Bei
Fliehkraftkugelmühlen
sind Mahlbecher exzentrisch zu einer Antriebsachse angeordnet und
bewegen sich auf einer Kreisbahn. Die Drehung eines Mahlbechers
um seine eigene Achse wird bei Fliehkraftkugelmühlen verhindert. Dazu kann
beispielsweise ein eingebautes Kettenrad, eine Zahnradübersetzung,
ein Zahnriemen, eine Stangenführung,
eine Schmidt-Kupplung oder eine ähnliche
Vorrichtung eingesetzt werden, welche die absolute Drehung des Mahlbechers
verhindern.
Im
Gegensatz dazu basieren Planetenkugelmühlen darauf, eine kombinierte
Umlauf- und Drehbewegung für
Mahlbecher zu erzeugen. Durch den Umlauf der Mahlbecher wird eine
radial nach außen
gerichtete Fliehkraft auf das Mahlgut ausgeübt. Anders als bei einer Fliehkraftkugelmühle verursacht
der Antrieb der Mahlbecher in einer Planetenkugelmühle eine
absolute Rotationsbewegung der Mahlbecher um ihre eigene Achse,
die Planetenachse, so dass in einer Planetenkugelmühle im Vergleich
zu einer Fliehkraftkugelmühle eine
deutlich größere, weitere
Fliehkraftkomponente erzeugt wird. Diese ist der Fliehkraftkomponente überlagert,
welche durch den Umlauf der Mahlbecher um die Zentrumsachse erzeugt
wird. Schließlich
ist auch noch die Corioliskraft wirksam. Diese drei Kräfte ergeben
bei der Planetenkugelmühle
ein resultierendes Kraftfeld, dem die Mahlkugeln und das Mahlgut
ausgesetzt sind.
Bei
bestimmten Abmessungen der umlaufenden Teile und bestimmten Drehgeschwindigkeiten
werden in einer Planetenkugelmühle
Flugbahnen für
die Mahlkugeln erzeugt. Die Mahlkugeln bewegen sich dann quer durch
den Mahlbecher hindurch, bis sie auf die Innenwand des Mahlbechers
auftreffen. Danach werden die Mahlkugeln am Innenumfang des Mahlbechers
mitgenommen, bis die resultierende Kraft erneut dafür sorgt,
dass die oben beschriebene Querbewegung stattfindet und die Mahlkugeln
eine Flugbewegung durch den Mahlbecher ausführen. Dies wird auch als „Wurfregime" bezeichnet.
Die
Mahlwirkung in einer Kugelmühle
hängt von
verschiedenen Parametern ab, unter anderem von der Wucht des Aufpralls
der Mahlkugeln auf das Mahlgut an der Mahlbecherinnenwand. Ziel
der Zerkleinerung durch Mahlen mit solchen Kugelmühlen ist,
Partikel einer bestimmten Feinheit, das heißt einer gewünschten Partikelgröße, die
kleiner als die Ausgangspartikelgröße ist, zu erzeugen. Während der
Zerkleinerung werden Teilchen des Ausgangsmaterials in kleinere
Teilchen zerbrochen. Ein Bruch tritt genau dann ein, wenn es gelingt,
im Innern der Partikel ein kritisches Spannungsfeld zu erzeugen.
Darüber
hinaus müssen
Fehlstellen im Partikel vorhanden sein, um bei lokal ausreichend
hohen Spannungen einen sich im Partikel fortsetzenden Bruch entstehen
zu lassen. Aufgrund der kinetischen Energie der Mahlwerkzeuge, wird
eine Verformung im Kontaktbereich zwischen Mahlwerkzeugen und zu
zerkleinernden Partikeln erzeugt, die schließlich zum Bruch führen kann.
Wichtig
für die
Zerkleinerung ist der erforderliche Energieeintrag in das zu zerkleinernde
Volumen als mechanische Arbeit, die bis zum Erreichen eines Bruchs
aufzuwenden ist. Das durch den Energieeintrag aufgebaute elastische
Spannungsfeld stellt den Energievorrat für Bruchentstehung und Bruchausbreitung
dar. Für feste
Stoffe gibt es insbesondere drei verschiedene Arten des Materialverhaltens,
nämlich
linear-elastisches, elastisch-plastisches
und visko-elastisches Materialverhalten.
Beim
linear-elastischen Materialverhalten sind die aufgebrachte Spannung
und die entstehende Dehnung in dem belasteten Material proportional
zueinander und haben in der Regel bei Belastung und Entlastung denselben
Verlauf. Der Proportionalitätsfaktor
ist der Elastizitätsmodul
(E-Modul). Bei spröden
Stoffen ist der E-Modul groß,
und es tritt bis zum Bruch fast keine Verformung des belasteten
Partikels ein. Die volumenbezogene Brucharbeit ist klein, wenn die
notwendige Bruchspannung groß ist.
Die Zerkleinerung erfordert einen geringen Energieaufwand.
Bei
gummielastischen Stoffen ist der E-Modul klein, so dass schon kleine
Spannungen relativ große Verformungen
bewirken. Die volumenbezogene Brucharbeit ist groß, während die
Bruchspannung relativ niedrig ist. Die Zerkleinerung erfordert einen
hohen Energieaufwand. Die beanspruchten Volumina sollten daher klein
sein, um die eingebrachte Energie lokal zu konzentrieren. Zur Zerkleinerung
ist es daher vorteilhaft, möglichst
kleine Werkzeuge zu verwenden.
