DE102006047481B4

DE102006047481B4 - Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab mit Druck- und Temperaturerfassung

Info

Publication number: DE102006047481B4
Application number: DE102006047481.3A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mutter; Markus Bund; Gerhard Bär; Egbert Huwer; Hermann Michel
Original assignee: Fritsch GmbH
Current assignee: Fritsch GmbH
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2023-02-09
Anticipated expiration: 2026-10-06
Also published as: DE102006047481A1

Abstract

Um das Durchführen von Zerkleinerungsprozessen in einer Kugelmühle unter definierten, vorgebbaren Prozessbedingungen, die den Zustand des Mahlgutes charakterisieren, unabhängig von Eingriffen durch den Benutzer zu ermöglichen und automatisch ein Ergebnis der Behandlung des Mahlgutes, welches mit charakteristischen Werten für Druck und/oder Temperatur des Mahlgutes zusammenhängt, unabhängig von der Menge des Mahlguts pro Mahlgefäß erzielen zu können, stellt die Erfindung eine Kugelmühle zur Verfügung, welche wenigstens einen Meßraum (501) umfaßt, welcher mit dem Innenraum (500) verbunden ist, und zumindest einen Meßwertaufnehmer (140) umfaßt, welcher im Meßraum (501) positioniert ist, wobei der Meßwertaufnehmer im Betrieb der Kugelmühle zumindest einen Meßwert des Zustands im Innenraum (500) des Mahlgefäßes, aufnimmt, wobei die Kugelmühle eine Steuereinrichtung (150) zum Steuern des Antriebs (17) der Trägervorrichtung (1) und eine Sendeeinrichtung (148) umfaßt, welche mit der Steuereinrichtung (150) und dem Meßwertaufnehmer (140) verbindbar ist, so daß im Betrieb der Kugelmühle der zumindest eine aufgenommene Meßwert für die Weiterverarbeitung in der Steuereinrichtung zur Verfügung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine eine Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer solchen Kugelmühle.
Eine Form von Kugelmühlen sind Rührwerkskugelmühlen. Eine Rührwerkskugelmühle ist in DE 29 32 783 A1 beschrieben. Sie weist einen Mahlbehälter und einen darin angeordneten Rotor mit vertikal stehender Drehachse auf. Das Mahlgut durchströmt den Mahlbehälter von unten nach oben, wobei es den Rotor passiert, wird dann von den Mahlkörpern getrennt und abgeführt. Die Rührwerkskugelmühle ist mit einem ersten Regelkreis für den Rührwerksmotorstrom ausgestattet und einem zweiten Regelkreis für die Kühlintensität in Abhängigkeit von der Temperatur im Mahlbehälter ausgestattet.
Weitere Formen von Kugelmühlen sind solche mit bewegten Mahlgefäßen.
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, wie sie in DE 1 836 885 U am Beispiel einer Planetenkugelmühle beschrieben werden, 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.
Bis heute sind die beim Mahlen von Pulvern oder Dispersionen im Einzelnen ablaufenden physikalischen und chemischen Prozesse weitgehend unbekannt. Werden Informationen zum Prozessverlauf eines Mahlvorgangs benötigt, so sind bisher Zwischenuntersuchungen erforderlich, um den Fortschritt des Zerkleinerungs-, Misch-, Aktivierungs-, Amorphisierungs- oder Phasenumwandlungsprozesses nachvollziehbar zu machen. Diese Untersuchungen werden außerhalb des Mahlgefäßes an Proben vorgenommen, deren Zustand dann selten mit den Zuständen des Pulvers oder der Dispersion während des eigentlichen Mahlvorgangs identisch ist. Daraus ergab sich die Anforderung, ein Messsystem zu entwickeln, das während der Mahlung aussagefähige Daten über den Zustand im Innern des Mahlgefäßes liefert.
Die Anmelderin hat hierzu ein Messsystem für den Druck und die Temperatur im Innern des Mahlgefäßes entwickelt. Das Erfassen auch sehr rascher und geringer Temperaturänderungen erfolgt durch die kontinuierliche und hochempfindliche Messung des Gasdrucks im Mahlbehälter. Der gemessene Gasdruck enthält nicht nur die Information über die Temperaturerhöhung aufgrund der Erwärmung des Mahlbehälters. Er beschreibt auch die Wechselwirkung des Gases mit den beim Mahlen geschaffenen Oberflächen, beispielsweise durch Adsorption und Desorption von Gasen, und berücksichtigt das gesamte Volumen des Mahlgutes und damit auch das Lösen und Freisetzen von Gasen während des Mahlens. Durch die Messung der Temperatur im Mahlgefäß wird eine sozusagen integrale Aussage zur Prozessgröße „Temperatur“ möglich, die die Wirkung aller Reib-, Stoß- und Umwandlungsprozesse berücksichtigt. Durch die Messung der Grunderwärmung des Systems kann auch der Einfluss der Temperatur auf den Gasdruck berücksichtigt werden.
Ein Nachteil eines reinen Messsystems für Gasdruck und Temperatur besteht darin, dass die Messwerte nur für den Benutzer durch Ablesen einer entsprechenden Anzeige zugänglich sind. Beobachtet der Benutzer, dass ein Messwert in einen seiner Erfahrung nach kritischen Bereich gelangt, ist der Benutzer bei dem Messsystem gezwungen, manuell in den Betrieb der Mühle einzugreifen, das heißt, die Mühle auszuschalten.
Insbesondere hohe Temperaturen können jedoch das Mahlgut bereits innerhalb von kurzer Zeit schädigen. Durch die Notwendigkeit für den Benutzer, permanent die entsprechende Anzeige zu beobachten, um dann manuell die Mahlung abzubrechen, besteht daher die Gefahr, dass das Mahlgut bereits geschädigt wurde, bevor es dem Mahlgefäß entnommen werden kann. Diese Betriebsweise ist zudem dann, wenn Mahlgut in mehreren Chargen unter gleichbleibenden, definierten Bedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur gemahlen werden soll, nachteilig.
Erfahrungen der Anmelderin mit einem Gasdruck- und Temperaturmesssystem haben gezeigt, dass bestimmte Vorgänge, die während der Behandlung des Mahlgutes in der Kugelmühle ablaufen, charakteristische Änderungen im Temperatur- beziehungsweise Druckverlauf, gemessen über die Zeit, mit sich bringen. Bei Anwendungen wie beispielsweise dem mechanischen Legieren ist mit dem Abschluss des Legiervorgangs ein charakteristischer Anstieg des Drucks verbunden. Bei derartigen Anwendungen ist es wünschenswert, die Kugelmühle nur so lange zu betreiben, bis das Ziel des Prozesses erreicht ist.
