind an den Außenseiten Wellen 6 angebracht, die an ihren Enden in einer nicht dargestellten Lagerung drehbar gelagert sind. Dadurch kann der Behälter um eine in Figur 1 senkrecht zu Papierebene verlaufende Achse verdreht werden, die in Figur 2 in der Papierebene liegt. Mithilfe der dargestellten Lagerung kann der Mischbehälter 1 um zwei senkrecht zueinander verlaufende und sich schneidende Achsen verdreht oder verschwenkt werden, wobei die Verschwenkungen um die beiden Achsen auch gleichzeitig vorgenommen werden können.
Die beiden äußeren Enden der Wellen 6 können ihrerseits wieder an einem nicht dargestellten Rahmen gelagert sein, der seinerseits wieder ähnlich wie der Rahmen 3 an zwei einander gegenüberliegenden Schenkeln drehbar gelagert ist. Dadurch wird dann eine kardanische Aufhängung des Mischbehälters 1 hergestellt.
Bevor mit der Beschreibung der Aufhängung anhand der Figur 3 fortgefahren wird, soll zunächst anhand der Figur 9 die Wirkungsweise der Änderung der Massenverteilung kurz erläutert werden, wobei zusätzlich auf die eingangs genannte DE 10 2015 105 736 B3 Bezug genommen werden kann. Die Erfindung verwendet in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Wechselkammern expandierbare Blasen, beispielsweise Gassäcke. In Figur 9 ist links oben im Behälter 1 ein Gassack expandiert. Dies bedeutet, dass einerseits das Mischgut aus dem Bereich des Gassacks verdrängt worden ist und dass andererseits sich der Massenmittelpunkt des Inhalts des Behälters und des Behälters geändert hat. Über eine Leitung, die nur angedeutet ist, kann nun ein im rechten unteren Ende des Behälters 1 angeordneter zusammengerückter Gassack aufgeblasen werden, wobei das zum Aufblasen verwendete Gas dem oberen Gassack entnommen wird. Die Rolle der beiden Gassäcke wird also umgekehrt. Dadurch verändert sich wiederum die Massenverteilung des Inhalts des Behälters und des Behälters, wobei wiederum das Mischgut aus dem Bereich des unteren Gassacks verdrängt wird. Durch zyklisches Umkehren des Vorgangs kann eine Schwingbewegung hergestellt werden, die zu einer Vermischung des Inhalts des Behälters führt. Es kann auch eine kreisförmige Bewegung realisiert werden. Dazu kann man unter Ausnutzung der Trägheit der sich schon bewegenden Massen kurz vor dem jeweiligen Totpunkt von dem einen Gassack das Ventil zum Entweichen des Gases öffnen und kurz danach dem anderen Gassack Gas zuführen. Das Kippen - also eine halbe Kreisbewegung - setzt sich auf diese Weise fort und die Bewegung komplettiert sich zu einer vollen
Kreisbewegung.
Nun zurück zu Figur 3. Hier ist in stark vereinfachter Form ein Behälter 1 dargestellt, der um die erste horizontale Achse 7 und die zweite senkrecht zur Papierebene verlaufende horizontale Achse 8 verdrehbar gelagert ist. In Figur 8 werden die Achsen 7, 8 zu Erklärung verwendet, während in den Figuren 1 und 2 die Wellen 2, 6 zur Darstellung verwendet werden. Auf dem Deckel 9 und dem Boden 10 des Behälters 1 ist der Verlauf der beiden
Drehachsen 7, 8 gestrichelt angedeutet. Die beiden Drehachsen 7, 8 schneiden sich etwa im geometrischen Mittelpunkt des zylindrischen Behälters 1 . Durch die
gestrichelten Linien 7' und 8' werden auf dem Deckel und dem Boden Quadranten gebildet. Auf dem Deckel 9 ist in dem einen Quadranten die Lage einer Wechselkammer 10 angedeutet, die auf der in der Figur 3 linken Seite der Achse 8 und der vorderen Seite der Achse 7 liegt. Auf dem Boden 10 ist in einem gegenüberliegenden Quadranten eine Wechselkammer 1 1 angedeutet, die auf der in der Figur 3 rechten Seite der Achse 8 und der hinteren Seite der Achse 7 liegt. Die beiden Wechselkammern 10, 1 1 liegen also in dem schematisch dargestellten Beispiel auf einander gegenüberliegenden Seiten jeder der beiden Achsen 7, 8.