Bei
elastisch-plastischem Materialverhalten tritt bei vielen Stoffen
vor dem Bruch ab einer bestimmten Grenze eine irreversible Verformung,
das sogenannte plastische Fließen,
ein. Oberhalb dieser Fließgrenze
bewirkt eine sehr kleine Belastungszunahme häufig große, nicht wieder zurück gehende
Verformungen. Entlastung vor dem Brucheintritt kann eine geringe
elastische Rückdehnung
zur Folge haben. Die volumenbezogene Brucharbeit ist groß, während die
elastisch gespeicherte Energie klein ist. Der Bruchvorgang ist weder
von einer Belastungsgeschwindigkeit noch der Dauer der Belastung
abhängig,
also zeitunabhängig.
Die Zerkleinerung erfordert einen geringen Energieaufwand.
Dagegen
ist bei visko-elastischem Materialverhalten der Zerkleinerungsvorgang
zeitabhängig,
das Material kriecht und relaxiert. Beispiele für visko-elastische Stoffe sind
thermoplastische Kunststoffe. Der spezifische Arbeitsaufwand bis
zum Bruch ist groß,
während
die elastisch im Inneren der Partikel gespeicherte Energie mit der
Zeit in Wärme
umgesetzt werden kann. Sehr kurze Beanspruchungszeiten, insbesondere
unterhalb der Relaxationszeit des Materials, führen zur Versprödung, das
heißt
geringere Verformung und entsprechend höhere Bruchspannung sowie großem elastischem
Energieanteil bei kleinerer spezifischer Brucharbeit. Den gleichen
Effekt erreicht man durch Temperaturerniedrigung, was beispielsweise
bei der Kaltzerkleinerung von Gummi, Kautschuk und ähnlichen
Materialien genutzt wird.
Materialien
mit unterschiedlichem Zerkleinerungsverhalten erfordern somit jeweils
spezifische Bedingungen beim Zerkleinern. Zu diesen Bedingungen
gehören
insbesondere die eingesetzten Mahlwerkzeuge. Unter dem Begriff „Mahlwerkzeug" wird das Mahlgefäß mit den
Mahlkugeln verstanden.
In
Kugelmühlen
werden Mahlkörper
aus unterschiedlichen Materialien zur Zerkleinerung eingesetzt. Mahlgefäße und Kugeln
werden in verschiedenen Materialien angeboten, damit Verunreinigungen
des Mahlguts durch unerwünschten
Abrieb von Mahlwerkzeugen vermieden werden können. Darüber hinaus eignen sich bestimmte
Werkstoffe für
die Mahlwerkzeuge bevorzugt zur Zerkleinerung von Mahlgut mit bestimmtem Materialverhalten.
In Tabelle 1 sind beispielhaft einige Werkstoffe im Hinblick auf
ihre Einsatzfähigkeit
für das Zerkleinern
von Mahlgut in Kugelmühlen
zusammen gestellt.
Der
in Tabelle 1 gezeigte Überblick
zeigt, dass beispielsweise mit Hartmetall-Wolframkarbid-Mahlkugeln
infolge der sehr hohen Dichte besonders hohe Werte für die kinetische
Energie erzeugt werden können. Derartige
Mahlwerkzeuge sind daher bevorzugt für die Zerkleinerung von abrasiven
Proben mit linear-elastischem Materialverhalten geeignet. Infolge
der hohen eingetragenen Mahlenergie kann das Mahlgut jedoch schnell
sehr warm werden. Temperatur-empfindliches Mahlgut muss daher bei
niederigeren Geschwindigkeiten oder mit Mahlwerkzeugen geringerer
Dichte zerkleinert werden. Die Gefahr einer Erwärmung ist bei Mahlgut mit gummi-elastischen
oder visko-elastischem
Materialverhalten besonders groß.
Abhängig
von der Dichte der verwendeten Mahlwerkzeuge kann die kritische
Temperatur des Mahlgutes unterschiedlich schnell erreicht werden.
Gummi-elastische
Stoffe können
besonders gut beispielsweise mit Mahlwerkzeugen aus beispielsweise
Sinterkorund oder Zirkonoxid bei mittleren Geschwindigkeiten zerkleinert
werden, da dann durch die spezielle Oberfläche dieser keramischen Werkzeuge
eine zusätzliche
reibende Beanspruchung des Mahlgutes erzeugt werden kann. Bei hohen
Drehzahlen einer Kugelmühle
könnte
die Mahlung mit Achat und Keramikmahlwerkzeugen sogar zur Zerstörung der
Mahlwerkzeuge selbst führen.
Sind
die Mahlgefäße zum Betrieb
in die Kugelmühle
eingesetzt, sind die Mahlwerkzeuge und ihr Material für den Benutzer
teilweise nicht mehr zu erkennen. Der Benutzer der Mühle kann
eine nicht zum eingesetzten Mahlwerkzeug passende Drehzahl wählen, beispielsweise
durch eine fehlerhafte Eingabe der Drehzahl oder weil er nicht weiß, dass
die Mühle
bei bestimmten Drehzahlen nicht betrieben werden sollte. Dadurch besteht
die Gefahr, dass die Kugelmühle
bei Betriebsparametern, für
welche die Mahlwerkzeuge nicht geeignet sind, betrieben wird und
es zu Schädigungen
der Mahlwerkzeuge kommt.
Es
ergibt sich daraus eine Aufgabe der Erfindung, einen sicheren Betrieb
der Kugelmühle
zu ermöglichen.
Zudem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, Fehlbedienungen
der Kugelmühle
zu vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin,
einen einfachen Betrieb der Kugelmühle zu ermöglichen.