Es ergibt sich daher eine Aufgabe der Erfindung, das Durchführen von Zerkleinerungs-, Misch-, Aktivierungs-, Amorphisierungs- oder Phasenumwandlungsprozessen unter definierten, vorgebbaren Prozessbedingungen, die den Zustand des Mahlgutes charakterisieren, unabhängig von Eingriffen durch den Benutzer zu ermöglichen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, automatisch ein Ergebnis der Behandlung des Mahlgutes in der Kugelmühle, welches mit charakteristischen Werten für Druck und/oder Temperatur des Mahlgutes zusammenhängt, unabhängig von der Menge des Mahlguts pro Mahlgefäß erzielen zu können.
Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung gelöst mit einer Kugelmühle und einem Verfahren zum Steuern einer Kugelmühle gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung schafft eine Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab mit einem Gehäuse, einer Trägervorrichtung, die am Gehäuse um eine Zentrumsachse drehbar gelagert ist, zumindest einer 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 und einem Antrieb für die Aufnahmevorrichtung. Die Kugelmühle hat zumindest ein Mahlgefäß, welches einen Mahlbecher und einen Deckel zum lösbaren Verschließen des Mahlbechers umfasst. Das Mahlgefäß wird in der Aufnahmevorrichtung gehalten, wenn es in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt ist. Das Mahlgefäß weist einen mit Mahlgut und insbesondere mit Mahlkugeln befüllbaren Innenraum auf und umfaßt wenigstens einen Meßraum, welcher zumindest dann, wenn der Mahlbecher mit dem Deckel verschlossen ist, mit dem Innenraum verbunden ist. Das Mahlgefäß umfaßt weiter zumindest einen Meßwertaufnehmer, welcher im Meßraum positionierbar ist. Im Betrieb der Kugelmühle nimmt der Meßwertaufnehmer zumindest einen Meßwert des Zustands im Innenraum des Mahlgefäßes, insbesondere des Drucks und/oder der Temperatur, auf. Die Kugelmühle umfaßt eine Steuereinrichtung zum Steuern zumindest des Antriebs der Trägervorrichtung und eine Sendeeinrichtung, welche mit der Steuereinrichtung und dem zumindest einen Meßwertaufnehmer verbindbar und derart ausgebildet ist, daß im Betrieb der Kugelmühle der zumindest eine aufgenommene Meßwert für die Weiterverarbeitung in der Steuereinrichtung zur Verfügung steht.
Der Begriff „Steuern“ umfaßt im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch das Regeln und/oder Einstellen von Werten für den Zustand im Innenraum des Mahlgefäßes. Da die Anordnung aus Meßraum mit Meßwertaufnehmer und Sendeeinrichtung gemäß der Erfindung äußerst platzsparend dimensioniert werden kann, können neben Mahlgefäßen mit Volumina von beispielsweise 250 mL, 500 mL oder größer auch kleine Mahlgefäße, zum Beispiel mit Volumina unter 100 mL, insbesondere 80 mL, für eine erfindungsgemäßen Kugelmühle verwendet werden.
Somit schafft die Erfindung die Möglichkeit, den Betrieb der Kugelmühle automatisch an den jeweils im wesentlichen aktuellen Zustand im Innenraum des Mahlgefäßes anzupassen. Somit wird die Behandlung des Mahlgutes anhand der Veränderungen im Mahlgut durch den Betrieb der Kugelmühle gesteuert. Auf diese Weise bietet die Erfindung den Vorteil, direkt den Zustand des Produktes als Regelgröße nutzen zu können. Damit ist der Benutzer der Kugelmühle nicht auf eigenes Eingreifen angewiesen und kann zudem sicher sein, daß das Mahlgut reproduzierbar einen definierbaren Endzustand erreicht. Dies ist selbst dann möglich, wenn unterschiedliche Mengen an Mahlgut behandelt werden, da der tatsächliche Zustand im Innenraum des Mahlgefäßes unabhängig von der Menge an Mahlgut erfaßt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Kugelmühle eine ortsfeste Empfangseinrichtung, welche mit der Steuereinrichtung und mit der Sendeeinrichtung verbindbar ist und im Betrieb der Kugelmühle den zumindest einen von der Sendeeinrichtung weitergegebenen Meßwert der Steuereinrichtung zur Verfügung stellt.
Die Empfangseinrichtung kann mit der Sendeeinrichtung vorteilhafterweise drahtlos verbunden sein. So kann die Kugelmühle Mittel zur drahtlosen Datenübertragung zum Übertragen des Meßwertes umfassen. Beispielsweise weist die Sendeeinrichtung eine Sendeantenne und die Empfangseinrichtung eine Empfangsantenne auf, wobei im Betrieb der Kugelmühle zwischen den Antennen Funksignale ausgetauscht werden, um den Meßwert zu übertragen.
Die Sendeeinrichtung ist vorteilhafterweise am Mahlgefäß, insbesondere am Deckel, angebracht, um sich mit dem Mahlgefäß im Betrieb der Kugelmühle zu bewegen und so eine aufwendige Verbindung zwischen dem im Betrieb rotierenden Meßwertaufnehmer am Mahlgefäß und einer ruhenden Sendeeinrichtung zu vermeiden.
Um dem Benutzer die Möglichkeit zu geben, zumindest einen Sollwert für die Regelung der Mühle vorzugeben, umfasst die Kugelmühle eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben eines Wertes für zumindest einen Sollwert X_soll, insbesondere zum Eingeben eines Sollwertes für den Druck p_soll und/oder eines Sollwertes für die Temperatur ϑ_soll und/oder eines Sollwertes für eine Druckänderung Δp_soll und/oder eines Sollwertes für eine Temperaturänderung Δϑ_soll und/oder eines Sollwertes für eine zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_soll und/oder eines Sollwertes für eine zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt_)soll.
Die Erfindung stellt ferner die Möglichkeit zur Verfügung, beispielsweise für verschiedene Anwendungsfälle Sollwerte abzulegen. Dazu umfasst die Kugelmühle eine Speichereinrichtung mit zumindest einem Speicherplatz, auf welchem ein Wert für einen Sollwert gespeichert werden kann.
Um die gespeicherten Sollwerte für die Steuerung der Mühle nutzbar zu machen, umfaßt die Kugelmühle in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Weitergabeeinrichtung zum Weitergeben zumindest eines Sollwertes von der Speichereinrichtung an die Steuereinrichtung, wobei die Weitergabeeinrichtung zum Auslesen von Sollwerten aus einem Speicher und zum Signalisieren des zumindest einen ausgelesenen Sollwertes an die Steuereinrichtung unter Ansprechen auf die Wahl zumindest eines Sollwertes ausgebildet ist.
