Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein damit durchführbares Verfahren zum Zerkleinern, auch als Mahlen bezeichnet, von Feststoffen und/oder zum Mischen von festen und/oder flüssigen Inhaltsstoffen. Optional ist die Vorrichtung mit einer Zuführleitung für zu zerkleinernde Feststoffe und einem Auslass verbunden, um das Verfahren kontinuierlich durchzuführen. Die Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie ein Werkzeug in einem Behälter aufweist, das ohne eigenen motorischen Antrieb zur Bewegung relativ zu dem Behälter angetrieben ist.

Die Vorrichtung hat den Vorteil, Feststoffe, die unterschiedliche Größen bzw. eine breite Größenverteilung aufweisen, zu zerkleinern. In einer Ausführungsform hat die Vorrichtung den Vorteil, dass sie für die relativ zueinander beweglichen Elemente, die mit Inhaltsstoffen in einem Behälter in Kontakt kommen, keine Lager oder Welle aufweist, die durch eine Wandung eines Behälters hindurchgeführt sind. Die US 2 433 872 A beschreibt eine Kugelmühle mit ringförmigem Innenraum, der umlaufend um eine geneigte vertikale Achse gekippt wird, aber nicht rotieren soll.

Die US 2 982 485 A beschreibt eine Kugelmühle mit zylindrischem Behälter, dessen Längsachse vertikal angeordnet ist und der in einer horizontalen Ebene mittels eines Exzenterantriebs auf einer Kreisbahn bewegt wird.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine alternative Vorrichtung und ein damit durchführbares Verfahren bereitzustellen, die insbesondere eingerichtet sind, einen Feststoff zu zerkleinern und/oder zumindest zwei Inhaltsstoffe zu mischen.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche und insbesondere mittels einer Vorrichtung, die zur Aufnahme zu zerkleinernder Feststoffe und/oder zur Aufnahme von zu mischenden Inhaltsstoffen einen Behälter aufweist, der entlang einer Geraden und/oder einer Bahnkurve, die durch Überlagerung der Bewegung entlang zumindest zwei Achsen, die in einem Winkel zueinander liegen, zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben ist, wobei die Bahnkurve bevorzugt durch Hin- und Herbewegung entlang jeder der Achsen bei verschiedenen Frequenzen und/oder verschiedenen Geschwindigkeiten entlang jeder der Achsen erzeugbar ist, angetrieben ist, mit zumindest einem, optional genau einem, in dem Behälter enthaltenen Werkzeug, das an einem Arm und mit Abstand zur Wand des Behälters frei schwenkbar angebracht ist. Die zumindest zwei Achsen, entlang derer sich die Hin- und Herbewegungen zu einer Bahnkurve überlagern, werden auch als Bewegungsachsen oder lineare Bewegungsachsen bezeichnet.

Das an einem Arm im Behälter angebrachte Werkzeug kann dadurch frei schwenkbar sein, dass der Arm gegenüber dem Werkzeug frei schwenkbar an einer Achse angelenkt ist, die drehfest im Behälter angeordnet ist, oder dadurch, dass der Arm fest mit einer im Behälter angeordneten Achse verbunden ist, die frei schwenkbar am Behälter angelenkt ist. Dabei kann die Achse, an der das Werkzeug schwenkbar angeordnet ist, parallel zur Längsmittelachse des Behälters oder optional in einem Winkel, z.B. von 1 bis 30° oder bis 15° zur Längsmittelachse des Behälters, zur Längsmittelachse des Behälters versetzt oder entlang der Längsmittelachse des Behälters angeordnet sein. Generell erstreckt sich der Querschnitt des Behälters senkrecht zur Längsmittelachse des Behälters und die zumindest zwei Achsen, entlang derer der Behälter zur Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve angetrieben ist, liegen parallel zum Querschnitt des Behälters und/oder senkrecht zur Längsmittelachse des Behälters.

Die Achse, an der das Werkzeug schwenkbar angeordnet ist, kann ausschließlich innerhalb des Behälters angeordnet sein, z.B. dass die Achse oder ein Antrieb für die Achse durch eine Durchbrechung von Wand oder Deckel des Behälters geführt ist. Der Behälter ist zur Hin- und Herbewegung entlang zumindest einer Bahnkurve angetrieben, die durch Überlagerung der Hin- und Herbewegung entlang zumindest zweier Achsen, die in einem Winkel zueinander liegen, wobei bevorzugt zwei der Achsen in der Ebene des Querschnitts des Behälters liegen, erzeugbar ist, wobei die Hin- und Herbewegung entlang jeder Achse bei verschiedenen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz erfolgt. Die Bahnkurve ist durch die Überlagerung der Hin- und Herbewegung entlang zweier oder dreier Achsen mit verschiedenen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz erzeugbar und weist eine Abfolge von Bahnsegmenten auf, von denen zumindest eines, bevorzugt jedes, genau eine vollständige Hin- und Herbewegung entlang der Achse, entlang derer die Hin- und Herbewegung mit der niedrigeren Frequenz erfolgt, umfasst oder daraus besteht, wobei die überlagerten Hin- und Herbewegungen mit der höheren Frequenz oder der gleichen Frequenz, jeweils optional mit Phasenversatz, entlang der anderen Achse oder Achsen umfasst wird. Dabei bildet die niedrigere Frequenz der vollständigen Hin- und Herbewegung die Frequenz der Abfolge der Bahnsegmente. Für jedes Bahnsegment ist ein Frequenzverhältnis der Hin- und Herbewegung entlang zweier Achsen von maximal 1 :20 oder maximal 1 : 15 oder maximal 1 : 10, maximal 1 :4 oder maximal 1 :3 bevorzugt, bevorzugter zwischen 1 : 1 bis 1 :2, noch bevorzugter größer als 1 : 1 bis 1 :2 oder bis 1 : 1,5, z.B. mit einem Frequenzverhältnis von 1 : 1,001 bis 1 :2 oder bis 1 : 1,5. Bei einer Bahnkurve, die durch Überlagerung der Hin- und Herbewegung entlang zweier Achsen bei unterschiedlichen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz erzeugbar ist, liegen die Achsen bevorzugt in der Ebene des Querschnitts des Behälters. Bei einer Bahnkurve, die durch Überlagerung der Hin- und Herbewegung entlang drei Achsen gebildet wird, liegen bevorzugt zwei der Achsen in der Querschnittsebene des Behälters und die dritte Achse steht in einem Winkel zu dieser Querschnittsebene. Generell stehen die linearen Bewegungsachsen bevorzugt im rechten Winkel aufeinander und liegen in einer Ebene, zu der die Achse, an der das Werkzeug schwenkbar angeordnet ist, senkrecht steht. Das in dem Behälter an dem Arm angebrachte, um die Achse oder mit der Achse frei schwenkbare Werkzeug bewegt sich bei der Hin- und Herbewegung des Behälters mit Abstand entlang der Behälterwand. Das Werkzeug ist z.B. eingerichtet, sich am Arm auf einer Kreisbahn in der Ebene des Behälter quer Schnitts oder in einem Neigungswinkel zur Ebene des Behälterquerschnitts zu bewegen.