Diese
Aufgaben werden auf überraschend
einfache Weise gelöst
mit einer Kugelmühle
und einem Verfahren zum Steuern einer Kugelmühle gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Die
Erfindung stellt eine Kugelmühle,
insbesondere eine Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle, im
Labormaßstab
zur Verfügung
mit einem Gehäuse,
einer Trägervorrichtung,
die am Gehäuse
um eine Zentrumsachse drehbar gelagert ist, zumindest eine Aufnahmevorrichtung
für zumindest
ein Mahlgefäß, die um
eine Aufnahmeachse drehbar zur Trägervorrichtung gelagert ist
und von dieser um die Zentrumsachse mitgeführt wird, einem Antrieb für die Trägervorrichtung,
einem Antrieb für
die Aufnahmevorrichtung, zumindest einem mit Mahlkugeln befüllbaren
Mahlgefäß, welches
einen Mahlbecher und einen Deckel zum lösbaren Verschließen des
Mahlbechers umfasst, wobei das Mahlgefäß in der Aufnahmevorrichtung
gehalten wird, wenn es in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt ist,
und wobei das Mahlgefäß zumindest
ein auslesbares Speichermittel umfasst, auf welchem zumindest eine
Information über
das Mahlgefäß, insbesondere über das
Volumen und/oder die Materialeigenschaften und/oder über die
Masse, beispielsweise über
die Nettomasse, und/oder über
die maximale Drehzahl des Mahlgefäßes gespeichert ist, und die
Kugelmühle
eine ortsfeste Leseeinrichtung zum Auslesen der zumindest einen
Information aus dem auslesbaren Speichermittel aufweist, wenn das Mahlgefäß in die
Aufnahmevorrichtung der Kugelmühle
eingesetzt ist, und eine Steuereinrichtung, welche den Betrieb der
Kugelmühle
unter Ansprechen auf die ausgelesene Information steuert, umfasst.
Unter
dem Begriff „Maximalgeschwindigkeit" wird dabei die höchste mögliche Geschwindigkeit
verstanden, bei deren Überschreiten
das Material der Mahlwerkzeuge, insbesondere des Mahlbechers, durch
zu hohen Eintrag kinetischer Energie beim Betrieb der Mühle beschädigt wird.
Die
Steuereinrichtung trägt
gemäß der Erfindung
im Betrieb zum Vermitteln der ausgelesenen Information an den Antrieb
der Trägervorrichtung
und/oder der Aufnahmevorrichtung bei. Die erfindungsgemäße Kugelmühle ist
durch das auslesbare Speichermittel, die Leseeinrichtung und die
Steuereinrichtung vorteilhafterweise dazu ausgebildet, auf dem Speichermittel
gespeicherte Informationen über
das Mahlgefäß beim Einstellen
der Betriebsparameter einer Kugelmühle im Mahlprozess zu berücksichtigen.
Insbesondere wird durch die Erfindung das automatische Einstellen
eines für
das im jeweiligen Anwendungsfall eingesetzte Mahlgefäß maximal
zulässigen
Wertes für
die Drehzahl im Betrieb mit Hilfe des auslesbaren Speichermittels,
der Leseeinrichtung und der Steuereinrichtung ermöglicht.
Indem auf dem auslesbaren Speichermittel unkritische Werte für das jeweilige
Mahlgefäß gespeichert
werden, können
im Rahmen der Erfindung die Betriebsparameter der Kugelmühle in Abstimmung
auf die für
das jeweilige Mahlwerkzeug unkritischen Wertbereiche festgelegt
werden.
Die
Erfindung ermöglicht
also eine Limitierung der Drehzahl der Kugelmühle. Die Betriebsparameter der
Kugelmühle
werden vorteilhafterweise im Hinblick auf das zu erzielende Zerkleinerungsergebnis
nicht nur an die Zielpartikelgrößenverteilung
und den dafür
erforderlichen volumenbezogenen Energieeintrag in das Mahlgut, sondern
auch an die eingesetzten Mahlwerkzeuge angepaßt. So wird eine Möglichkeit
geschaffen, beim Einstellen der Betriebsparameter einer Kugelmühle im Mahlprozess
zu berücksichtigen,
welche Mahlwerkzeuge gerade verwendet werden. Insbesondere erfolgt
ein automatisches Einstellen eines für das im jeweiligen Anwendungsfall
eingesetzte Mahlgefäß maximal
zulässigen
Wertes für
die Drehzahl zu ermöglichen.
In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kugelmühle Mittel
zur drahtlosen Datenübertragung
zum Auslesen der Information. Im Betrieb der Kugelmühle wird
zwischen dem auslesbaren Speichermittel und der Leseeinrichtung
eine Verbindung zum Übertragen
der Information aufgebaut, welche zumindest teilweise drahtlos ist.
So ist die Kugelmühle
vorteilhafterweise trotz der Drehbewegungen des das auslesbare Speichermittel
tragenden Mahlgefäßes um die
Aufnahmeachse und die Zentrumsachse einfach konstruiert.
Im
Rahmen der Erfindung ist des Weiteren vorgesehen, dass das auslesbare
Speichermittel einen Chip und eine erste Antenne umfasst. Die Kugelmühle umfasst
eine zweite Antenne, wobei im Betrieb der Kugelmühle zwischen den Antennen Funksignale
benutzt werden, um Informationen zu übertragen. So wird über Funk
die Information aus dem auslesbaren Speichermittel über eine
drahtlose Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Antenne übermittelt.
Als
auslesbares Speichermittel wird in einer bevorzugten Ausgestaltung
ein Transponder, das heißt ein
Empfangssendegerät,
das nach dem Abfrage-Antwort-System arbeitet, eingesetzt. Ein vom
Transponder empfangenes Abfragesignal wird nach Informationen des
Abfragenden ausgewertet. Daraufhin wird automatisch ein für den Abfragenden
bestimmtes Antwortsignal mit der gewünschten Information generiert,
das beim Abfragenden ausgewertet wird.
Die
Erfindung sieht insbesondere vor, RFID-Transponder zu verwenden.
