Inversionskinematische Mischvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und vorzugsweise feinkörnigen Schütt- gütern nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wobei das Funktionsprinzip durch die Inversionskinematik nach Paul Schatz (1898 - 1979) definiert ist.

Solche Mischvorrichtungen sind mehrere bekannt, so beispiels ^¬ weise aus CH 216 760 (Dl), CH 366 710 (D2), EP 0 584 301 (D3) .

Bekannt ist aus diesen Vorrichtungen auch das Prinzip der Inversionskinematik an sich.

Solche bekannten Vorrichtungen haben sich in der Praxis bewährt. Alle jedoch leiden an einem gemeinsamen Nachteil: Bei der ungleichförmigen Bewegung, wie sie diesen Vorrichtungen eigen und gemeinsam ist, treten, sowohl vom Mischgefäss als auch vom Mischgut verursacht, beträchtliche Massenkräfte auf. Diese müssen vom Gestell, welches die Vorrichtung trägt, aufgenommen und an die es tragende Gebäudestruktur abgeleitet werden. Das führt dazu, dass solche Gestelle erhebliche Vibrationen aufweisen, welche gegebenenfalls selbst in der Gebäudestruktur spür- und hörbar sind.

Zwei gekoppelte Vorrichtungen sind bekannt aus Dl. So wie diese Kopplung erzeugt wird, ändert sich jedoch wenig an den Massenkräften; nur die Komponenten in der Richtung der zwei Antriebswellen kompensieren einander. Gerade diese Komponenten jedoch sind klein gegenüber jenen, die senkrecht zu den Antriebswellen auftreten. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischvor- richtung für flüssiges und körniges Mischgut zu schaffen, bei welcher die beim Mischen entstehenden Massenkräfte von Mischbehältern und Mischgut senkrecht zu den Antriebswellen der einzelnen Mischvorrichtungen kompensiert werden. Die Lösung der gestellten Aufgabe ist wiedergegeben im kenn- zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 hinsichtlich der wesentlichen Merkmale, in den folgenden Ansprüchen hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausbildungen. Die erfinderische Idee besteht darin, zwei Mischer mit untereinander parallelen An-

triebswellen so zu montieren, dass sie symmetrisch zu einer Spiegelungsebene angeordnet sind und auch spiegelsymmetrisch zu dieser Spiegelungsebene sich bewegen. Diese Spiegelungsebene verläuft senkrecht zu jener Ebene, in welcher die vier Antriebswellen verlaufen und parallel zur Richtung dieser Antriebswellen.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindungsidee näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine inversionskinematische Mischvorrichtung nach dem Stande der Technik,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäs- sen Vorrichtung in einer Seitenansicht,

Fig. 3 ein zweites, generalisiertes Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht .

Fig. 1 ist die Darstellung einer inversionskinematischen Mischvorrichtung nach dem Stande der Technik. Ein Gestell 1 trägt zwei Lager 2, 3 in welchen zwei parallele Antriebswellen 4, 5 drehbar sind. An ihren - in Fig. 1 - oberen Enden sind die Achsen 4, 5 als Schwenklager 6 ausgebildet für zwei Gabeln 7. Die Drehachsen der beiden Schwenklager 6 stehen in der in Fig. 1 dargestellten Position der Vorrichtung senk- recht zueinander. Diese relative Lage gilt immer dann, wenn eine der beiden Drehachsen parallel steht zur Zeichnungsebene, da die beiden Drehwinkel φi und cp ₂ der beiden Antriebswellen 4, 5 immer die Beziehung erfüllen: tan Cp ₁ = — tan φ ₂ , sofern beide Winkel bezüglich der Zeichenebene gemessen werden. Durch die Gabeln 7 verlaufen Drehachsen 8, welche einerseits zueinander, anderseits auch zu den respektiven Schwenk-