Das Werkzeug weist eine der Behälterwand zugewandte Scherfläche auf, die bei einer vollständigen Bewegung des Werkzeugs um die Achse in jeweils demselben Abstand oder in zumindest zwei Bereichen in unterschiedlichen Abständen zur Behälterwand angeordnet ist, so dass z.B. die Scherfläche in einem ersten Abschnitt, senkrecht zum Behälter quer schnitt und/oder parallel zur Achse, einen ersten Abstand zur Behälterwand einnimmt, und in einem zweiten Abschnitt einen vom ersten Abstand verschiedenen zweiten Abstand zur Behälterwand.

Die Scherfläche des Werkzeugs kann sich in Bezug zur Achse über einen radialen Abschnitt erstrecken, der mit gleichem Abstand bzw. parallel zur Behälterwand angeordnet ist, oder der in zumindest zwei unterschiedlichen Abständen zur Behälterwand angeordnet ist. Die Scherfläche kann an dem Arm in einem geringen Abstand entlang der Behälterwand geführt sein, optional mit Kontakt zur Behälterwand geführt sein, z.B. entlang der Behälterwand schleifend oder kratzend. Ein geringer Abstand kann z.B. 0,1 bis 5 mm oder 0,5 bis 2 mm oder bis 1 mm betragen.

Die der Behälterwand zugewandte Scherfläche des Werkzeugs kann in Bezug zur Achse einen Querschnitt aufweisen, der gebogen konkav, gebogen konvex, gradlinig oder stufenförmig ist. Die Scherfläche kann z.B. mit einem Radius konvex sein, der gleich dem oder kleiner als der Radius der Behälterwand ist. Generell bevorzugt hat die Scherfläche entlang zumindest einer Längskante, bevorzugter entlang beider Längskanten, die die Scherfläche parallel zur Achse begrenzen, eine Fase. Eine Fase entlang zumindest einer oder beider der Längskanten der Scherfläche des Werkzeugs hat die Wirkung, dass Partikel leichter zwischen die Behälterwand und das mit Abstand daran entlang bewegte Werkzeug gelangen.

Das Werkzeug kann starr am Arm festgelegt sein oder um eine Achse frei drehbar am Arm gelagert sein, wobei diese Achse bevorzugt parallel zur Behälterwand und/oder senkrecht zu der Ebene, in der die Achsen liegen, entlang derer der Behälter entlang der Bahnkurve bewegt wird, und/oder parallel zu der Achse angeordnet ist, um die der Arm drehbar ist. Ein um eine Achse parallel zur Behälterwand frei drehbar am Arm gelagertes Werkzeug kann eine Walze sein, z.B. glatt und zylindrisch oder glatt und konvex, oder mit Vorsprüngen, die durch Vertiefungen beabstandet sind, z.B. eine Stachelwalze oder eine Walze mit radial umlaufenden, insbesondere in Richtung der Behälterwand ragenden Vorsprüngen und dazwischen Nuten als umlaufende Vertiefungen. Weiter alternativ kann das Werkzeug beabstandete Stege aufweisen, die einen Gitterkäfig oder Schneebesen bilden. Weiter kann das Werkzeug eine Schneidkante oder Messerkante aufweisen.

Das Werkzeug kann generell, auch in der Ausführungsform, in der es starr mit dem Arm verbunden ist, in Richtung auf die Behälterwand ragende Vorsprünge aufweisen, die von Vertiefungen beabstandet sind.

An der Behälterwand kann ein Scherbalken angebracht sein, der parallel oder in einem Winkel von z.B. bis 45° oder bis 30° oder bis 10° zur Längsmittelachse des Behälters oder zu der Achse, um die oder an der der Arm schwenkbar ist. Ein Scherbalken kann senkrecht zum Behälterquerschnitt oder zu der Achse, um die oder an der der Arm schwenkbar ist, einen Querschnitt aufweisen, der rund ist, dreieckig, viereckig oder mehreckig, wobei sich der Querschnitt jeweils optional konstant über die Länge des Scherbalkens erstreckt oder der Scherbalken von zweiten Vertiefungen beabstandete zweite Vorsprünge aufweist, die sich in Richtung auf die Achse erstrecken, um die oder an der der Arm schwenkbar ist. Optional sind die zweiten Vorsprünge und zweiten Vertiefungen des Scherbalkens passend zu den Vertiefungen und Vorsprüngen des Werkzeugs ausgerichtet sind, so dass die Vorsprünge des Werkzeugs durch die zweiten Vertiefungen des Scherbalkens hindurchbewegt werden und die Vertiefungen des Werkzeugs über die zweiten Vorsprünge des Scherbalkens bewegt werden.