Die Mahlbecher einer Kugelmühle sind infolge der hohen Kräfte, die im Betrieb der Mühle durch die auf die Innenwand der Becher aufprallenden Mahlkugeln auftreten, starken Belastungen ausgesetzt. Häufig wird daher zumindest der innere Bereich eines Mahlbechers aus einem besonders harten, damit meist auch spröden Material gefertigt. Konstruktiv ist es daher vorteilhaft, wenn der Deckel des Mahlgefäßes den Meßraum umfaßt. Um eine besonders einfache Handhabung der einzelnen im Meßraum angeordneten Komponenten und den Bauteilen, die mit diesen Komponenten zusammenwirken, zu ermöglichen, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Meßraum im wesentlichen auf der im geschlossenen Zustand des Mahlgefäßes dem Mahlbecher abgewandten Seite des Deckels angeordnet.
Damit der Zustand im Innenraum des Mahlgefäßes unabhängig von der je nach Konstruktion gewählten Position des Meßraumes, also auch dann, wenn der Meßraum auf der im geschlossenen Zustand des Mahlgefäßes dem Mahlbecher abgewandten Seite des Deckels angeordnet ist, erfaßt werden kann, sieht die Erfindung vorteilhafterweise vor, daß das Mahlgefäß, insbesondere der Deckel, zumindest einen Verbindungskanal umfaßt, von dem ein Ende in den Meßraum mündet und ein anderes Ende zumindest dann, wenn der Mahlbecher mit dem Deckel verschlossen ist, in den Innenraum des Mahlgefäßes mündet. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Verbindungskanal durch den Deckel hindurch.
Eine besonders flexible Anpassung der Position des Meßraumes wird gemäß der Erfindung dadurch möglich, daß der Verbindungskanal mindestens zwei Abschnitte umfaßt, deren Längsachsen in einem Winkel ungleich 180° zueinander angeordnet sind. Damit kann eine Stelle ausgewählt werden, an welcher der Verbindungskanal in den Innenraum mündet, und mit dem beliebig positionierbaren Meßraum beispielsweise durch zwei Bohrungen verbunden werden, die sich treffen. Insbesondere kann der Verbindungskanal drei Abschnitte umfassen, wobei die Längsachsen von jeweils zwei einander benachbarten Abschnitten im wesentlichen aufeinander senkrecht stehen. Dies erleichtert die Fertigung beispielsweise von oben erwähnten Bohrungen.
Um Druck und Temperatur im Innenraum des Mahlgefäßes gleichzeitig erfassen zu können, sieht die Erfindung in einer vorteilhaften Weiterbildung vor, daß das Mahlgefäß zwei Meßwertaufnehmer umfaßt, wobei einer der Meßwertaufnehmer ein Temperatursensor und der andere der Meßwertaufnehmer ein Drucksensor ist. In eine besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dem Drucksensor eine Membran zugeordnet, welche den Drucksensor auf seiner dem Meßraum zugewandten Seite abdeckt, um den Drucksensor vor Verschmutzung zu schützen.
Um die Fertigung des Mahlgefäßes einerseits und der Anordnung zum Erfassen der Zustandsgrößen im Innenraum des Mahlgefäßes andererseits an die jeweiligen spezifischen Anforderungen angepaßt ausführen zu können, weist das Mahlgefäß in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Platte auf, welche insbesondere am Deckel positionierbar ist und welche wenigstens den zumindest einen Meßwertaufnehmer trägt. So kann der Meßwertaufnehmer und gegebenenfalls weitere Komponenten, welche mit dem Meßwertaufnehmer zusammenwirken, auf der Platte vormontiert werden, während das Mahlgefäß, insbesondere der Deckel, separat gefertigt werden können.
Die Platte bietet zudem den weiteren Vorteil, eine Abdeckung des Meßraums zu ermöglichen. So kann zumindest ein Bereich der Platte den Meßraum auf der dem Mahlbecher abgewandten Seite verschließen.
Damit der Meßraum gegenüber der Umgebung des Mahlgefäßes verschlossen ist und im wesentlichen nur mit dem Innenraum des Mahlgefäßes in Kontakt steht, umfaßt das Mahlgefäß in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Dichtung zum Abdichten des Spaltes zwischen der Platte und dem Mahlgefäß, insbesondere zwischen der Platte und Deckel.
Während die erfindungsgemäße Steuerung der Kugelmühle bereits durch den Meßwertaufnehmer und die Steuereinrichtung ermöglicht wird, ist es vorteilhaft, wenn die Kugelmühle, insbesondere das Mahlgefäß, zur noch besseren Nutzung der gemessenen Werte eine Kalibrierungseinrichtung umfaßt, welche mit dem zumindest einen Meßwertaufnehmer, insbesondere mit dem Drucksensor, verbunden ist. Die Kalibrierungseinrichtung kann beispielsweise ein Potentiometer umfassen. Damit kann der vom Meßwertaufnehmer ermittelte Meßwert an einen Referenzwert, welcher definiert eingestellt wird, angepaßt werden.
Des Weiteren sieht die Erfindung vor, daß die Kugelmühle, insbesondere das Mahlgefäß, in einer vorteilhaften Weiterbildung eine Aufbereitungseinrichtung umfaßt, welche mit dem zumindest einen Meßwertaufnehmer verbindbar und dazu ausgebildet ist, den Meßwert für die Weiterverarbeitung in einem AD-Wandler aufzubereiten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Platte eine Platine oder wird von einer Platine gebildet, welche eine elektrische und/oder elektronische Schaltung aufweist, in welche zumindest der Meßwertaufnehmer mit der Sendeeinrichtung eingebunden ist. In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung umfaßt die Platte eine Platine, welche eine elektrische und/oder elektronische Schaltung aufweist, in welche zumindest der Meßwertaufnehmer mit der Sendeeinrichtung und die Kalibrierungseinrichtung und/oder die Aufbereitungseinrichtung und/oder ein A/D-Wandler eingebunden ist. So kann eine Schaltung mit den einzelnen Komponenten auf der Platine bereitgestellt werden, und die Platine kann dann als ganzes für eine erfindungsgemäße Kugelmühle zur Verfügung gestellt werden.
Die Erfindung stellt des Weiteren ein Mahlgefäß für eine Kugelmühle wie sie oben beschrieben wurde, zur Verfügung, welches einen mit Mahlgut und insbesondere mit Mahlkugeln befüllbaren Innenraum aufweist und wenigstens einen Meßraum umfaßt, welcher zumindest dann, wenn der Mahlbecher mit dem Deckel verschlossen ist, mit dem Innenraum verbunden ist, und zumindest einen Meßwertaufnehmer umfaßt, welcher im Meßraum positioniert ist, wobei der Meßwertaufnehmer im Betrieb der Kugelmühle zumindest einen Meßwert des Zustands im Innenraum des Mahlgefäßes, nämlich der Temperatur, aufnimmt.
Die Erfindung schafft zudem ein Verfahren zum Steuern einer Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab mit zumindest einem Mahlgefäß mit folgenden Schritten:

a) Eingeben eines Sollwertes für die Temperatur ϑ_soll und/oder eines Sollwertes für den Druck p_soll durch den Benutzer,
b1) Aufnehmen von zumindest einem Meßwert für die Temperatur ϑ_ist und/oder eines Meßwertes für den Druck p_ist
c) automatisches Überprüfen, ob der Meßwert für die Temperatur ϑ_ist und/oder der Meßwert für den Druck p_ist kleiner oder gleich des entsprechenden Sollwertes für die Temperatur ϑ_soll und/oder eines Sollwertes für den Druck p_soll ist, und
d1) wenn der Meßwert für die Temperatur ϑ_ist und/oder der Meßwert für den Druck p_ist kleiner oder gleich dem entsprechenden Sollwert für die Temperatur ϑ_soll und/oder für den Druck p_soll ist: Antreiben der Kugelmühle mit einer Drehzahl n₁.

In einer Weiterbildung der Erfindung können zusätzliche oder andere Größen zum Steuern der Mühle verwendet werden. Dazu sieht die Erfindung vor, daß in Schritt

a) zusätzlich oder alternativ ein Sollwert für eine Druckänderung Δp_soll und/oder ein Sollwert für eine Temperaturänderung Δϑ_soll und/oder ein Sollwert für eine zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_soll und/oder eines Sollwert für eine zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_soll und ein der Druckänderung und/oder der Temperaturänderung zugeordnetes zeitliches Intervall Δt durch den Benutzer eingegeben wird,

b2) automatisches Bilden eines Wertes für eine Druckänderung Δp_ist und/oder eines Wertes für eine Temperaturänderung Δϑ_ist und/oder eines Wertes für eine zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_ist und/oder eines Wertes für eine zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_ist aus den Meßwerten für den Druck und/oder die Temperatur und dem zeitlichen Intervall Δt

c) ein automatisches Überprüfen erfolgt, ob der Wert für die Druckänderung Δp_ist und/oder der Wert für die Temperaturänderung Δϑ_ist und/oder der Wert für die zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_ist und/oder der Wert für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_ist kleiner oder gleich dem entsprechenden Sollwert für die Druckänderung Δp_soll und/oder für die Temperaturänderung Aϑ_soll und/oder für die zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_soll und/oder für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_soll ist, und in Schritt
d1) wenn der Wert für die Druckänderung Δp_ist und/oder der Wert für die Temperaturänderung Δϑ_ist und/oder der Wert für die zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_ist und/oder der Wert für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_ist kleiner oder gleich dem entsprechenden Sollwert für die Druckänderung Δp_soll und/oder für die Temperaturänderung Δϑ_soll und/oder für die zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_soll und/oder für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ//Δt)_soll ist, das Antreiben der Kugelmühle mit einer Drehzahl n₁. erfolgt.