Die Figur 4 zeigt nun wieder einen Längsschnitt durch einen Mischbehälter 1 , in diesem Fall mit vier Wechselkammern 10, 1 1 . Wenn die Wechselkammern 10, 1 1 als
expandierbare Blasen oder Gassäcke ausgebildet sind, wären im Regelfall nicht alle Blasen expandiert, wie dies die Figur 4 anzudeuten versucht. Die Figur 4 soll aber zunächst nur darstellen, wie die Wechselkammern 10, 1 1 angeordnet sind und welche Verbindungen zwischen ihnen erfindungsgemäß möglich sind. Da die Wirkung der Wechselkammern darin besteht, ein Drehmoment um mindestens eine Drehachse herzustellen, ist es natürlich sinnvoll, die Wechselkammern im Bereich des oberen bzw. unteren Endes des Behälters anzuordnen, also möglichst weit von der jeweiligen Drehachse entfernt. In dem in Figur 1 angedeuteten Fall sind im oberen Bereich zwei Wechselkammern 10 angeordnet, und im unteren Bereich ebenfalls zwei
Wechselkammern 1 1 . Die gestrichelten Linien 12, 13 sollen die möglichen
Verbindungen zwischen den einzelnen Wechselkammern 10, 1 1 darstellen. Es kann also beispielsweise Gas aus der linken oberen Wechselkammer 10 in die rechte obere Wechselkammer 10 gepumpt werden, und umgekehrt. Ebenso kann Gas aus der rechten oberen Wechselkammer 10 in die rechte oder linke untere Wechselkammer 1 1 gepumpt werden, und umgekehrt. Durch die gerade erläuterten Verschiebungen von Expansionen und Zusammenfalten von Gassäcken bzw. Blasen kann eine große Vielzahl von Masseverlagerungen bewirkt werden, die aufgrund der mindestens zweiachsigen Lagerung des Mischbehälters zu einer großen Vielzahl von Schwenkbewegungen führen. Dadurch wird eine effektive und schnell wirkende Vermischung des Mischguts in dem Behälter 1 erreicht.
Die Figur 5 zeigt die Draufsicht auf die Anordnung der Figur 4, wobei die unteren Wechselkammern 1 1 gestrichelt und die oberen Wechselkammern 10 in ausgezogener Linie dargestellt sind. Auch hier sind die Wechselkammern 10 in gegenüberliegenden Quadranten angeordnet.
In Figur 4 war dargestellt, wie die einzelnen Wechselkammern miteinander verbunden werden können. Die Figur 6 zeigt nun eine mögliche Leitungsführung zwischen den Wechselkammern 10, 1 1 und einem die tatsächlich Verbindung herstellenden Ventil, das in einer Steuereinrichtung 15 angeordnet ist. Die Wechselkammern sind jeweils über eine eigene Leitung 16, 17 mit dem in der Steuereinrichtung 15 enthaltenen Ventil verbunden. Die Leitungen 16 werden durch den Deckel 9 bzw. den Boden 10 des Behälters 1 herausgeführt und in der Steuereinrichtung 15 mit dem Ventil verbunden. Das Ventil ist so ausgebildet, dass es die in Figur 4 schematisch angedeuteten
Verbindungsmöglichkeiten herstellt. Wenn man Druckverluste vernachlässigt, kann das die einzelnen Gassäcke miteinander verbindende System gegebenenfalls auch abgeschlossen sein.
Während bei der Ausführungsform der Figur 6 die Leitungen 16, 17 außerhalb des Behälters mit der außerhalb des Behälters angeordneten Steuereinrichtung 15 verbunden werden, zeigt Figur 7 eine Möglichkeit, wie die Leitungen 16, 17 auch innerhalb des Behälters mit einer Steuereinrichtung 15 verbunden werden können, wie beispielsweise auch teilweise in dem Behälter angeordnet sein kann. Bei den
Ausführungsformen ist gemeinsam, dass mit Ausnahme möglicherweise einer
Stromversorgung für die Steuereinrichtung alle Teile der Bewegungseinrichtung an oder in den Behälter angebracht sind und von diesem mitbewegt werden.
Die Draufsicht der Figur 8 zeigt, dass auch eine Anordnung mit mehr als zwei
Wechselkammern im oberen oder unteren Bereich eines Behälters möglich ist, beispielsweise mit drei Wechselkammern 10.
Die Figur 9 wurde schon erläutert, sie zeigt noch einmal die Möglichkeit des Austauschs von Gas aus einem expandierten Gassack 10 zu einem zusammengedrückten Gassack 1 1 im unteren Bereich.