Der Behälter, insbesondere die seinen Querschnitt umfassende Behälterwand, kann temperiert sind, z.B. auf eine Temperatur unterhalb 0°C, z.B. unterhalb -10°C, gekühlt sein, oder auf eine Temperatur von zumindest 42°C oder zumindest 68 °C erwärmt sein, z.B. auf oberhalb einer Temperatur, bei der sich zumindest ein Inhaltsstoff verfestigt, z.B. geliert oder Protein denaturiert. Bei Temperierung der Behälterwand auf eine Temperatur, bei der sich zumindest ein Inhaltsstoff oder die Mischung dieser verfestigt, kann das Werkzeug die verfestigten Inhaltsstoffe von der Behälterwand ablösen, z.B. abschaben. Dabei ist das Verfahren eingerichtet, eine Mischung von Inhaltsstoffen unter Bewegung zu verfestigen, z.B. bei gekühlter Behälterwand zur Herstellung von Speiseeis aus Eismix, oder bei erwärmter Behälterwand zur Herstellung einer gegarten Mischung der Inhaltsstoffe.

Optional können zwei, drei oder mehr Scherbalken, bevorzugt im gleichen Abstand voneinander entlang der Behälterwand angeordnet sein. Optional kann jeder Scherbalken an der Behälterwand festgelegt sein, z.B. in eine Nut in der Behälterwand ragen oder auf der Behälterwand aufliegen, und mit dieser verschweißt oder verschraubt sein. Alternativ kann jeder Scherbalken mit zumindest einem Träger mit der ersten Achse verbunden sein, bevorzugt mit jeweils einem endständig an der ersten Achse angebrachten Träger.

Der Behälter weist senkrecht zu seiner Längsmittelachse bevorzugt einen rotationssymmetrischen Querschnitt auf, der entlang seiner Längsmittelachse konstant, insbesondere zylindrisch sein kann oder der vollständig oder zumindest abschnittsweise zulaufen kann, z.B. kegelförmig oder mit zumindest zwei kegelförmig zulaufenden Abschnitten, die mit ihren größeren Querschnitten oder mit ihren kleineren Querschnitten aneinander angrenzen.

In einer optionalen Ausführungsform ist die Achse, um die das Werkzeug frei schwenkbar ist, parallel zur Längsmittelachse des Behälters versetzt, so dass das Werkzeug bei seiner Bewegung um die Achse einen jeweils veränderten Abstand zur Behälterwand einnimmt.

Die Achse, an der der das Werkzeug tragende Arm angebracht ist, auch als erste Achse bezeichnet, kann an zumindest einem, bevorzugt beiden Enden, am Behälter drehbar gelagert sein, z.B. an jeweils einem Träger, der sich über den Querschnitt innerhalb des Behälters erstreckt, oder an einem oder beiden Deckeln die jeweils eine endständige Querschnittsöffnung des Behälters überdecken. Alternativ kann die erste Achse drehfest am Behälter, z.B. zumindest einem Träger, der sich über den Querschnitt des Behälters erstreckt, oder an einem endständigen Deckel, angebracht sein, und der Arm ist an der ersten Achse drehbar gelagert.

Generell ist die Vorrichtung eingerichtet, den Behälter entlang einer Bahnkurve anzutreiben, die durch Überlagerung der Hin- und Herbewegung zumindest zweier sich überlagernder linearer Achsen gebildet wird, die in einem Winkel aufeinander stehen, wobei die Hin- und Herbewegung entlang der linearen Achsen bei unterschiedlichen Frequenzen und/oder mit Phasenversatz erfolgt. Die linearen Achsen, entlang derer die sich überlagernden Hin- und Herbewegungen bei unterschiedlicher Frequenz und/oder mit Phasenversatz verlaufen, bilden die Bahnkurve entlang derer die Hin- und Herbewegung des Behälters erfolgt, zu der die Vorrichtung eingerichtet ist.

Durch die Bewegung des Behälters entlang der Bahnkurve ist die Vorrichtung eingerichtet, das Werkzeug und zu zerkleinernde Feststoffe und/oder feste und/oder flüssige Inhaltsstoffe relativ zum Behälter zu beschleunigen, so dass im Behälter enthaltene Inhaltsstoffe durch die Beschleunigung gegen die Behälterwand und durch die Bewegung des Werkzeugs entlang der Behälterwand geschert, optional zerkleinert und miteinander vermischt werden. Dabei ist das Werkzeug durch den Arm an der ersten Achse schwenkbar geführt, so dass z.B. das Werkzeug und dessen Scherfläche im Radius des Arms um die erste Achse frei schwenkbar geführt sind, und in der Ausführungsform der Anordnung der ersten Achse entlang der Längsmittelachse eines rotationssymmetrischen Behälters das Werkzeug und dessen Scherfläche im konstanten Abstand zur Behälterwand geführt sind, optional mit einem Scherbalken, der in den Abstand zwischen Behälterwand und Werkzeug bzw. dessen Scherfläche, ragt.

Dadurch, dass die Bahnkurve durch die unterschiedlichen Frequenzen und/oder den Phasenversatz der sich überlagernden Bewegungen entlang der linearen Achsen einstellbar oder vorbestimmt sein können, ist die Vorrichtung zur Hin- und Herbewegung des Behälters entlang der Bahnkurve und zur Relativbewegung des Werkzeugs gegenüber dem Behälter eingerichtet.

Die durch die verschiedenen Frequenzen und/oder den Phasenversatz der sich überlagernden Bewegungen entlang zumindest zweier linearer Achsen einstellbare oder vorbestimmte Bahnkurve beschleunigt das zumindest eine im Behälter um die Achse frei bewegliche Werkzeug relativ zum Behälter. Durch die Hin- und Herbewegung des Behälters wird das Werkzeug zur Bewegung entlang der Behälterwand angetrieben.

Generell bevorzugt ist der Behälter nicht drehangetrieben und weiter bevorzugt nicht oder nicht vollständig drehbar, z.B. um maximal 30° oder um maximal 20° oder 10° um seine Längsmittelachse drehbar geführt, die z.B. senkrecht zur Ebene angeordnet ist, in der sich die Achsen erstrecken, die sich zur Bahnkurve überlagern, entlang derer der Behälter zur Hin- und Herbewegung angetrieben ist. Generell bevorzugt ist der Behälter ausschließlich zu einer Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve angetrieben.