Die Erfindung bietet mehrere Möglichkeiten, die Art des Betriebs der Kugelmühle zu verändern, wenn die Überprüfung in Schritt c) das Ergebnis liefert, daß der Sollwert nicht eingehalten oder unterschritten ist. So kann in einer Ausgestaltung der Erfindung in diesem Fall ein Schritt

d2) Reduzieren der Drehzahl zum Antreiben der Kugelmühle auf einen Wert n₂ < n,

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dieselben Bauteile sind auf allen Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kugelmühle in Seitenansicht,
2 eine Aufsicht auf einen Mahlbecher, welcher mit einem Deckel verschlossen ist, der eine Platte gemäß der Erfindung trägt,
3 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen Deckelaufsatz für ein Mahlgefäß gemäß der Erfindung in einem Schnitt A-A in Bezug auf die Darstellung in 2,
4 eine schematische Darstellung des Deckelaufsatzes, welcher in 3 dargestellt ist, in einem Schnitt D-D in Bezug auf die Darstellung in 2,
5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mahlgefäßes in einem Schnitt A-A in Bezug auf die Darstellung in 2,
6 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Platte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
7 eine fotografische Darstellung einer Platte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Ansicht von vorne und oben,
8 eine schematische Darstellung einer Platte gemäß der weiteren Ausführungsform der Erfindung in Ansicht von hinten und oben,
9 eine fotografische Darstellung der Platte gemäß der weiteren Ausführungsform der Erfindung in Ansicht von unten,
10 eine schematische Darstellung der Anordnung zur Erfassung von Druck und Temperatur im Mahlgefäß als Parameter für die Steuerung der Kugelmühle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
11 eine schematische Darstellung des Mahlgefäßes und der Anordnung zum Erfassen von Zustandsgrößen X_ist im Mahlgefäß als Parameter für die Steuerung einer Kugelmühle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
12 eine schematische Darstellung des Mahlgefäßes und der Anordnung zum Erfassen von Zustandsgrößen X_ist im Mahlgefäß als Parameter für die Steuerung einer Kugelmühle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In der Darstellung der erfindungsgemäßen Kugelmühle in 1 ist ein Ausbruch aus einem Gehäuse 8 zu sehen, an welchem die Trägervorrichtung 1 um eine Zentrumsachse 15 drehbar gelagert ist. In Aufnahmevorrichtungen, welche jeweils um eine Aufnahmeachse 25 drehbar gelagert sind, sind Mahlgefäße 5 eingesetzt. Die Kugelmühle weist weiter einen Antrieb 17 für die Trägervorrichtung auf. Ein Motor treibt einen Keilriemen an, welcher mit der Bodenscheibe 6 der Trägervorrichtung 1 in Eingriff steht.
Des Weiteren weist die Kugelmühle einen Antrieb 27 für Aufnahmevorrichtungen auf, über den die Aufnahmevorrichtungen um die Planeten- oder Aufnahmeachsen 25 in Rotation versetzt werden können. Bei der Drehung der Trägervorrichtung um die Zentrumsachse 15 wird die Drehung der Trägervorrichtung auf die Aufnahmevorrichtungen 2 übertragen.
In 2 ist eine Aufsicht auf ein Mahlgefäß 5 dargestellt. Der Mahlbecher (nicht dargestellt) des Mahlgefäßes 5 ist mit einem Deckel 52 verschlossen. Auf dem Deckel ist eine Platte 526 angeordnet. Auf der Platte 526 ist ein Messwertaufnehmer 140 positioniert. Die Platte 526 umfasst des Weiteren eine Energiequelle 146. Als Energiequelle kann beispielsweise eine Batterie, insbesondere eine Lithiumbatterie, verwendet werden. In 2 nicht dargestellt ist eine Sendeeinrichtung, welche von der Energiequelle 146 mit Energie versorgt wird und die Messwerte des Messwertaufnehmers 140 zur Steuerung der Mühle verfügbar macht. Der Messwertaufnehmer 140 steht in Kontakt mit der Atmosphäre im Innenraum des Mahlgefäßes 5. Dazu umfasst der Deckel 52 einen Verbindungskanal 502, welcher den Innenraum des Mahlgefäßes 5 mit der unmittelbaren Umgebung des Messwertaufnehmers 140 verbindet.
3 zeigt einen Querschnitt durch den Deckel 52 mit der Platte 526 entlang des Schnittes A-A. Im Vergleich zur Darstellung in 2 ist in 3 zusätzlich eine Abdeckhaube 528 dargestellt, welche die Platte 526 auf der vom Deckel 52 abgewandten Seite abdeckt. In 3 ist der Deckel 52 nicht geschnitten dargestellt, um seinen inneren Aufbau zu illustrieren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Deckel Vertiefungen und Bohrungen eingebracht, welche in verschiedenen Ebenen liegen und daher in Schnittansichten nur jeweils teilweise sichtbar sind.
Der Deckel 52 weist einen Messraum 501 auf. In dem Messraum 501 kann der Messwertaufnehmer 140, welcher auf der Platte 526 befestigt ist, positioniert werden. Ein Verbindungskanal 502 verbindet den Messraum 501 mit dem Innenraum des Mahlgefäßes (nicht dargestellt). Ein Ende 503 des Verbindungskanals 502 mündet in den Messraum 501. Der Verbindungskanal 502 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Abschnitte auf. Ein erster Abschnitt 541 führt vom Messraum 501 aus im wesentlichen senkrecht in das Innere des Deckels 52 hinein. Ein zweiter Abschnitt 542 erstreckt sich im wesentlichen parallel zur Hauptausdehnungsrichtung des Deckels 52. Ein dritter Abschnitt 543 schließt den zweiten Abschnitt 542 an die vom Messraum 501 abgewandte Seite des Deckels 52 an.
Während das eine Ende 503 des Verbindungskanals 502 in den Messraum mündet, mündet das andere Ende 504 des Verbindungskanals 502 bei zusammengesetztem Mahlgefäß in den Innenraum des Mahlgefäßes. Die Ausbildung des Verbindungskanals 502 in Form mehrerer Abschnitte erlaubt es, den Messwertaufnehmer 140 auf der Platte 526 in beliebiger Weise positionieren zu können und die Gestaltung des Deckels 52 entsprechend anzupassen.
In 4 ist eine zur Darstellung in 3 korrespondierende Schnittansicht gezeigt, wobei die Schnittebene knapp am zweiten Abschnitt 542 des Verbindungskanals 502 vorbeigeführt ist. Die Platte 526 trägt den Messwertaufnehmer 140 und ist derart positioniert, dass der Messwertaufnehmer 140 in den Messraum 501 hineinragt. In Nachbarschaft des Messwertaufnehmers 140 im Messraum 501 mündet das eine Ende 503 des Verbindungskanals 502 in den Messraum. Vom Verbindungskanal 502 ist der erste Abschnitt 541 zu erkennen. Der Messraum 501 ist gegenüber der oberhalb der Platte 526 liegenden Umgebung druckdicht ausgebildet. Dazu wirkt eine Dichtung 527 zwischen der Platte 526 und dem Deckel 52 an der oberen Begrenzung des Messraums 501. Als Dichtung 527 kann beispielsweise ein O-Ring verwendet werden. Der Deckel 52 weist an seiner Unterseite einen Einstich auf, in welchem eine Dichtung zur Abdichtung des Deckels 52 gegenüber dem Becher (nicht dargestellt) des Mahlgefäßes positioniert werden kann.
In 5 ist der Deckelaufsatz gemäß der Darstellung in 3 in zusammengebautem Zustand mit dem Mahlbecher 51 dargestellt. Das Mahlgefäß 5 hat einen Innenraum 500, in den das Ende 504 des Verbindungskanals mündet. Ausgehend von dem Ende 504 erstreckt sich ein Abschnitt 543 des Verbindungskanals in den Deckel 52. Das Ende 504 des Verbindungskanals liegt im Betrieb der Kugelmühle auf der Aufnahme- bzw. Planetenachse 25 und ist somit beim Betrieb der Kugelmühle im Bezugssystem des Mahlgefäßes 5 ortsfest.
Der Deckel 52 ist in dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Becher 51 verschraubt. Es ist jedoch auch möglich, in einer alternativen Ausgestaltung des Mahlgefäßes 5 einen Mahlbecher und einen Deckel vorzusehen, welche zueinander komplementäre Verbindungsmittel zum lösbaren Befestigen des Deckels auf dem Mahlbecher aufweisen. Derartige Verbindungsmittel können insbesondere eine formschlüssige Verbindung zwischen Mahlbecher und Deckel herstellen. Die Platte 526 ist auf den Deckel 52 geschraubt. Eine Abdeckhaube 528 überspannt die Platte 526 auf der vom Deckel 52 abgewandten Seite.