RFID (Radio Frequency Identification) bietet vorteilhafterweise
die Möglichkeit,
Daten berührungslos
und ohne Sichtkontakt lesen und speichern zu können. Der Transponder wird
auch als RFID-Etikett, -Chip oder -Tag bezeichnet. Außer dem
Transponder verwendet die RFID-Methode
eine Sende-Empfangs-Einheit, die im Rahmen der Erfindung durch die Leseeinrichtung
zur Verfügung
gestellt wird. Auf dem Chip des RFID-Transponders werden Daten im
Rahmen der Erfindung zumindest eine Information über das Mahlgefäß, gespeichert.
Das Auslesen beziehungsweise Schreiben der Information wird per
Radiowellen vorgenommen, wobei bei niedrigen Frequenzen induktiv über ein
Nahfeld und bei höheren
Frequenzen über
ein elektromagnetisches Fernfeld gearbeitet werden kann.
Die
Entfernung, über
die ein RFID-Transponder ausgelesen werden kann, schwankt in Abhängigkeit von
benutztem Frequenzband, Sendestärke
und Umgebungseinflüssen
zwischen wenigen Zentimetern bis einigen Hundert Metern. Im Rahmen
der Erfindung können
für das
auslesbare Speichermittel unterschiedliche RFID-Transponder eingesetzt
werden. Insbesondere sieht die Erfindung vor, einen Transponder
gemäß dem HITAG
S-Standard zu verwenden. Für
das auslesbare Speichermittel kommen jedoch auch andere Transponder,
zum Beispiel gemäß HITAG
1, HITAG 2, EM 4x02, EM 4x50 und ISO FDXB-Transponder in Frage.
Als
Leseeinrichtung wird beispielsweise das ACG 125 kHz Multitag Reader
Module des Unternehmens ACG Identification GmbH eingesetzt. In einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Leseeinrichtung
eine serielle Schnittstelle, beispielsweise vom Typ RS232, über welche
eine Verbindung zu weiteren Einrichtungen, beispielsweise zu einem
PC, hergestellt werden kann.
Das
auslesbare Speichermittel kann gemäß der Erfindung am Mahlbecher
oder am Deckel des Mahlgefäßes angebracht
sein. Auf besonders einfache Weise kann die erfindungsgemäße Kugelmühle konstruiert werden,
indem das auslesbare Speichermittel am Deckel des Mahlgefäßes angebracht
ist. Der Datenaustausch über
die zweite Antenne und die Leseeinrichtung ist bei dieser Anordnung
zuverlässig
sichergestellt, da im Bereich des Deckels des Mahlgefäßes im wesentlichen
keine abschirmenden weiteren Komponenten der Kugelmühle angeordnet
sind, welche die Verbindung von der Leseeinrichtung zum auslesbaren
Speichermittel stören
könnten.
In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, das
auslesbare Speichermittel mit der Außenseite des Deckels über ein
dielektrisches Material zu verbinden. Das dielektrische Material
kann insbesondere einen Klebstoff umfassen und hat einer Dicke von
zumindest 2 mm gemessen senkrecht zur Außenseite des Deckels. Eine
derartige Klebschicht kann die Funktion eines elektromagnetischen
Isolators ausüben
und so ein besonders zuverlässiges
Auslesen des Speichermittels ermöglichen.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Deckel ein metallisches
Material, insbesondere Stahl, umfasst.
Aus
einem metallischen Material, wie beispielsweise Stahl, können fertigungstechnisch
auf einfache Weise die für
das Zusammenwirken mit anderen Bauteilen der Kugelmühle erforderlichen äußeren Gestaltungen
der Komponenten, wie beispielsweise des Deckels, hergestellt werden.
Zudem bietet ein metallisches Material mit seiner relativ geringen
Sprödigkeit
und vorhandenen Elastizität
einen Schutz gegen mechanische Beanspruchung bei der Handhabung
der Mahlgefäße. Aufgrund
der immer höheren
Anforderungen an die Mahlwerkzeuge ist eine Funktionstrennung vorteilhaft,
durch welche für
den direkten Kontakt des Mahlwerkzeugs mit dem Mahlgut ein Material,
wie eines derjenigen in Tabelle 1 zusammen gestellten, vorgesehen
ist, für
die äußere Formgebung
den oben erläuterten
mechanischen Schutz für
Belastungen bei der Handhabung, jedoch auch ein kostengünstigeres
und leicht zu bearbeitendes Material, wie Metall, eingesetzt wird.
Dementsprechend
sieht die Erfindung in einer vorteilhaften Weiterbildung vor, dass
der Deckel mehrteilig ausgebildet ist und zumindest einen nichtmetallischen
Teil umfasst. Beispielsweise kann der Deckel eine Fassung aus Stahl
aufweisen, in welcher an einer Position, die bei Verbindung des
Deckels mit dem Mahlbecher zur Innenseite des Mahlbechers hin zeigt,
ein Einsatz des entsprechenden Mahlwerkzeugmaterials angebracht
ist. Des weiteren sieht die Erfindung vor, dass der Deckel mit einem nichtmetallischen
Aufsatz versehen wird, der zur Aufnahme des auslesbaren Speichermittels
dient. Der Deckel umfasst in einer bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung einen Halter aus einem dielektrischen Material, insbesondere
aus Kunststoff, wobei das auslesbare Speichermittel an dem Halter
beabstandet von dem Deckel befestigt ist.
Darüber hinaus
kann ein solcher nichtmetallischer Aufsatz derart gestaltet sein,
dass er als Griff für den
Deckel verwendet werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung umfasst der Deckel einen Griff, welcher ein dielektrisches
Material, insbesondere einen Kunststoff, aufweist, wobei das auslesbare
Speichermittel an dem dielektrischen Material des Griffs angebracht
ist. Der Griff ist in einer vorteilhaften Weiterbildung als Kunststoffknauf
ausgebildet, welcher am Deckel verklebt und/oder verschraubt ist
und auf seiner Oberseite den Chip beziehungsweise das auslesbare
Speichermittel trägt.
