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.