In 6 ist die Platte 526 schematisch in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die Platte ist im wesentlichen kreisförmig und weist in ihrem äußeren Bereich in der gezeigten Ausführungsform drei Durchgangsbohrungen auf, die der Befestigung der Abdeckhaube 528 auf der Platte 526 dienen. Die Form der Platte wird an die jeweilige Anwendung angepaßt. In weiteren Varianten der Erfindung kann die Platte daher anders geformt sein, beispielsweise oval und/oder als Vieleck.
Auf der Platte 526 ist eine Energiequelle 146 positioniert. Die Platte 526 weist des Weiteren eine Anzahl von im Kreis angeordneten Bohrungen, im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs Bohrungen, auf. Diese im Kreis angeordneten Bohrungen dienen zur Befestigung der Platte 526 auf dem Deckel 52 (nicht dargestellt). Diese Bohrungen befinden sich in dem Bereich der Platte, in welchem der Messwertaufnehmer 140 positioniert werden kann.
Ist der Messwertaufnehmer 140 auf der Platte 526 positioniert, wird die Platte 526 entsprechend der in den 3, 4 und 5 dargestellten Weise auf dem Deckel 52 befestigt. Der Bereich der Platte 526, welcher den Messwertaufnehmer 140 trägt, das heißt der Bereich im Inneren der im Wesentlichen kreisförmig angeordneten Anzahl von Bohrungen bildet dabei gegenüber dem ihm benachbarten Bereich des Deckels 52 an der oberen Begrenzung des Messraums 501 einen Spalt aus. Dieser Spalt wird mit einer Dichtung 527 abgedichtet, die von den Befestigungsmitteln, insbesondere von Schrauben, welche durch die im wesentlichen kreisförmig angeordneten Bohrungen hindurch mit entsprechenden Innengewinden im Deckel 52 in Eingriff stehen, verpresst wird.
Des Weiteren weist die Platte 526 ein Positionierhilfsmittel, hier dargestellt als quaderförmiges Element, auf, welches die richtige Ausrichtung der Platte 526 beim Zusammenbau mit dem Deckel 52 erleichtert (vgl. die Darstellungen in den 3 und 4). In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Platte zusätzlich oder alternativ zu dem Positionierhilfsmittel einen Steckverbinder für die Sendeeinrichtung, welche als Funkmodul ausgebildet sein kann, aufweisen. Der Deckel 52 kann dann eine korrespondierend zu dem Steckverbinder geformte Vertiefung aufweisen, welche im zusammengebauten Zustand der Platte mit dem Deckel Lötkontakte des Steckverbinders schützt.
In 7 ist eine fotografische Aufnahme der Platte 526 gezeigt, wobei die Platte im Vergleich mit der Darstellung in 6 etwas im Uhrzeigersinn gedreht ist und mit weiteren Bauteilen versehen ist. Neben einer Batterie als Energiequelle 146 ist eine Sendeeinrichtung 148 auf der Platte 526 angeordnet. Die Sendeeinrichtung 148 umfasst als Mittel zur drahtlosen Datenübertragung eine Sendeantenne 111. Die Platte 526 umfasst des Weiteren eine Aufbereitungseinrichtung 144, die Messwerte, welche der Messwertaufnehmer 140 (nicht dargestellt) liefert, für die Weiterverarbeitung beispielsweise in einem A/D-Wandler aufbereiten kann.
In 8 ist die in 7 dargestellte Platte 526 gegenüber der Darstellung in 7 um 180° gedreht gezeigt. Die Platte 526 weist des Weiteren eine Kalibrierungseinrichtung 143 auf. Als Kalibrierungseinrichtung 143 kann beispielsweise ein Potentiometer verwendet werden. Insbesondere für die Druckmessung ist eine Kalibrierung vorteilhaft.
Wird der Drucksensor als Teil einer Messbrücke konzipiert, kann er empfindlich gegenüber Bauteiltoleranzen sein. Beispielsweise um Fehler in der Druckmessung infolge unterschiedlicher Abmessungen von Bauteilen zu vermeiden, kann mit einem Potentiometer eine Kalibrierung durchgeführt werden, indem im Innenraum des Mahlgefäßes ein definierter Druck aufgebaut wird. Der von dem Drucksensor gemessene Druck wird dann mit dem definiert aufgebrachten Druck verglichen. Besteht eine Abweichung, kann über die Kalibrierungseinrichtung 143, im gezeigten Beispiel über den Potentiometer, Einfluss auf den Drucksensor zum Abgleich der Werte für den Druck vorgenommen werden.
In 9 ist die in den 7 und 8 gezeigte Platte 526 von unten aufgenommen. Im Inneren des Bereiches, welcher wie im Zusammenhang mit 6 beschrieben von im Wesentlichen im Kreis angeordneten Bohrungen umgeben ist, sind Messwertaufnehmer angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Platte 526 einen Drucksensor 141 und einen Temperatursensor 142 auf. Der Drucksensor 141 weist eine Schutzschicht505 auf. Der Drucksensor 141 kann durch eine Membran vom Messraum 501 getrennt werden, welche das Eindringen von Schmutz verhindert.
Die Signale des Drucksensors 141 und des Temperatursensors 142 können separat aufbereitet werden, so dass sie unabhängig voneinander für die Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel liefern der Drucksensor 141 und der Temperatursensor 142 im Betrieb Widerstandswerte. Der gemessene Widerstand wird in einer Messbrücke mit Operationsverstärker in ein Ausgangssignal in Form einer Spannung, beispielsweise im Bereich zwischen 0 und 5 V, umgesetzt. Dieses Signal kann dann an den Eingang eines A/D-Wandlers gelegt und weiterverarbeitet werden. Auf diese Weise kann die volle Dynamik eines A/D-Wandlers auch bei nur 8 Bit ausgeschöpft werden.
In 10 ist das Grundprinzip der Funktionsweise der Steuerung für die Kugelmühle unter Verwendung von Druck- und Temperaturmesswerten dargestellt. In den Mahlbehälterdeckel eines geschlossenen Mahlbehälters ist die batteriebetriebene Mess- und Sendeelektronik integriert. Zur optimalen Nutzung des Systems ist ein gasdichter Abschluss gegenüber der Umgebung vorgesehen. Der Messwert p_ist eines Drucksensors 141 wird in einer Aufbereitungseinrichtung 144, welche einen A/D-Wandler 145 umfasst, aufbereitet und an eine Sendeeinrichtung 148 übertragen. Der Messwert θ_ist eines Temperatursensors 142 wird ebenfalls an die Aufbereitungseinrichtung 144 weitergegeben, in welcher insbesondere das eingehende analoge Signal in ein digitales Signal gewandelt wird. Dieses Signal wird ebenfalls an die Sendeeinrichtung 148 übertragen.
Die Sendeeinrichtung 148 weist eine Sendeantenne 111 auf. Die Sendeeinrichtung 148 wird von einer Energiequelle 146 mit Energie versorgt. Über die Sendeantenne 111 sendet die Sendeeinrichtung 148 die gemessenen Werte für Druck und Temperatur aus, welche von einer Empfangseinrichtung 149 mit Hilfe einer Empfangsantenne 121 empfangen werden. Die Empfangseinrichtung 149 stellt die gemessenen Werte für Druck und Temperatur der Steuerungseinrichtung 150 der Mühle zur Verfügung.
Druck- und Temperatursensor können auch als mikroelektronische Sensoren ausgebildet sein, welche den im Mahlbehälter anliegenden Gasdruck P_ist und die Temperatur des Mahlbehälterdeckels θ_ist in elektrische Spannungen wandeln. Diese können in einem Mikrocontroller in digitale Signale umgesetzt und mittels eines Funksenders an einen ruhenden Empfänger übertragen werden. Die Empfängerbaugruppe leitet die empfangenen Signale zum seriellen Interface eines Computers weiter. Die zum Messsystem gehörende Software übernimmt die empfangenen Messwerte, speichert sie im ASCII-Format und stellt sie graphisch und tabellarisch dar. Die Messwertabfrage beider Sensoren erfolgt mit bis zu 100 Messwerten pro Sekunde. Dies erlaubt es zum Beispiel, extrem schnell ablaufende Phasenbildungen, wie sie bei einigen Carbiden festgestellt wurden, auch als adiabatischen Prozess, das heißt ohne Wärmeaustausch mit dem System, zu betrachten. Je nach Anwendungsfall kann auch eine niedrigere Rate für die Messwertabfrage, beispielsweise 1 Messwert pro Sekunde, gewählt werden.
Außer dem oben dargestellten Betrieb mit einer Batterie ist es auch möglich, Akkumulatoren zu verwenden. Vorteilhafterweise können dann im Ruhezustand die Akkumulatoren von zwei Senderbaugruppen gleichzeitig an der Empfängerbaugruppe nachgeladen werden. Zum Verlängern der Betriebszeit mit einer Akkuladung schaltet der Mikrocontroller der Sensorbaugruppe die Messschaltung und den Sender regelmäßig in einen Standby-Modus. In diesem Modus werden keine Messwerte abgefragt. Voreinstellbar sind beispielsweise zwei Zeiten von maximal 40 ms und maximal 320 ms. Diese Zeitwerte können je nach Anwendungsfällen verändert werden.