In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das auslesbare
Speichermittel an einem nichtmetallischen Teil des Deckels angebracht.
Beispielsweise kann der Chip auf die Außenseite des Deckels aufgeklebt,
insbesondere mittig auf dem Deckel positioniert sein. Grundsätzlich ist
auch ein Anbringen des auslesbaren Speichermittels an dem Becher,
beispielsweise an dessen Außenseite
möglich.
Das
Gehäuse
der Kugelmühle
dient zur Aufnahme zumindest eines Teils des Antriebs und der Mahlwerkzeuge,
sowie Einbauvorrichtungen für
die Mahlwerkzeuge. Der Raum innerhalb des Gehäuses wird auch als Mahlraum
bezeichnet. Um im Betrieb der Kugelmühle die auf dem auslesbaren
Speichermittel gespeicherten Informationen auslesen zu können, wird
von der Leseeinrichtung über
die zweite Antenne eine Verbindung zum auslesbaren Speichermittel aufgebaut.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Antenne
ortsfest an der Kugelmühle,
insbesondere im Mahlraum, in einem definierten Abstand xAntenne zu der Ebene, in welcher sich im
Betrieb der Kugelmühle
das auslesbare Speichermittel des Mahlgefäßes oder der Mahlgefäße bewegt,
angebracht.
Im
Rahmen der Erfindung können
die zweite Antenne und/oder die Leseeinrichtung mit zweiter Antenne
je nach Bauart der Kugelmühle
und je nach Anwendungsfall spezifisch angeordnet werden. Neben der
Anordnung von zweiter Antenne und/oder Leseeinrichtung mit zweiter
Antenne im Mahlraum kann beispielsweise die Leseeinrichtung auch
außerhalb
des Mahlraums angebracht sein, um im Inneren eine Platzersparnis
zu erreichen.
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Leseeinrichtung
in einem vorbestimmten Abstand zu der Ebene, in der sich das Mahlgefäß oder die
Mahlgefäße drehen,
angeordnet. Insbesondere ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen,
dass die Leseeinrichtung am Deckel der Kugelmühle positioniert ist. Vorteilhafterweise
sitzt die Leseeinrichtung dabei im Abstand xAntenne oberhalb
der Rotationsebene des auslesbaren Speichermittels. Bei den verwendeten
Empfängern
für die
Funksignale ist teilweise die Reichweite kurz, so dass die Leseeinrichtung
im Deckel vorteilhafterweise nah an der Ebene, in welcher das auslesbare
Speichermittel rotiert, angeordnet ist.
Je
nachdem, bei welcher Frequenz die Verbindung zwischen Leseeinrichtung
und dem Speichermittel aufgebaut wird, kann der Abstand xAntenne in einem geeigneten Wertebereich
gewählt
werden. Für
die Verwendung von Frequenzen von beispielsweise 125 kHz beziehungsweise
134,2 kHz oder 13,56 MHz sieht die Erfindung vor, dass der Abstand
xAntenne einen Wert im Bereich von kleiner
oder gleich 60 mm, bevorzugt 30 mm ± 20 mm, aufweist.
Um
bei jeder Mahlung die Möglichkeit
des Betriebs der Kugelmühle
bei vom Benutzer individuell gewünschten
Betriebsparametern zur Verfügung
zu stellen, umfasst die Kugelmühle
in einer vorteilhaften Weiterbildung eine Eingabeeinrichtung. Über die
Eingabeeinrichtung kann der Benutzer einen Wert für zumindest einen
Betriebsparameter eingeben, insbesondere einen Wert für die Drehzahl
n und/oder einen Wert für
die Maximalgeschwindigkeit und/oder einen Wert für die Mahldauer und/oder einen
Wert für
die Anzahl und/oder die Dauer von Mahlpausen und/oder einen Wert
für den
Zeitraum zwischen zwei Mahlpausen und/oder einen Wert für die Anzahl
von Wiederholungen und/oder zur Durchführung zumindest einer Drehrichtungsumkehr.
Durch
das Vorgeben einer Anzahl von Wiederholungen kann die Kugelmühle derart
betrieben werden, dass nach dem Durchlauf einer Mahlung mit eingestellten
Parametern ein erneuter Mahlzyklus beginnt, und zwar so oft, wie
nach der Anzahl von Wiederholungen vorgesehen ist. Durch Vorsehen
von zumindest einer Drehrichtungsumkehr während eines Mahlvorgangs wird
die Drehrichtung der Trägervorrichtung
geändert, was
insbesondere beim mechanischen Legieren die Homogenität des im
Mahlgefäß behandelten
Mediums verbessert.
Gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, dass die Eingabeeinrichtung Mittel zur Intervallvorgabe
umfasst, welche im Betrieb unter Ansprechen auf die ausgelesene
Information automatisch ein Intervall (Wunten;
Woben) für
einen Wert W für
zumindest einen Betriebsparameter vorgeben. Dadurch wird dem Benutzer
erlaubt, zumindest einen Wert W für den Betriebsparameter größer oder
gleich Wunten und kleiner oder gleich Woben auszuwählen. Somit stellt die Erfindung
in vorteilhafter Weise eine Möglichkeit
zur Verfügung,
durch Vorgeben eines Intervalls für die im Betrieb eingestellten
Werte des Betriebsparameters den Betrieb bei Werten außerhalb von
aus Gründen
der Sicherheit beziehungsweise Belastbarkeit der eingesetzten Materialien
von vornherein unterbinden zu können.