Durch die Bahnkurve kann die Beschleunigung des Werkzeugs in einem Abstand entlang der Behälterwand bestimmt werden. Überdies ist die Vorrichtung optional eingerichtet, den Behälter mit einstellbarer oder vorbestimmter Beschleunigung und Geschwindigkeit entlang der Bahnkurve zu bewegen. Dadurch, dass die Vorrichtung für eine einstellbare oder vorbestimmte Bahnkurve und/oder eine einstellbare oder vorbestimmte Beschleunigung und/oder eine einstellbare oder vorbestimmte Geschwindigkeit entlang der Bahnkurve der Hin- und Herbewegung des Behälters eingerichtet ist, wird das Werkzeug mit einstellbarer oder vorbestimmter Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit relativ entlang der Behälterwand angetrieben und erlaubt eine vorbestimmte oder kontinuierliche Anpassung des Verfahrens an einen zu zerkleinernden Feststoff und/oder an zu mischende Inhalts Stoffe.

Generell kann eine Bahnkurve von zumindest zwei überlagerten Einzel Schwingungen gebildet sein, bevorzugt gleicht eine Bahnkurve der durch Überlagerung von Hin- und Herbewegungen entlang zumindest zweier linearer Bewegungsachsen bei jeweils unterschiedlichen Frequenzen und/oder durch Phasenversatz erzeugbaren Bahnkurve. Eine Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve, die der Hin- und Herbewegung entlang aufeinanderstehender linearer Bewegungsachsen gleicht, die sich überlagern, weisen unterschiedliche Frequenzen auf und/oder haben einen Phasenversatz zueinander. Generell ist daher eine Bahnkurve keine Kreisbahn.

Der Unterschied der Frequenzen kann z.B. zumindest 0,01 Hz und/oder 0,01 % bis 900% betragen. Der Phasenversatz der Hin- und Herbewegungen entlang der linearen Achsen kann z.B. von 0,01° bis 180°, bevorzugt 1 bis 179° von 360°, die einer vollständigen Hin- und Herbewegung entspricht, betragen. Dabei sind 0,01 bis 180° einer vollständigen Hin- und Herbewegung von 360° gleich 0,0028 % bis 50% einer vollständigen Hin- und Herbewegung, 1 bis 179° von 360° sind gleich 0,28% bis 49,7% einer vollständigen Hin- und Herbewegung.

Dabei stehen die linearen Bewegungsachsen z.B. senkrecht oder in einem anderen Winkel, z.B. 5° bis 85° zueinander, insbesondere in der Ebene des Querschnitts des Behälters und/oder senkrecht zu einer Mittelachse des Behälters. Optional enthält die Bahnkurve zumindest einen gradlinigen Abschnitt, dessen Ende z.B. ein Scheitelpunkt der Bahnkurve ist, an dem das zumindest ein Werkzeug und der zu zerkleinernde Feststoff von der Behälterwand bzw. gegen die Behälterwand beschleunigt werden.

Zur Einstellung unterschiedlicher Frequenzen und/oder eines Phasenversatzes der überlagerten Hin- und Herbewegungen entlang zumindest zweier linearer Bewegungsachsen können diese Hin- und Herbewegungen durch ein Getriebe oder eine Kulissenführung miteinander gekoppelt sein und von einem Motor angetrieben sein. Dabei kann ein von einem Motor angetriebenes Getriebe, das die Hin- und Herbewegung entlang der Bahnkurve einstellt, ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen den sich überlagernden Bewegungen entlang jeder Achse aufweisen, oder ein einstellbares Übersetzungsverhältnis, z.B. ein kontinuierlich oder stufenweise schaltbares Getriebe sein. Optional kann das Getriebe schlupfbehaftet sein, z.B. einen Riemenantrieb aufweisen oder ein Reibradgetriebe sein.

Die Abtriebsdrehzahl des Getriebes, das die Hin- und Herbewegung des Behälters antreibt, beträgt bevorzugt zumindest 1 Hz, bevorzugter zumindest 5 Hz, z.B. bis 50 Hz, bis 40 Hz, bis 30 Hz, bis 20 Hz oder bis 10 Hz. Dabei ist die Abtriebsdrehzahl des Getriebes gleich der Frequenz der Hin- und Herbewegung.

Alternativ kann die Hin- und Herbewegung entlang jeder der linearen Bewegungsachsen von einem separaten Motor angetrieben sein, wobei für die Zwecke der Erfindung die niedrigere Abtriebsdrehzahl die Frequenz der Hin- und Herbewegung ist und die Frequenz der Abfolge der Bahnsegmente bildet. In jeder Ausführungsform kann die Drehzahl jedes Antriebsmotors gesteuert sein, fest eingestellt oder über die Dauer des Verfahrens veränderlich.

Optional ist die Vorrichtung eingerichtet, die Bahnkurve der Hin- und Herbewegung und/oder die Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung während des Verfahrens zu ändern, z.B. in einer ersten Phase die Hin- und Herbewegung entlang einer ersten Bahnkurve und mit einer ersten Beschleunigung und Geschwindigkeit einzustellen und die Hin- und Herbewegung in einer anschließenden zweiten Phase entlang einer geänderten Bahnkurve und/oder geänderten Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit einzustellen.

Weiter optional ist die Hin- und Herbewegung in einer ersten Phase eine lineare Hin- und Herbewegung und in einer zweiten Phase eine Hin- und Herbewegung entlang ineinander übergehender Bahnkurven. Dabei kann die Bahnkurve z.B. durch ein Getriebe bestimmt sein, das die Bewegung des Behälters antreibt.

Die Vorrichtung erlaubt durch die Einstellung der Bahnkurve und Beschleunigung der Hin- und Herbewegung des Behälters eine vorbestimmte oder dynamisch veränderbare und gerichtete Beschleunigung des Werkzeugs relativ zum Behälter. Feststoffe und flüssige Inhaltsstoffe, die zwischen Behälterwand und Werkzeug vorliegen, werden zwischen dem Werkzeug und der Behälterwand geschert, optional zerkleinert, und gemischt.