Geht man beispielsweise von einem Fall aus, ähnlich wie Figur 4, bei der sowohl im oberen Bereich als auch im unteren Bereich des Behälters jeweils zwei Gassäcke vorhanden sind, dann ist es beispielsweise möglich, die beiden oberen Gassäcke 10 oder die beiden unteren Gassäcke 1 1 gleichzeitig zu befüllen. Es ist aber auch möglich, die beiden links zu sehenden Gassäcke zu befüllen und die sich rechts befindlichen Gassäcke gleichzeitig zu entleeren. Wenn der Behälterraum außerhalb der Gassäcke mit dem Mischgut befüllt ist und infolge der gerade erwähnten Verlagerung der Massen des Mischguts aufgrund des das Mischgut verdrängenden einströmenden gasförmigen Fluids der Schwerpunkt um zwei Achsen veränderbar ist, ergeben sich verschiedene Massenverlagerungsszenarien, die schließlich in eine dreidimensionale
Taumelbewegung führen.
Mit dieser gasdruckinduzierten Taumelmischung sind intensive Mischwirkungen durch veränderbare Verschiebungen von großen Medienbereichen gegeneinander möglich. Außerdem sind schonende, gleichmäßige und dreidimensionale Umschichtungen des Mischguts möglich.

Claims

Patentansprüche:
1. Mischvorrichtung für ein Mischgut, mit
- einem geschlossenen Behälter (1) zur Aufnahme des Mischguts,
- einer Lagerung für den Behälter (1), die
- den Behälter (1) um mindestens zwei unter einem Winkel verlaufende sich
schneidende Achsen (7, 8) verdrehbar lagert,
- einer einen Antrieb aufweisenden Einrichtung zum Ändern der Massenverteilung des Mischguts im Behälter (1), die
- derart ausgebildet ist, dass die Änderung der Massenverteilung zu einem
Drehmoment um jede der beiden Achsen (7, 8) in beiden Drehrichtungen führt, sowie mit
- einer auf den Antrieb einwirkenden Steuereinrichtung (15) zum Betätigen der Massenverlagerungseinrichtung.
2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Achsen (7, 8) sich angenähert im geometrischen Mittelpunkt des Behälters (1) schneiden.
3. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Einrichtung zum Ändern der Massenverteilung als Verdrängungseinrichtung ausgebildet ist.
4. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die
Einrichtung zur Änderung der Massenverteilung mindestens teilweise mit dem Behälter (1) mit bewegbar ist.
5. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die
Einrichtung zur Änderung der Massenverteilung mindestens teilweise außen am Behälter (1) angebracht ist.
6. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung zur Änderung der Massenverteilung mindestens teilweise innerhalb des Behälters (1) angebracht ist.
7. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die
Einrichtung zur Änderung der Massenverteilung mindestens zwei
Wechselkammern (10, 11 ) aufweist, von denen jede auf einer anderen Seite mindestens einer Drehachse (7, 8) der Lagerung angeordnet ist.
8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, bei der jede Wechselkammer (10, 11 ) zur abwechselnden Aufnahme eines Fluids und zur Entleerung ausgebildet ist.
9. Mischvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der mindestens eine
Wechselkammer (10, 11 ) als durch Gasdruck aufblasbare Blase ausgebildet ist.
10. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der jede
Wechselkammer (10, 11) über eine Leitung (16, 17) und ein durch die Steuerung (15) ansteuerbares Ventil mit einer Quelle und einer Senke für in die
Wechselkammer (10, 11 ) einzubringendes bzw. aus ihr zu entfernendes Fluid verbunden ist.
11. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die
Wechselkammern (10, 11 ) durch die Leitungen (16, 17) miteinander verbunden sind, wobei bei mehreren Wechselkammern (10, 1 1 ) vorzugsweise jede
Wechselkammer (10, 11 ) mit jeder anderen Wechselkammer (10, 11 ) verbindbar ist.
12. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , bei der der Antrieb eine Pumpe und/oder ein Druckgasreservoir zum abwechselnden Aufblasen und/oder Expandieren und Entleeren von Wechselkammern (10, 11 ) aufweist.
13. Verfahren zum Mischen eines Mischguts in einem Behälter (1 ) mit folgenden Verfahrensschritten:
- der Behälter (1) wird mit dem Mischgut befüllt
der Behälter (1) wird um mindestens zwei sich schneidende Achsen (7, 8) verdrehbar gelagert
der Behälter (1 ) wird durch Änderung der Massenverteilung des gefüllten Behälters (1) in eine Schwenkbewegung versetzt
- die Schwenkbewegung setzt sich aus einer Schwenkbewegung um jede der beiden Achsen (7, 8) zusammen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Änderung der Massenverteilung durch gleichlaufendes Aufblasen einer Blase auf einer Seite einer Achse (7, 8) und Entleeren einer Blase auf einer anderen Seite der Achse (7, 8) hervorgerufen wird.
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