In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vermittelt die Steuereinrichtung
die zumindest eine ausgelesene Information an die Eingabeeinrichtung,
insbesondere an die Mittel zur Intervallvorgabe. Damit stellt die
Erfindung vorteilhafterweise eine Möglichkeit zur Verfügung, den
für den
Betrieb erlaubten Bereich von Werten für Betriebsparameter, abgestimmt
auf die Eigenschaften des Mahlgefäßes, vorzugeben.
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung regelt oder steuert die
Steuereinrichtung den Antrieb zumindest der Trägervorrichtung mit der Drehzahl
n. Der Begriff „Steuereinrichtung" umfasst im Sinne
der Erfindung auch eine Einrichtung zum Einstellen sowie eine Einrichtung
zum Regeln des Antriebs.
Die
Kugelmühle
umfasst vorteilhafterweise einen Regelkreis zum Beeinflussen der
Drehzahl n. Die Drehzahl wird dabei fortlaufend von einer Messeinrichtung
erfasst. Die gemessenen Istwerte werden mit dem vorgegebenen Sollwert
verglichen. Der Regelkreis umfasst des Weiteren zumindest ein Stellglied,
um auf die Drehzahl einzuwirken und diese dem Sollwert anzugleichen.
Im Rahmen der Erfindung kann auch eine Steuerung für die Drehzahl
n vorgesehen werden, um eine einfachere Handhabung durch Verzicht
auf den Vergleich der Istwerte mit dem Sollwert zur Verfügung zu
stellen.
Die
Steuereinrichtung bietet vorteilhafterweise die Möglichkeit,
ein Einhalten der gewünschten
Drehzahl n im Betrieb sicherzustellen. Die Steuereinrichtung vermittelt
dabei die zumindest eine ausgelesene Information an den Antrieb
der Kugelmühle,
insbesondere an den Antrieb der Trägervorrichtung. Damit bietet
die Erfindung vorteilhafterweise die Möglichkeit, in das Steuern beziehungsweise
Einstellen beziehungsweise Regeln des Antriebs zumindest der Trägervorrichtung
die zumindest eine ausgelesene Information über Eigenschaften des Mahlgefäßes mit
einzubeziehen.
Die
Erfindung sieht des Weiteren vor, dass die Kugelmühle eine
Speichereinrichtung umfasst. Die Speichereinrichtung stellt zumindest
einen Speicherplatz für
einen Wert für
einen Betriebsparameter und/oder einen Mahlablauf bereit. Unter
dem Begriff „Mahlablauf" wird die jeweilige
Betriebsweise für
den Mahlvorgang verstanden. Ein Mahlablauf kann zum Beispiel das
Mahlen bei konstanter Drehzahl über
einen bestimmten Zeitraum vorsehen. Ein Mahlablauf kann jedoch auch
den Betrieb bei verschiedenen Drehzahlen über bestimmte zeitliche Intervalle
vorsehen, welche beispielsweise durch Mahlpausen unterbrochen werden
können. Ebenso
sind im Rahmen der Erfindung Mahlabläufe als Kombination verschiedener
Betriebsparameter bei jeweils unterschiedlichen Werten vorgesehen.
Um
einen Wert für
zumindest einen Betriebsparameter in einem Speicherplatz bereit
zu stellen, kann ein entsprechender Wert zu einem beliebigen Zeitpunkt
vorab in einem vorbereitenden Verfahrensschritt gespeichert werden
oder vom Benutzer jeweils unmittelbar für den anstehenden Mahlvorgang
eingegeben werden. Der bereit gestellte Wert wird in der Speichereinrichtung
zur Weiterverarbeitung zur Verfügung
gestellt. Insbesondere kann ein Wert für einen Betriebsparameter als
ein Mahlablauf unter Ansprechen auf das Eingeben eines Wertes für den zumindest
einen Betriebsparameter bereit gestellt werden.
In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kugelmühle eine
Weitergabeeinrichtung. Die Weitergabeeinrichtung übermittelt
zumindest einen Wert für
einen Betriebsparameter von der Speichereinrichtung an die Steuereinrichtung.
Dazu ist die Weitergabeeinrichtung derart ausgebildet, dass sie
Werte für
Betriebsparameter und/oder Mahlabläufe aus einem Speicher auslesen
kann. Die zumindest eine ausgelesene Information wird dann an die
Steuereinrichtung unter Ansprechen auf die Wahl zumindest eines Mahlablaufs
und/oder zumindest eines Wertes für zumindest einen Betriebsparameter
signalisiert. Mit Hilfe der Weitergabeeinrichtung können somit
vorteilhafterweise Inhalte aus der Speichereinrichtung zum Verarbeiten in
der Steuereinrichtung verfügbar
gemacht werden.
Die
Erfindung bietet ferner vorteilhafterweise die Möglichkeit, beim Herstellen
des Mahlgefäßes mit dem
zumindest einen auslesbaren Speichermittel und dessen Programmierung
mit einer Information über
das Mahlgefäß nicht
zwingend bereits die zulässige
Maximaldrehzahl nmax eines Mahlgefäßes angeben
zu müssen, sondern
je nach Kugelmühle
jeweils spezifisch aus mahlgefäßspezifischen
Informationen einen für
die jeweilige Anwendung charakteristischen Wert für die zulässige Maximaldrehzahl
nmax zu ermitteln.
Je
nach Kugelmühle
sind mühlenspezifische
Informationen wie beispielsweise der Abstand des Mahlgefäßes zur Zentrumsachse
und/oder zur Aufnahmeachse, welcher eine Komponente der Umfangsgeschwindigkeit
des Mahlgefäßes bestimmt,
in der Mühle
gespeichert. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Kugelmühle,
insbesondere die Steuereinrichtung, eine Auswerteeinrichtung zum
Bilden eines Wertes für
die zulässige
Maximaldrehzahl nmax aus der zumindest einen
ausgelesenen Information umfasst. Die Auswerteeinrichtung verwendet
mühlenspezifische
Informationen, um in Kombination der mühlen- und der mahlgefäßspezifischen
Information eine Betriebsparametervorgabe zu ermitteln.