In einer Ausführungsform, in der der Behälter in einer ersten Phase zu einer linearen Hin- und Herbewegung gesteuert angetrieben sein kann, ist die Vorrichtung eingerichtet, Partikel mit einem steuerbaren Beschleunigungsmaximum senkrecht gegen die Behälterwand zu bewegen, das signifikant größer als die Erdbeschleunigung und daher im Wesentlichen unabhängig von der Erdbeschleunigung ist, z.B. mit einem Beschleunigungsmaximum von zumindest 15 m/s ² , bevorzugt 25 m/s ² , bevorzugt zumindest 50 m/s ² oder zumindest 100 m/s ² oder zumindest 200 m/s ² oder zumindest 350 m/s ² z.B. jeweils bis 500 m/s ² . Dabei ist die Vorrichtung generell bevorzugt eingerichtet, den Behälter mit einer Beschleunigung von zumindest 15 m/s ² , bevorzugt 25 m/s ² , bevorzugt zumindest 50 m/s ² oder zumindest 100 m/s ² oder zumindest 200 m/s ² oder zumindest 350 m/s ² z.B. jeweils bis 500 m/s ² anzutreiben.

Generell kann die Vorrichtung eingerichtet sein, den Behälter mit einem Beschleunigungsmaximum bzw. mit einer Beschleunigung von zumindest 20 m/s ² oder mit zumindest 200 m/s ² , z.B. zumindest 300 m/s ² , bevorzugt bis zu 1000 m/s ² entlang der Bahnkurve, z.B. in einem Scheitelpunkt der Bahnkurve, zu beschleunigen.

Der Behälter ist bevorzugt zu einer Hin- und Herbewegung mit einem Beschleunigungsmaximum bzw. mit einer Beschleunigung von zumindest 0,5 m/s ² oder zumindest 1 m/s ² oder zumindest 2 m/s ² zumindest 3,5 m/s ² , bevorzugt zumindest 60 m/s ² , bevorzugter zumindest 100 m/s ² , zumindest 150 m/s ² , zumindest 160 m/s ² , zumindest 200 m/s ² , z.B. jeweils bis zu 300 m/s ² oder 450 m/s ² , bis zu 260 m/s ² oder bis zu 250 m/s ² entlang jeder von zwei Achsen angetrieben. Generell bevorzugt ist der Behälter in Kombination mit dem Beschleunigungsmaximum bzw. der Beschleunigung zu einer mittleren Geschwindigkeit von zumindest 0,5 m/s, bevorzugt zumindest 2 m/s, bevorzugter zumindest 3,5 m/s, z.B. bis 10 m/s oder bis 20m/s oder bis 6 m/s, z.B. 3 bis 4 m/s, jeweils entlang einer der Achsen, bevorzugt entlang jeder Achse angetrieben. Dabei ist der Weg der Bewegung entlang zumindest einer Achse, bevorzugt entlang jeder Achse z.B. 0,1 cm bis 24 cm.

Der Behälter kann z.B. zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben sein, die sich entlang jeder Achse über einen Weg von zumindest 1 mm oder zumindest 2,5 mm, zumindest 1 cm, bevorzugter zumindest 2 cm oder zumindest 5 cm, zumindest 10 cm oder zumindest 15 cm, z.B. jeweils bis 100 cm, bis 50 cm, bis 30 cm oder bis 20 cm erstreckt. Weiter bevorzugt ist die Hin- und Herbewegung des Behälters harmonisch. Die Hin- und Herbewegung des Behälters kann in einer ersten Phase linear sein, generell ist die Bahnkurve nicht-linear und kann z.B. sinusförmig, dreiecksförmig oder bogenförmig sein, optional entlang einer sogenannten Lissajous-Figur oder Hypozykloiden verlaufen, die bevorzugt in der Ebene liegt, bzw. zweidimensional, optional dreidimensional ist. Bevorzugt ist die Hin- und Herbewegung in einer ersten Phase linear und in einer zweiten Phase entlang zumindest zweier ineinander übergehender, nicht-linearer Bahnsegmente, die jeweils zumindest einen Scheitelpunkt enthalten, zu einer Bahnkurve ausgebildet. Generell fördert eine nicht-lineare Bahnkurve, z.B. eine Bewegung entlang einer Bahnkurve deren Bahnsegmente zumindest jeweils einen Scheitelpunkt aufweisen, eine hohe Beschleunigung des von Werkzeugs und zu vermahlenden Feststoffen, entlang der Behälterwand, sowie in einer Ausführungsform mit drehbar am Arm gelagertem Werkzeug z.B. ein zumindest abschnittweises intensives Abrollen des Werkzeugs entlang der Behälterwand, wobei das Werkzeug und die zu vermahlenden Feststoffe entlang der Behälterwand bewegt werden.

Bevorzugt umfasst die Hin- und Herbewegung die Hin- und Herbewegung entlang einer Bahnkurve, die zumindest zwei, bevorzugt zumindest drei, bevorzugter zumindest vier Bahnsegmente umfasst, die jeweils zumindest einen Scheitelpunkt aufweisen. Jede der Bewegungsachsen, entlang derer sich die Bewegungen zu einer Bahnkurve überlagern, für sich kann generell linear oder bogenförmig verlaufen, so dass die nicht-lineare Bewegung des Behälters entlang einer Abfolge von Bahnsegmenten aus der Überlagerung der Bewegungen entlang zweier Bewegungsachsen erzeugt wird. Die Scheitelpunkte und zwischenliegenden Abschnitte eines Bahnsegments werden durch den Frequenzunterschied und/oder die Phasenlage der überlagerten Hin- und Herbewegungen entlang zumindest zweier Achsen bestimmt. Generell kann die Vorrichtung eingerichtet sein, den Frequenzunterschied und/oder die Phasenlage während der Hin- und Herbewegung zu verändern. Generell bevorzugt ist die Behälterwand die umfänglich geschlossene Wand des Behälters, die sich um eine Mittelachse und zwischen jeweils endständigen gegenüberliegenden Querschnitten bzw. daran angebrachten Deckeln erstreckt. Der Behälter hat einen optional kreisförmigen Querschnitt, der sich um eine Mittelachse erstreckt und von der Behälterwand aufgespannt wird. Generell bevorzugt werden die endständigen Querschnittsflächen des Behälters von jeweils einem Deckel überdeckt, von denen optional zumindest einer eine Durchgangsöffnung aufweist.