achsen 6 senkrecht stehen. So ergibt sich eine dreigliederige Gelenkkette, also eine halbe Gelenkkette nach Bricard, die zwischen vier jeweils senkrecht zueinander stehenden Gelenken liegt, nämlich zwischen dem Schwenklager 6 an der Antriebs- welle 4, der Achse 8 der linken Gabel 7, der Achse 8 der rechten Gabel 7 und dem Schwenklager 6 an der Antriebswelle 5. Die Abstände zwischen den Achsen 8 zueinander und der zugehörigen Schwenklager 6 und den Achsen 8 sind gleich gross und gleich V3 /2 -fachen des Abstandes der Antriebswellen 4, 5; dies entspricht den Bricard-Bedingungen, und insbesondere jenen, die Paul Schatz für solche Maschinen formulierte. Die beiden Achsen 8 sind an einem Korb 9 befestigt, der zur Aufnahme eines Mischbehälters 10 dient. Die Antriebsvorrichtung zum Erzeugen der für solche Mischvor- richtungen charakteristischen ungleichförmigen Rotationsbewegungen der zwei Antriebswellen ist nicht dargestellt, da hierfür mehrere Lösungen bekannt sind.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Anordnung in einer Prinzipdarstellung. Hier sind zwei inversionskinematische Misch- Vorrichtungen 12, 12' auf einem gemeinsamen Gestell 11 angeordnet. Vier Antriebswellen 4, 4', 5, 5' sind in einer ersten Ebene angeordnet, welche durch die geometrischen Achsen der genannten vier Antriebswellen 4, 4', 5, 5' definiert ist. Ferner sind die beiden Mischvorrichtungen 12, 12' symmetrisch zueinander angeordnet, womit eine zweite Ebene E als Symmetrieebene definiert ist.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer kinematischen Kopplung der zwei Mischvorrichtungen ist ebenfalls Teil von Fig. 2. Die beiden Antriebswellen 4, 4' tragen je ein Stirnzahnrad 14, 14' gleicher Zähnezahl, welche miteinander kämmen. Die beiden Antriebswellen 5, 5' tragen je eine Riemenscheibe 15, 15'. Diese Riemenscheiben 15, 15' sind zur Aufnahme von Keilriemen oder Rundschnüren, fortan Riemen 16, 16' genannt, eingerichtet, welche auch um Riemenscheiben 17, 17' umlaufen. Direkt mit diesen Riemenscheiben 17, 17' verbunden sind zwei weitere Zahnräder 18, 18' mit untereinander gleicher Zähnezahl, welche miteinander kämmen.

Falls nur die Antriebswelle 4 extern angetrieben wird - in der erforderlichen ungleichförmigen Weise - so übernimmt die Antriebswelle 4' diese Drehweise im gespiegelten Drehsinn. Die Antriebswelle 5 dreht dann entsprechend den Gesetzen der Inversionskinematik; im umgekehrten Drehsinn, wie die Antriebswelle 4, jedoch mit einer Phasenverschiebung von π/4. Diese Drehbewegung der Antriebswelle 5 wird vom Riemen 16 an die Riemenscheibe 17 und von dieser direkt auf das Zahnrad 18 übertragen. Das mit dem Zahnrad 18 kämmende gleich grosse Zahnrad 18' überträgt die Drehbewegung auf die Riemenscheibe 17 ' , und diese im gleichen Drehsinn die Drehbewegung auf die Riemenscheibe 15'; letztere ist wiederum direkt mit der Antriebswelle 5' verbunden. über die Zahnräder 17, 17' wird die Drehbewegung lageschlüs- sig von der Antriebswelle 4 auf die Antriebswelle 4 ' übertragen. Wegen der kleinen, aber entscheidenden Elastizität der Riemen 16, 16' sind die Antriebswellen 5, 5' kraftschlüssig, aber nicht lageschlüssig verbunden. Damit wird Fertigungstoleranzen der Mischvorrichtungen 12, 12' Rechnung getragen. Der Antrieb der ganzen erfindungsgemässen Vorrichtung kann also über eine einzige der Antriebswellen, vorzugsweise Antriebswelle 4 oder Antriebswelle 4' erfolgen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der kinematischen Kopplung der zwei Mischvorrichtungen 12, 12' zeigt Fig. 3. Hier sind zwei Getriebekästen 19, 19' vorhanden, welche je die ungleichförmigen Drehbewegungen der von ihnen angetriebenen Antriebswellen 4, 4', 5, 5' erzeugen. Die beiden kämmenden Stirnzahnräder 14, 14' dienen hier nur dazu, den Lageschluss der beiden Antriebswellen 4, 4' zu bewirken; im Regelfall werden durch die Stirnzahnräder 14, 14' keine nennenswerten Drehmomente übertragen. Jeder der beiden Getriebekästen 19, 19' verfügt über eine Antriebsquelle (nicht dargestellt). So steht das zweite Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 beispielsweise auch stellvertretend für Antriebe mit - je zwei Gleichstrommotoren,