Der Mikrocontroller verkürzt bei einer Messwertänderung die Standby-Zeit automatisch. Erfolgen langsame Messwertänderungen, so wird die Standby-Zeit dynamisch angepasst. Bei einer Messwertänderung von mehr als 2 Digit wird sofort die maximale Abtastrate eingeschaltet. Die anfallende Datenmenge wird reduziert, indem nur veränderte Messwerte gesendet werden. Erfolgen über einen längeren Zeitraum keine Messwertänderungen, so wird zum Nachweis der Funktion eine Zwangssendung der momentanen Messwerte, beispielsweise nach ca. 10 s beziehungsweise nach 150 s, vorgenommen.
Zu jedem Druck- oder Temperaturmesswert wird ein zeitäquivalentes Signal übergeben, so dass die zeitliche Zuordnung der Messwerte gegeben ist. Der Messbereich der Druckmessung beträgt beispielsweise 0 bis 400 kPa. Zur Erhöhung der Auflösung erfolgt eine automatische Messbereichsumschaltung, beispielsweise zwischen 0 und 120 kPa, und 100 bis 400 kPa.
Eine weitere mögliche Konfiguration des Messsystems ist der Betrieb von zwei gleichzeitig arbeitenden Senderbaugruppen. Synchron können je maximal 20 Messwerte je Sekunde zu einer Empfängerbaugruppe übertragen und mit der Software dargestellt werden. Die Sende- und Empfangsmodule können einen wählbaren Frequenzkanal aufweisen, so dass der gleichzeitige Betrieb von mehreren Messsystemen möglich ist.
11 zeigt eine schematische Darstellung zur Illustration der Funktionsweise der Steuerung für die Kugelmühle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Über eine Eingabeeinrichtung 122 kann der Benutzer einen Sollwert X_soll vorgeben. Der Sollwert X_soll wird im Display 123 der Kugelmühle angezeigt und gleichzeitig der Abfrageeinrichtung 155 der Steuereinrichtung 150 der Kugelmühle zur Verfügung gestellt. Das Mahlgefäß 5 weist einen Messraum 501 auf, in welchem ein Messwertaufnehmer 140 positioniert ist. Der Messwertaufnehmer 140 erfasst den Ist-Wert X_ist der betrachteten Größe X, welche den Zustand im Innenraum (nicht dargestellt) des Mahlgefäßes 5 wiedergibt.
Die Sendeeinrichtung 148 übermittelt mit Hilfe der Sendeantenne 111 den gemessenen Ist-Wert X_ist drahtlos an eine Empfangseinrichtung 149, die ihn über die Empfangsantenne 121 empfängt und an die Abfrageeinrichtung 155 weitergibt. Die Abfrageeinrichtung 155 dient der Abfrage, ob der Ist-Wert X_ist kleiner oder gleich dem Soll-Wert X_soll ist. Ist diese Bedingung erfüllt, steuert die Steuereinrichtung 150 zumindest mittelbar über die Steuerung des Antriebs der Trägervorrichtung den Antrieb 27 der Aufnahmevorrichtung, so dass das Mahlgefäß 5 mit einer Drehzahl n₁ um die Aufnahmeachse rotiert. Dieser Fall ist in 11 dargestellt.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Steuereinrichtung 150 den Antrieb 17 der Trägervorrichtung steuert, so dass die Trägervorrichtung mit einer Drehzahl n₁ um die Zentrumsachse 15 in Rotation versetzt wird. Bei entsprechender Ausgestaltung der Antriebe für die Trägervorrichtung und die Aufnahmevorrichtung ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, direkt den Antrieb 27 der Aufnahmevorrichtung über die Steuereinrichtung 150 anzusteuern, so dass dieser die Aufnahmevorrichtung mit einer Drehzahl n₁ die Aufnahmeachse in Rotation versetzt.
Die Steuereinrichtung 150 leitet den Ist-Wert X_ist und die Drehzahl n₁ dem Display 123 zu, so dass der Benutzer die herrschenden Parameter seiner Mahlung ablesen kann.
In 12 ist eine weitere Ausführungsform der Steuerung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Zusätzlich zu den bereits anhand von 11 erläuterten Komponenten weist die Kugelmühle eine Speichereinrichtung 130 auf. In der Speichereinrichtung sind verschiedene Soll-Werte X_soll,1, X_soll,2 und so weiter bis X_soll,i abgelegt. Diese Soll-Werte können verschiedene Werte für die Temperatur ϑ_soll und/oder für den Druck p_soll und/oder für Temperaturänderungen Δϑ_soll und/oder für Druckänderungen Δp_soll und/oder für zeitliche Druckänderungen (Δp/Δt)_soll und/oder für zeitliche Temperaturänderungen (Δϑ/Δt)_soll sein.
Über eine Eingabeeinrichtung 122 kann der Benutzer einen dieser Sollwerte X_soll,i, im in 12 dargestellten Beispiel den Wert X_soll,1. auswählen. Der ausgewählte Soll-Wert wird im Display 123 angezeigt und unter Ansprechen auf die Auswahl durch den Benutzer von einer Weitergabeeinrichtung 135 der Abfrageeinrichtung 155 der Steuereinrichtung 150 zur Verfügung gestellt. Entsprechend der anhand von 11 erläuterten Weise steuert die Steuereinrichtung 150 dann, wenn der gemessene Wert X_ist kleiner oder gleich dem ausgewählten Soll-Wert X_soll,1 ist, den Antrieb mit der Drehzahl n₁.
Die Möglichkeit, verschiedene Soll-Werte X_soll,1, X_soll,2 bis X_soll,i in der Speichereinrichtung 130 abzulegen, bietet dem Benutzer die Möglichkeit für unterschiedliche Anwendungen, beispielsweise Zerkleinern, Mischen, Legieren, Amorphisieren oder das Umwandeln von einer Phase in eine andere sowie das Dispergieren von Stoffgemischen, je nachdem, welche Substanzen verarbeitet werden sollen, unterschiedliche Parameter zur Steuerung der Mühle zu benutzen und verschiedene Werte dieser Parameter für die jeweiligen Anwendungsfälle als Soll-Werte heranzuziehen.
Durch seine Eingabe mit der Eingabevorrichtung 122 kann der Anwender beispielsweise eine bestimmte Mahlbecherinnenraumtemperatur als Limit vorgeben. Die Steuerung schaltet dann, sobald das Temperaturlimit überschritten wird, die Mühle aus. Der Mahlbecherinnenraum kann abkühlen. Die Mühle wird erst nach Unterschreiten einer unteren Grenztemperatur wieder eingeschaltet. Ein Beispiel ist das Mahlen temperaturempfindlicher Proben, wie beispielsweise eiweißhaltige Proben. Derartige Mahlvorgänge können temperaturgesteuert durchgeführt werden, so dass beim Erreichen einer Grenztemperatur die Drehzahl gesenkt wird.
Bei einem weiteren Beispiel von sehr schnellen Phasenumwandlungen des Mahlgutes erfolgt unter Umständen ein sprunghafter Anstieg des Gasdrucks im Mahlbecherinnenraum. Die Mahlung kann nach dieser Phasenumwandlung abgebrochen werden. Beispielsweise konnte bei einer Probe zum mechanischen Legieren ein sprunghafter Anstieg des Drucks von 1 bar auf 4 bar nach 5 Minuten Mahldauer beobachtet werden. Danach erfolgte ein Druckabfall. Der Legierungszustand der Probe blieb nach dem Druckanstieg unverändert. In diesem Fall könnte die Behandlung der Probe in der Kugelmühle, nachdem der Druckanstieg beobachtet wurde, beendet werden.
Der Anwender kann daher die Höhe oder Geschwindigkeit einer Druckänderung als Abbruchkriterium der Mahlung definieren. Nach Erkennen eines solchen Zustands schaltet die Gerätesteuerung die Mühle aus. Ein weiteres Beispiel sind Proben, die im Ruhezustand den Druck im Mahlbecher infolge interner Reaktionen wieder absinken lassen. Es kann daher nicht nur eine Druckänderung als Limit vordefiniert werden, sondern auch ein bestimmter Maximaldruck, bei dem die Gerätesteuerung die Mühle ausschaltet, und ein bestimmter Minimaldruck, bei dem die Gerätesteuerung die Mühle wieder einschaltet.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Trägervorrichtung
15: Zentrumsachse
17: Antrieb für Trägervorrichtung
111: Mittel zur drahtlosen Datenübertragung, Sendeantenne
121: Mittel zur drahtlosen Datenübertragung, Empfangsantenne
122: Eingabeeinrichtung
123: Display
130: Speichereinrichtung
135: Weitergabeeinrichtung
140: Meßwertaufnehmer
141: Drucksensor
142: Temperatursensor
143: Kalibrierungseinrichtung
144: Aufbereitungseinrichtung
145: A/D-Wandler
146: Energiequelle, Batterie
148: Sendeeinrichtung
149: Empfangseinrichtung
150: Steuereinrichtung
155: Abfrageeinrichtung
2: Aufnahmevorrichtung
25: Aufnahmeachse
27: Antrieb für Aufnahmevorrichtung
5: Mahlgefäß
500: Innenraum
51: Mahlbecher
500: Innenraum
501: Meßraum
502: Verbindungskanal
503: ein Ende des Verbindungskanals
504: anderes Ende des Verbindungskanals
505: Membran
541, 542, 543: Abschnitte des Verbindungskanals
52: Deckel
526: Platte, Platine
527: Dichtung
528: Abdeckhaube
8: Gehäuse