Generell ist bevorzugt, dass zumindest ein Bahnsegment einen Scheitelpunkt aufweist, in dem sich die Richtung des Bahnsegments um zumindest 90°, bevorzugter um zumindest 120°, noch bevorzugter um zumindest 180° oder zumindest 210° ändert, z.B. innerhalb von maximal 24,5%, maximal 24%, maximal 23%, maximal 22%, maximal 21%, maximal 20%, maximal 15% oder maximal 10%, bevorzugter maximal 5% oder maximal 3%, maximal 2% oder maximal 1% der Länge eines Bahnsegments. Denn ein Scheitelpunkt des Bahnsegments führt zu einer starken Relativbeschleunigung des Werkzeugs entlang der Behälterwand.

Das Werkzeug kann einen Querschnitt aufweisen, der bei Anordnung des Werkzeugs in mit seinem Querschnitt parallel zum Querschnitt des Behälters kreisförmig, oval oder zumindest dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig, bevorzugt zumindest 8-eckig oder zumindest 12- eckig ist, optional mit senkrecht zum Querschnitt des Werkzeugs angeordneten Nuten und/oder vorstehenden Stegen.

Generell bevorzugt ist der Querschnitt des Werkzeugs entlang seiner Längserstreckung in Form und Abmaßen konstant.

Generell bevorzugt weist das Werkzeug senkrecht zu seinem Querschnitt eine Längserstreckung auf, die um einen Faktor von zumindest 1,2, bevorzugt zumindest 1,5, bevorzugter zumindest 2 größer ist als der Durchmesser seines Querschnitts. Dabei kann das Werkzeug eine Längserstreckung aufweisen, die zumindest 80%, bevorzugt zumindest 90% oder zumindest 95% der Höhe des Behälters, senkrecht zum Querschnitt des Behälters, umfasst.

Bevorzugt weist das Werkzeug eine höhere Dichte auf als die zu zerkleinernden Feststoffe oder als die zu mischenden Inhaltsstoffe. Bevorzugt ist die Vorrichtung dabei und generell eingerichtet, den Behälter mit hohem Beschleunigungsmaximum zur Hin- und Herbewegung anzutreiben, z.B. zu einem Beschleunigungsmaximum anzutreiben, bzw. den Behälter mit einer Beschleunigung zur Hin- und Herbewegung anzutreiben, die zumindest 50 m/s ² , bevorzugter zumindest 100 m/s ² oder zumindest 200 m/s ² , z.B. bis 1000 m/s ² beträgt. Diese Ausführungsform ist für ein Verfahren zur Zerkleinerung von Feststoffen bevorzugt, die in einer Flüssigkeit enthalten sind, oder zum Mischen flüssiger Inhaltsstoffe.

In einer Ausführungsform kann die Behälterwand zylindrisch sein, bevorzugt in Kombination mit einem Werkzeug, das einen über seine Längserstreckung konstanten Querschnitt hat. In einer weiteren Ausführungsform kann die Behälterwand entlang der Längsmittelachse des Behälters bzw. zwischen dessen endständigen Querschnitten, gebogen sein, bevorzugt konkav zur Längsmittelachse des Behälters und/oder symmetrisch entlang der Längsmittelachse des Behälters.

Optional weist die Wand des Behälters, die sich entlang seiner Längsmittelachse erstreckt und die gegenüberliegenden endständigen Querschnittsöffnungen aufspannt, Durchbrechungen auf und diese Wand ist in einem Abstand von einer äußeren Wand umfasst. In dieser Ausführungsform hat der Behälter eine Doppelwand, von denen die innere Durchbrechungen zum Durchtritt von Partikeln aufweist und als Sieb dient, während die äußere, diese umfassende Wand Partikel einsammelt. Die Durchbrechungen können zylindrisch oder konisch sein, weiter optional können die Durchbrechungen radial zur Mittelachse der Wand angeordnet sein oder in einem Winkel von z.B. 10 bis 45° zu Radialen die von der Längsachse des von der Wand aufgespannten Querschnitts ausgehen, erstrecken, bzw. zu Radialen der Mittelachse. Die Durchbrechungen können runde Bohrungen sein oder Langlöcher, die sich parallel oder senkrecht zum Querschnitt des Innenraums erstrecken, oder die sich in einem Winkel >0° bis <90° zum Querschnitt des Innenraums erstrecken. Optional haben die Durchgangslöcher einen konstanten Querschnitt oder einen Querschnitt, der sich mit zunehmendem Abstand von der Längsachse aufweitet. Optional weisen die Durchgangslöcher eine Fase auf, bevorzugt bogenförmig, um an den Querschnitt angrenzende scharfe Kanten zu vermeiden. Alternativ weisen die Durchgangslöcher keine Fase auf und grenzen in einer Kante, z.B. von 90° oder mit Hinterschnei dung im Falle sich aufweitender Durchgangslöcher, an die Innenwand an. In einer einfachen Ausführungsform kann die Innenwand ein Gitter sein, dessen Stege zwischen sich die Durchgangslöcher bilden. Bevorzugt ist der Spalt, der durch die Beabstandung der äußeren von der inneren Wand gebildet wird, an einer oder an beiden endständigen offenen Querschnittsöffnungen oder an der äußeren Wand mit einer angeschlossenen Leitung versehen, die z.B. mit Unterdrück oder Überdruck beaufschlagt sein kann.