In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Kugelmühle,
insbesondere die Steuereinrichtung, eine Abfrageeinrichtung umfasst.
Die Abfrageeinrichtung überprüft, ob die
Drehzahl n kleiner oder gleich der zulässigen Maximaldrehzahl nmax ist. Mit Hilfe der Abfrageeinrichtung
kann die erfindungsgemäße Kugelmühle die
vom Benutzer gewünschte
Drehzahl n mit der für
das jeweilige Mahlgefäß zulässigen Maximaldrehzahl
nmax in Beziehung setzen. Dadurch kann je
nachdem, ob die Drehzahl n kleiner oder gleich der zulässigen Maximaldrehzahl
nmax oder größer als die zulässige Maximaldrehzahl
nmax ist, auf den Antrieb der Trägervorrichtung
eingewirkt werden. So wird ein Antrieb mit höchstens der Maximaldrehzahl
nmax sichergestellt.
Die
Leseeinrichtung, die Steuereinrichtung, die Speichereinrichtung,
die Weitergabeeinrichtung, die Eingabeeinrichtung, die Auswerteeinrichtung
und die Abfrageeinrichtung sind im Rahmen der Erfindung jeweils
mit zumindest einer der genannten anderen Einrichtungen verbunden,
insbesondere mit einer Verbindungsleitung, die zur Übertragung
von Informationen geeignet ist.
Die
Erfindung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch für eine sogenannte
Monomühle,
wie sie beispielsweise im Patent
DE
197 12 905 beschrieben wird, zum Einsatz kommen. Die Beschreibung
der Monomühle
in der Patentschrift
DE 197
12 905 wird durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Beschreibung
aufgenommen.
Gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, dass die Kugelmühle
eine Masseausgleichseinrichtung umfasst, welche an der Trägervorrichtung
vorgesehen ist, und – gesehen
vor der Zentrumsache aus – der
zumindest einen Aufnahmevorrichtung gegenüber angeordnet ist. Die Masseausgleichseinrichtung
bildet ein Gegenträgheitsmoment
relativ zur Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß. Sie weist eine verschiebbare
Ausgleichsmasse zur Veränderung
des Gegenträgheitsmoments
auf, wobei unterschiedliche Massen der Aufnahmevorrichtung mit dem
jeweils eingesetzten Mahlgefäß mittels
der Verschiebung der Ausgleichsmasse ausgleichbar sind. Die Kugelmühle umfasst
dazu eine Verschiebeeinrichtung. Mit der Verschiebeeinrichtung wird
die Ausgleichsmasse unter Ansprechen auf das Auslesen von zumindest
einer Information, insbesondere auf das Auslesen der Masse des Mahlgefäßes, aus
dem auslesbaren Speichermittel automatisch verschoben. In Abhängigkeit
von der Masse des Mahlgefäßes kann
somit eine Einstellung des Gegenträgheitsmoments vorteilhafterweise
automatisch durch das Verschieben einer Ausgleichsmasse vorgenommen
werden.
In
einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kugelmühle zumindest
eine Waage, welche derart angeordnet ist, dass das Gewicht des befüllten Mahlgefäßes im betriebsbereiten
Zustand bestimmt werden kann. Dieses bestimmte Gewicht wird dann
als Information zum Einstellen des Gegenträgheitsmoments verwendet.
Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Mahlgefäß für eine Kugelmühle, wie
sie oben beschrieben wurde, welches einen Mahlbecher und einen Deckel
sowie zumindest ein auslesbares Speichermittel umfasst, welches
insbesondere am Mahlbecher oder am Deckel angebracht ist, wobei
auf dem auslesbaren Speichermittel zumindest eine mahlgefäßspezifische
Information, insbesondere über
das Volumen und/oder die Materialeigenschaften und/oder über die
Masse, insbesondere über
die Nettomasse, und/oder über
die Maximaldrehzahl des Mahlgefäßes speicherbar
ist. Mit dem erfindungsgemäßen Mahlgefäß können insbesondere
vorhandene Kugelmühlen
nachgerüstet
werden, in welchen eine Leseeinrichtung und einen zweite Antenne
vorgesehen werden und die ausgelesenen Informationen bei der Steuerung
beziehungsweise Einstellung beziehungsweise Regelung des Antriebs
der Kugelmühle
berücksichtigt
werden.
Die
Erfindung stellt zudem ein Verfahren zum Steuern einer Kugelmühle mit
einem Mahlgefäß, wie sie oben
beschrieben wurde, mit folgenden Schritten zur Verfügung:
- a) Eingeben einer Drehzahl n durch den Benutzer,
- b) Auslesen von zumindest einer Information aus dem auslesbaren
Speichermittel jedes Mahlgefäßes durch
eine Leseeinrichtung,
- c) automatisches Bilden eines Wertes für die zulässige Maximaldrehzahl nmax aus der zumindest einen ausgelesenen
Information,
- d) automatisches Überprüfen, ob
die Drehzahl n kleiner oder gleich der zulässigen Maximaldrehzahl nmax ist, und
- e) wenn die Drehzahl n kleiner oder gleich der zulässigen Maximaldrehzahl
nmax ist: Antreiben der Kugelmühle mit
der Drehzahl n.
Gemäß der Erfindung
kann dabei in einem vorbereitenden Verfahrensschritt zumindest ein
Mahlablauf in der Speichereinrichtung abgelegt werden. Dieser vorbereitende
Verfahrensschritt istmahlvorgangsübergreifend, das heißt, er kann
zwar, muß aber
nicht vor jedem Mahlvorgang durchgeführt werden. Beispielsweise kann
der Benutzer bei der Inbetriebnahme der Mühle für seine beabsichtigte Nutzung
spezifische Mahlabläufe speichern,
um sie nicht bei jeder Mahlung neu eingeben zu müssen.