- gesteuerten Synchron- oder Asynchronmotoren

- je zwei zweiachsigen Kreuzgelenkantrieben,

- je zwei Antriebe mit Ovalzahnrädern,

- je zwei Antriebe mit Differenzialgetrieben,

- je zwei Antriebe mit Hydraulikantrieb und

- je zwei Antriebe mit Induktionsmotoren. Diese Liste ist nicht abschliessend. Wesentlich ist hier, dass die für den Mischvorgang erforderliche Antriebsleistung a priori auf die vier Antriebswellen 4, 4', 5, 5' übertragen wird, und die Kopplung durch die Zahnräder 14, 14' nur für den Lageschluss oder, mit anderen Worten, für den Synchronverlauf der zwei Mischvorrichtungen 12, 12' erforderlich ist.

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiei, bei welchem beispielsweise nur die zueinander spiegelbildlich liegenden innenliegenden Achsen 4, 4 angetrieben sind. Eine solche Lösung ist einerseits vertretbar und - in Anbetracht des weg- fallenden technischen Aufwandes und der damit verbundenen Kosteneinsparung - auch angezeigt. Sie ist angezeigt dort, wo der dissipative Energieverlust im Mischgut, nach Charakter und Menge, klein ist. Ein kleiner dissipativer Energieverlust liegt bei kleiner innerer Reibung des Mischgutes vor, und führt dann auch zu kleinen Biege- und Querkraftlasten in den einzelnen Gliedern der Gelenkkette und zu kleinen Lagerbelastungen.

Ein Kreuzgelenk 21 erzeugt in einer Antriebswelle 22 die gewünschte ungleichförmige Rotationsbewegung, wenn eine Ein- gangswelle 23 gleichförmig rotiert, sofern Eingangswelle 23 und Antriebswelle 22 um einen Winkel von 45° gegeneinander geknickt sind. Die Antriebswelle ist gelagert in beispielsweise zwei Lagerböcken 24, 25; die Eingangswelle beispielsweise in zwei Lagerböcken 26, 27. Die beiden Achsen 4,4' tragen je ein Kegelrad 28, 28', welche mit Kegelrädern 29, 29' kämmen, die auf der Antriebswelle 22 befestigt sind. Die Kegelräder 29, 29' sind, wie der Rest der Vorrichtung, symmetrisch zur Spiegelebene E angeordnet, so dass die Achsen 4, 4' im gegenläufigen Drehsinne angetrieben werden. Anstatt an den Achsen 4, 4' können die Kegelräder 29, 29' auch an den Achsen 5, 5' befestigt sein, worauf dann diese angetrieben werden.

In Fig. 4 weist die Knickung der Wellen 23, 23 nach unten. Unter Anpassung der Stellung der Kegelräder 28, 28' kann sie selbstverständlich auch in der in Fig. 4 horizontal liegenden Ebene, also der senkrecht zu E und senkrecht zur Zeichenebene liegenden, angeordnet werden. Wesentlich ist der Winkel von 45° für das Erzeugen der richtigen ungleichförmigen Rotati ^¬ onsbewegung der Achsen 4, 4 'oder, falls die Achsen 5, 5' angetrieben werden, von diesen.