Der Behälter kann einen Antrieb für die Hin- und Herbewegung entlang zweier oder dreier Bewegungsachsen aufweisen, der mittels einer Steuerung eingerichtet ist, in einer ersten Phase die Hin- und Herbewegung im Wesentlichen oder ausschließlich nur linear auszuführen, z.B. entlang genau einer der Bewegungsachsen, und in einer anschließenden zweiten Phase, die sich bevorzugt unmittelbar an die erste Phase anschließt, die Hin- und Herbewegung entlang ineinander übergehender Bahnsegmente, die optional Lissajous-Kurven oder Hypozykloide sind, auszuführen. In der ersten Phase werden optional die zu zerkleinernden Partikel und der zumindest eine Werkzeug linear beschleunigt und am Scheitelpunkt der Bewegung schnell entlang eines Abschnitt der Behälterwand beschleunigt, um eine grobe Zerkleinerung zu erreichen. In der zweiten Phase werden Partikel und das zumindest eine Werkzeug mit Abstand entlang der Behälterwand bewegt, um eine feinere Zerkleinerung zu erreichen. Abhängig von der Form des Werkzeugs und der Größe des Beschleunigungsmaximums und Amplitude der Hin- und Herbewegung werden Partikel in der zweiten Phase einer Scher- und/oder Presswirkung unterworfen. Die erste Phase der Hin- und Herbewegung kann z.B. 10 bis 50%, bevorzugt bis 30 oder bis 20% der gesamten Dauer der Hin- und Herbewegungen ausmachen, und die zweite Phase den verbleibenden Anteil zu 100%,

Die Steuerung des Antriebs des Behälters ist optional abhängig vom Signal eines Sensors, bevorzugt eines akustischen Sensors gesteuert, der Schwingungen, insbesondere Geräusche des Behälters während der Hin- und Herbewegung, insbesondere während der ersten und/oder während der zweiten Phase, aufnimmt. Der akustische Sensor kann z.B. an der Außenoberfläche des Behälters angebracht sein oder in einem Abstand vom Behälter in einer Stellung festgelegt sein, an der die Hin- und Herbewegung des Behälters vorbeiläuft. Bevorzugt ist der akustische Sensor in geringem Abstand, z.B. von 0,5 bis 5 cm, vom Scheitelpunkt der Hin- und Herbewegung festgelegt, z.B. an einem Gestell festgelegt, gegenüber dem der Behälter entlang der Bahnkurve bewegt wird. Der akustische Sensor kann ein Vibrationssensor, z.B. ein Mikrophon sein. In dieser Ausführungsform kann die Steuerung der Hin- und Herbewegung eingerichtet sein, bei Änderung des Signals, das der akustische Sensor abgibt, um eine vorbestimmte Abweichung innerhalb einer vorbestimmten Zeit der Hin- und Herbewegung, und/oder bei Erreichen eines vorbestimmten Signals, das der akustische Sensor abgibt, die Hin- und Herbewegung mit einer geänderten Geschwindigkeit und/oder mit geändertem Phasenversatz ablaufen zu lassen und/oder von einer linearen Bewegung in eine Bahnkurve zu steuern, insbesondere von einer ersten Phase zu einer zweiten Phase der Hin- und Herbewegung zu steuern.

Der Sensor kann auch ein am Behälter angebrachter optischer Sensor sein, z.B. ein Trübungssensor.

Optional ist am Behälter eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannung angebracht, insbesondere eine Einrichtung mit einem Magneten und einer relativ zum Magneten beweglich angeordneten Spule, die eingerichtet sind, bei Relativbewegung zueinander elektrische Spannung zu erzeugen. Diese Einrichtung ist bevorzugt mittels einer elektrischen Leitung mit einem am Behälter angebrachten Sender verbunden, um den Sender mit elektrischer Spannung zu beaufschlagen. Der Sender ist bevorzugt mittels einer Datenleitung mit zumindest einem der Sensoren verbunden, um Sensorsignale zu empfangen. Dabei ist der Sender z.B. eingerichtet, empfangene Sensorsignale zu senden. Weiterhin kann der Sensor mittels einer elektrischen Leitung mit der Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannung verbunden sein. In dieser Ausführungsform ist die Vorrichtung eingerichtet, dass ein am Behälter angebrachter Sensor und ein Sender durch die Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannung beaufschlagt werden können, sobald der Behälter entlang der Bahnkurve bewegt wird. Entsprechend kann die Vorrichtung ohne ein elektrisches Kabel ausgebildet sein, das sich zwischen einem Gestell, gegenüber dem der Behälter bewegt wird, und dem Behälter erstreckt.

Das Verfahren kann z.B. zur Herstellung von pulverförmigen Chemikalien, z.B. Ruß oder mineralischen Farbpigmenten, auch aus groben Mineralien, oder zur Herstellung von Puderzucker eingesetzt werden.

Die zu zerkleinernden Partikel können mit einer flüssigen Phase in einer Emulsion oder Suspension enthalten sein, z.B. bei der Herstellung feiner Emulsionen oder Conchieren bei der Schokoladeherstellung mit dem Verfahren.

Ein bevorzugtes Verfahren, das mit der Vorrichtung durchgeführt wird, ist die Herstellung von Eiskrem, bei der alle Inhaltsstoffe der Eiskrem, optional einschließlich zu verkleinernder Fruchtstücke, kontinuierlich als Mischung oder satzweise in den Behälter gefüllt werden und der Behälter zur Hin- und Herbewegung angetrieben wird. Dabei kann der Behälter einen Kühlmantel aufweisen, der optional von Kühlmedium durchströmt wird, z.B. kontinuierlich durch Zu- und Ableitungen für Kühlmedium oder satzweise vor dem Hin- und Herbewegen, wobei während der Hin- und Herbewegung keine Leitungen für Kühlmedium am Behälter angeschlossen sind. Alternativ kann ein Kühlmantel durch die Wand des Behälters gebildet sein, die vor dem Hin- und Herbewegen, bevorzugt nach Einfüllen kalter Inhaltsstoffe, auf -10°C bis z.B. -70°C gekühlt wird.

Die Vorrichtung kann in einer Rohrleitung oder Schlauchleitung integriert sein, die jeweils an einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung des Behälters fest oder reversibel lösbar angeschlossen ist, um das Verfahren kontinuierlich oder satzweise durchzuführen.