Ein
Mahlablauf wird dabei durch einen Datensatz abgebildet, welcher
zumindest einen Wert für
zumindest einen Betriebsparameter umfasst. Die Speichereinrichtung
ist somit gemäß der Erfindung
vorteilhafterweise individuell für
die typischen Anwendungsfälle
des Benutzers programmierbar.
In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in Schritt
a) zumindest noch ein weiterer Wert für zumindest einen Betriebsparameter
und/oder zumindest einen Mahlablauf vorgegeben, und in Schritt b) werden
zumindest eine Information aus dem auslesbaren Speichermittel eines
jeden Mahlgefäßes und
der zumindest eine in Schritt a) vorgegebene Wert und/oder der zumindest
eine in Schritt a) vorgegebene Mahlablauf aus der Speichereinrichtung
ausgelesen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können daher
sowohl Parameter, welche auf dem auslesbaren Speichermittel des
Mahlgefäßes zur
Verfügung
gestellt werden, als auch vom Benutzer vorgegebene und insbesondere
in der Speichereinrichtung abgelegte Werte für die Betriebsweise der Kugelmühle je nach
Anwendungsfall herangezogen werden.
Wenn
die in Schritt a) vorgegebene Drehzahl n größer als die zulässige Maximaldrehzahl
nmax ist, wird gemäß der Erfindung vorteilhafterweise
die Drehzahl n zumindest auf den Wert nmax verringert.
Das Verringern einer Drehzahl auf zumindest den Wert nmax erfolgt
gemäß der Erfindung
bevorzugt automatisch auf das Ergebnis der Abfrage hin, ob die vorgegebene
Drehzahl n kleiner oder gleich der zulässigen Maximaldrehzahl ist,
wenn dieses negativ ausfällt,
die vorgegebene Drehzahl n also größer als die zulässige Maximaldrehzahl ist.
Um
das erfindungsgemäße Verfahren
an unterschiedliche Anwendungsfälle
anpassen zu können
und die Kugelmühle
variabel in einem sehr breiten Anwendungsbereich nutzen zu können, ist
in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen, dass in Schritt c) ein Wert für die zulässige maximale Mahldauer tMahl_max und/oder ein Wert für die erforderliche
Anzahl nPause von Mahlpausen und/oder zumindest
ein Wert für
die Dauer zumindest einer Mahlpause tPause und/oder
zumindest ein Wert den Abstand ΔtPause zwischen zwei Pausen und/oder zumindest
ein Wert für
die Anzahl N von Wiederholungen und/oder zumindest eine Information über die
Durchführung
einer Drehrichtungsumkehr gebildet wird.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
die Drehzahl nmax und/oder die zulässige maximale
Mahldauer tMahl_max und/oder die erforderliche
Anzahl nPause von Mahlpausen und/oder die Dauer
zumindest einer Mahlpause tPause und/oder
der Abstand ΔtPause zwischen zwei Pausen und/oder die Anzahl
N von Wiederholungen und/oder die Information über die Durchführung einer
Drehrichtungsumkehr unter Einbeziehung von benutzerdefinierten Parametern,
insbesondere der Anzahl und/oder Größe und/oder Material der Mahlkugeln
und/oder Materialeigenschaften des Mahlgutes, gebildet.
Im
Rahmen der Erfindung kann insbesondere auch auf Basis der ausgelesenen
Informationen beziehungsweise unter Einbeziehung von benutzerdefinierten
Parametern ein Wert für
die zulässige
Maximalgeschwindigkeit vmax des Mahlgefäßes, das
heißt
die Geschwindigkeit, bei deren Überschreiten
das Mahlgefäß durch
einen zu hohen Energieeintrag beschädigt würde, gebildet werden.
Wird
eine Kugelmühle
mit einer Massenausgleichseinrichtung, die eine verschiebbare Ausgleichsmasse
aufweist, und mit einer Verschiebeeinrichtung zum automatischen
Verschieben der Ausgleichsmasse verwendet, ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen, die Position der Ausgleichsmasse unter Ansprechen auf
das Auslesen zumindest einer Information, insbesondere auf das Auslesen
der Masse des Mahlgefäßes aus
dem auslesbaren Speichermittel einzustellen.
Im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann das Auslesen der Information aus dem auslesbaren Speichermittel
beziehungsweise das Beschreibenn des Speichermittels mit der im
Betrieb der Kugelmühle
auszulesenden Information je nach eingesetztem Typ des Chips und
der ersten Antenne bei sämtlichen bekannten
Frequenzen erfolgen. Insbesondere ist in einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass die Leseeinrichtung zumindest eine
Information aus dem auslesbaren Speichermittel eines jeden Mahlgefäßes bei
einer Frequenz von 125 kHz und/oder von 134,2 kHz und/oder bei 13,56
MHz ausliest.
Die
Erfindung sieht zudem die Verwendung eines RFID-Transponders in einem Verfahren zum
Steuern einer Kugelmühle,
wie es oben beschrieben wurde, vor, wobei auf einem Transponder
zumindest eine Information über
ein Mahlgefäß, insbesondere über das
Volumen und/oder die Materialeigenschaften und/oder über die
Masse und/oder über
die Maximaldrehzahl des Mahlgefäßes gespeichert
wird und eine Antenne sowie eine Leseeinrichtung zum Korrespondieren
mit dem Transponder bereit gestellt werden, so dass die zumindest
eine auf dem Transponder gespeicherte Information für eine Steuerung
der Kugelmühle
verfügbar
ist.