Claims

Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab mit einem Gehäuse (8), einer Trägervorrichtung (1), die am Gehäuse (8) um eine Zentrumsachse (15) drehbar gelagert ist, zumindest einer Aufnahmevorrichtung für zumindest ein Mahlgefäß (5), die um eine Aufnahmeachse (25) drehbar zur Trägervorrichtung (1) gelagert ist und von dieser um die Zentrumsachse (25) mitgeführt wird, einem Antrieb (17) für die Trägervorrichtung (1), einem Antrieb (27) für die Aufnahmevorrichtung, zumindest einem Mahlgefäß (5), welches einen Mahlbecher (51) und einen Deckel (52) zum lösbaren Verschließen des Mahlbechers (51) umfasst, wobei das Mahlgefäß (5) in der Aufnahmevorrichtung gehalten wird, wenn es in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt ist, und einen mit Mahlgut und insbesondere mit Mahlkugeln befüllbaren Innenraum (500) aufweist und wenigstens einen Meßraum (501) umfaßt, welcher mit dem Innenraum (500) verbunden ist, wenn der Mahlbecher (51) mit dem Deckel (52) verschlossen ist, und zumindest einen Meßwertaufnehmer (140) umfaßt, welcher im Meßraum (501) positioniert ist, wobei der im Betrieb der Kugelmühle zumindest einen Meßwert des Zustands im Innenraum (500) des Mahlgefäßes (5), nämlich der Temperatur ϑ_ist, aufnimmt, und die Kugelmühle eine Steuereinrichtung (150) zum Steuern des Antriebs (17) der Trägervorrichtung (1) und eine Sendeeinrichtung (148) umfaßt, welche mit der Steuereinrichtung (150) und dem zumindest einen Meßwertaufnehmer (140) verbindbar und derart ausgebildet ist, daß im Betrieb der Kugelmühle der zumindest eine aufgenommene Meßwert für die Weiterverarbeitung in der Steuereinrichtung (150) zur Verfügung steht, wobei die Kugelmühle eine Eingabeeinrichtung (122) zum Eingeben zumindest eines Sollwertes für die Temperatur ϑ_soll und/oder eines Sollwertes für eine Temperaturänderung Δϑ_soll und/oder eines Sollwertes für eine zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_soll umfasst, und wenn der Meßwert für die Temperatur ϑ_ist kleiner oder gleich dem entsprechenden Sollwert für die Temperatur ϑ_soll ist und/oder der Wert für die Temperaturänderung Δϑ_ist und/oder der Wert für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_ist kleiner oder gleich dem entsprechenden Sollwert für die Temperaturänderung Δϑ_soll und/oder für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_soll ist, die Kugelmühle mit einer Drehzahl n₁ angetrieben wird, und wenn der entsprechende Sollwert nicht eingehalten oder unterschritten ist, die Drehzahl der Kugelmühle auf einen Wert n₂ <n₁ reduziert wird.
Kugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelmühle eine ortsfeste Empfangseinrichtung (149) umfaßt, welche mit der Steuereinrichtung (150) verbindbar ist, mit der Sendeeinrichtung (148) drahtlos verbindbar ist und im Betrieb der Kugelmühle den zumindest einen von der Sendeeinrichtung (148) weitergegebenen Meßwert der Steuereinrichtung (150) zur Verfügung stellt.
Kugelmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (148) am Mahlgefäß (5), insbesondere am Deckel (52), angebracht ist.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelmühle Mittel (111, 121) zur drahtlosen Datenübertragung zum Übertragen des Meßwertes umfasst.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelmühle eine Eingabeeinrichtung (122) zum Eingeben eines Sollwertes für den Druck p_soll und/oder eines Sollwertes für eine Druckänderung Δp_soll und/oder eines Sollwertes für eine zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_soll umfasst.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelmühle eine Speichereinrichtung (130) mit zumindest einem Speicherplatz umfasst, auf welchem ein Wert für einen Sollwert gespeichert ist, umfasst.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelmühle eine Weitergabeeinrichtung (135) zum Weitergeben zumindest eines Sollwertes von der Speichereinrichtung (130) an die Steuereinrichtung (150) umfasst, wobei die Weitergabeeinrichtung (135) zum Auslesen von Sollwerten aus einem Speicher und zum Signalisieren des zumindest einen ausgelesenen Sollwertes an die Steuereinrichtung (150) unter Ansprechen auf die Wahl zumindest eines Sollwertes ausgebildet ist.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (52) des Mahlgefäßes (5) den Meßraum (501) umfaßt.
Kugelmühle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Meßraum (501) im wesentlichen auf der dem Mahlbecher (51) abgewandten Seite des Deckels (52) angeordnet ist.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäß (5), insbesondere der Deckel (52), zumindest einen Verbindungskanal (502) umfaßt, von dem ein Ende (503) in den Meßraum (501) mündet und ein anderes Ende (504) zumindest dann, wenn der Mahlbecher (51) mit dem Deckel (52) verschlossen ist, in den Innenraum (500) mündet.
Kugelmühle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verbindungskanal (502) durch den Deckel (52) hindurch erstreckt.
Kugelmühle nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (502) mindestens zwei Abschnitte umfaßt, deren Längsachsen in einem Winkel ungleich 180° zueinander angeordnet sind.
Kugelmühle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (502) drei Abschnitte (541, 542, 543) umfaßt, wobei die Längsachsen von jeweils zwei einander benachbarten Abschnitten im wesentlichen aufeinander senkrecht stehen.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäß (5) zwei Meßwertaufnehmer (140) umfaßt, wobei einer der Meßwertaufnehmer (140) ein Temperatursensor (142) und der andere der Meßwertaufnehmer (140) ein Drucksensor (141) ist.
Kugelmühle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drucksensor (141) eine Membran (505) zugeordnet ist, welche den Drucksensor (141) auf seiner dem Meßraum (501) zugewandten Seite abdeckt.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäß (5) eine Platte (526) aufweist, welche insbesondere am Deckel (52) positionierbar ist und welche den zumindest einen Meßwertaufnehmer (140) trägt.
Kugelmühle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich der Platte (526) den Meßraum (501) auf der dem Mahlbecher (51) abgewandten Seite verschließt.
Kugelmühle nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäß (5)eine Dichtung (527) zum Abdichten des Spaltes zwischen der Platte (526) und dem Mahlgefäß (5), insbesondere zwischen der Platte (526) und Deckel (52), umfaßt.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelmühle, insbesondere das Mahlgefäß (5), eine Kalibrierungseinrichtung (143) umfaßt, welche mit dem zumindest einen Meßwertaufnehmer (140), insbesondere mit dem Drucksensor (141), verbunden ist.
Kugelmühle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierungseinrichtung (143) ein Potentiometer umfaßt.
Kugelmühle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelmühle, insbesondere das Mahlgefäß (5), eine Aufbereitungseinrichtung (144) umfaßt, welche mit dem zumindest einen Meßwertaufnehmer (140) verbindbar und dazu ausgebildet ist, den Meßwert für die Weiterverarbeitung in einem AD-Wandler aufzubereiten.
Kugelmühle nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (526) eine Platine umfaßt, welche eine elektrische und/oder elektronische Schaltung aufweist, in welche zumindest der Meßwertaufnehmer (140) mit der Sendeeinrichtung (148) eingebunden ist.
Kugelmühle nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (526) eine Platine umfaßt, welche eine elektrische und/oder elektronische Schaltung aufweist, in welche zumindest der Meßwertaufnehmer (140) mit der Sendeeinrichtung (148) und die Kalibrierungseinrichtung (143) und/oder die Aufbereitungseinrichtung (144) und/oder ein A/D-Wandler (145) eingebunden ist
Mahlgefäß (5) für eine Kugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 23, welches einen mit Mahlgut und insbesondere mit Mahlkugeln befüllbaren Innenraum (500) aufweist und wenigstens einen Meßraum (501) umfaßt, welcher zumindest dann, wenn der Mahlbecher (51) mit dem Deckel (52) verschlossen ist, mit dem Innenraum (500) verbunden ist, indem der Deckel (52) des Mahlgefäßes (5), zumindest einen Verbindungskanal (502) umfaßt, von dem ein Ende (503) in den Meßraum (501) mündet und ein anderes Ende (504) zumindest dann, wenn der Mahlbecher (51) mit dem Deckel (52) verschlossen ist, in den Innenraum (500) mündet, wobei sich der Verbindungskanal (502) durch den Deckel (52) hindurch erstreckt, und wobei das Mahlgefäß (5) zumindest einen Meßwertaufnehmer (140) umfaßt, welcher im Meßraum (501) positioniert ist, wobei der Meßwertaufnehmer (140) im Betrieb der Kugelmühle zumindest einen Meßwert des Zustands im Innenraum (500) des Mahlgefäßes (5), nämlich der Temperatur, aufnimmt.
Verfahren zum Steuern einer Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten: a) Eingeben eines Sollwertes für die Temperatur ϑ_soll und/oder eines Sollwertes für den Druck p_soll durch den Benutzer, b1) Aufnehmen von zumindest einem Meßwert für die Temperatur ϑ_ist und/oder eines Meßwertes für den Druck p_ist c) automatisches Überprüfen, ob der Meßwert für die Temperatur ϑ_ist und/oder der Meßwert für den Druck p_ist kleiner oder gleich einem entsprechenden Sollwert für die Temperatur ϑ_soll und/oder einem Sollwert für den Druck p_soll ist, und d1) wenn der Meßwert für die Temperatur ϑ_ist und/oder der Meßwert für den Druck p_ist kleiner oder gleich dem entsprechenden Sollwert für die Temperatur ϑ_soll und/oder für den Druck p_soll ist: Antreiben der Kugelmühle mit einer Drehzahl n₁ wobei in Schritt a) zusätzlich oder alternativ ein Sollwert für eine Druckänderung Δp_soll und/oder ein Sollwert für eine Temperaturänderung Δϑ_soll und/oder ein Sollwert für eine zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_soll und/oder eines Sollwert für eine zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_soll und ein der Druckänderung und/oder der Temperaturänderung zugeordnetes zeitliches Intervall Δt durch den Benutzer eingegeben wird, nach Schritt b1) ein Schritt b2): automatisches Bilden eines Wertes für eine Druckänderung Δp_ist und/oder eines Wertes für eine Temperaturänderung Δϑ_ist und/oder eines Wertes für eine zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_ist und/oder eines Wertes für eine zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_ist aus den Meßwerten für den Druck und/oder die Temperatur und dem zeitlichen Intervall Δt durchgeführt wird, in Schritt c) ein automatisches Überprüfen erfolgt, ob der Wert für die Druckänderung Δp_ist und/oder der Wert für die Temperaturänderung Δϑ_ist und/oder der Wert für die zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_ist und/oder der Wert für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_ist kleiner oder gleich dem entsprechenden Sollwert für die Druckänderung Δp_soll und/oder für die Temperaturänderung Δϑ_soll und/oder für die zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_soll und/oder für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_soll ist, und in Schritt d1) wenn der Wert für die Druckänderung Δp_ist und/oder der Wert für die Temperaturänderung Δϑ_ist und/oder der Wert für die zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_ist und/oder der Wert für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_ist kleiner oder gleich dem entsprechenden Sollwert für die Druckänderung Δp_soll und/oder für die Temperaturänderung Δϑ_soll und/oder für die zeitliche Druckänderung (Δp/Δt)_soll und/oder für die zeitliche Temperaturänderung (Δϑ/Δt)_soll ist, das Antreiben der Kugelmühle mit einer Drehzahl n₁ erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Überprüfung in Schritt c) das Ergebnis liefert, daß der Sollwert nicht eingehalten oder unterschritten ist, ein Schritt d2) :Reduzieren der Drehzahl zum Antreiben der Kugelmühle auf einen Wert n₂ < n₁ durchgeführt wird.