Die Erfindung wird nun genauer anhand von Figuren beschrieben, die schematisch in

- Fig. 1 eine zylindrische Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Werkzeug als Schaber,

- Fig. 2 eine Ausführungsform mit einer Walze als Werkzeug und

Fig. 3 A-C eine Ausführungsform mit einem Werkzeug und einem Scherbalken zeigen.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern funktionsgleiche Elemente.

Die Fig. 1 zeigt einen zylindrischen Behälter 1, in dem ein Werkzeug 20 mit einer als Kratzoder Schabekante ausgebildeten Scherfläche 21 angeordnet ist, die der Behälterwand 2 zugewandt ist. Das Werkzeug 20 ist an einem Arm 22, der hier zweiteilig ausgebildet ist, um eine erste Achse 23 schwenkbar angelenkt. In der hier gezeigten Ausführungsform ist die erste Achse 23 koaxial zur Längsmittelachse des zylindrischen Behälters 1 angeordnet. Das Werkzeug 20 ist mittels des Arms 22 starr mit der ersten Achse 23 verbunden, die drehbar an einer Innenachse 24 gelagert ist. Die Innenachse 24 kann z.B. am Boden 3 des Behälters 1 und an einem den gegenüberliegenden endständigen Querschnitt überdeckenden Deckel 10 angebracht sein. Die Bewegungsachsen 4, 5, entlang derer sich die Bewegungen des Behälters 1 zu einer Abfolge von Bahnsegmenten, die eine Bahnkurve bilden, überlagern und entlang derer der Behälter 1 zur Hin- und Herbewegung angetrieben ist, sind bevorzugt senkrecht zur Längsmittelachse 6 des Behälters 1 angeordnet.

Ein Sensor 30, der am Behälter 1 angebracht ist, ist mittels einer elektrischen Leitung 31 mit einer am Behälter 1 angebrachten Einrichtung 32 zur Erzeugung elektrischer Spannung verbunden, die einen relativ zu einer Spule beweglichen Magneten aufweist. Ein Sender 33 ist mittels einer Datenleitung 34 mit dem Sensor 30 verbunden und mittels einer elektrischen Leitung 35 mit der Einrichtung 32 zur Erzeugung elektrischer Spannung.

Die Fig. 2 zeigt einen Behälter 1 mit einem darin an einem Arm 22 angebrachten Werkzeug 20, das eine parallel zur ersten Achse 23, um die der Arm 22 frei schwenkbar ist, und parallel zur Behälterwand 2 frei drehbare zylindrische Walze 20a ist. Das als drehbare Walze 20a ausgebildete Werkzeug 20 ist bevorzugt am Arm 22 geführt, dass seine zylindrische Scherfläche 21 in geringem Abstand zur Behälterwand 2 oder in Kontakt mit der Behälterwand 2 angeordnet ist. Ein solche Vorrichtung findet z.B. als Conche zur Herstellung von Schokolade Verwendung.

Die Fig. 2 zeigt, dass sich die Achsen 4, 5, entlang derer sich die Bewegungen des Behälters 1 zu einer Abfolge von Bahnsegmenten, die eine Bahnkurve bilden, überlagern und der Behälter 1 zur Hin- und Herbewegung angetrieben ist, bevorzugt senkrecht zur Längsmittelachse 6 des Behälters 1 angeordnet sind.

Ein Sensor 30, der am Behälter 1 angebracht ist, ist mittels einer elektrischen Leitung 31 mit einer am Behälter 1 angebrachten Einrichtung 32 zur Erzeugung elektrischer Spannung verbunden, die einen relativ zu einer Spule beweglichen Magneten aufweist. Ein Sender 33 ist mittels einer Datenleitung 34 mit dem Sensor 30 verbunden und mittels einer elektrischen Leitung 35 mit der Einrichtung 32 zur Erzeugung elektrischer Spannung.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine Vorrichtung, deren Werkzeug 20 als Scherfläche 21 zur Behälterwand 2 ragende Vorsprünge erste 21a mit zwischenliegenden ersten Vertiefungen 21b aufweist, die passend zu zweiten Vertiefungen 25a und zweiten Vorsprünge 25b eines an der Behälterwand angeordneten Scherbalkens 25 angeordnet sind. Bei der Bewegung des Werkzeugs 20 an dem hier dreiteilig ausgebildeten Arm 22 um die erste Achse 23 können die ersten Vorsprünge 21a der Scherfläche 21 des Werkzeugs mit den zweiten Vertiefungen 25b des Scherbalkens kämmen. Die Innenachse 24, um die die erste Achse 23 drehbar ist, ist am Boden 3 des Behälters drehbar gelagert und an dem den gegenüberliegenden endständigen Querschnitt überdeckenden Deckel 10. In der hier gezeigten Ausführungsform ist der Scherbalken 25 parallel zur ersten Achse 23 angeordnet.

Die Fig. 3C zeigt im Detail einen Scherbalken 25 und das dazu um eine anteilige Drehung um die erste Achse 23 versetzt das Werkzeug 20, dessen Scherfläche 21 erste Vorsprünge 21a und erste Vertiefungen 21b aufweist, die mit den zweiten Vertiefungen 25b bzw. zweiten Vorsprüngen 25a des Scherbalkens 25 kämmen. Beispielhaft ist ein Träger 26 gezeigt, der ein Ende des Scherbalkens 25 mit der ersten Achse 23, z.B. drehbar, mit der Innenachse 24 verbindet.

Bezugsziffern:

1 Behälter 23 erste Achse

2 Behälterwand 24 Innenachse

3 Boden 25 Scherbalken

4, 5 Bewegungsachse 25 a zweite Vor Sprünge

6 Längsmittelachse des Behälters 25b zweite Vertiefungen

10 Deckel 26 Träger

20 Werkzeug 30 Sensor

20a Walze 31 elektrische Leitung

21 Scherfl äche 32 Einrichtung zur Erzeugung elektrischer

21a erste Vor Sprünge Spannung

21b erste Vertiefungen 33 Sender

22 Arm 34 Datenleitung