DE102006047498A1

DE102006047498A1 - Kugelmühle mit Kühlung

Info

Publication number: DE102006047498A1
Application number: DE102006047498A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mutter; Markus Bund; Gerhard BÄR; Egbert Huwer; Hermann Michel
Original assignee: Fritsch GmbH
Current assignee: Fritsch GmbH
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2007-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kugelmühle, insbesondere Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab mit einem Gehäuse (1), einer Trägervorrichtung (2), zumindest einer Mahlstation (3, 3') mit einer Aufnahmevorrichtung (32) und zumindest einem mit Mahlgut und Mahlkugeln befüllbaren und in die Aufnahmevorrichtung einsetzbaren Mahlgefäß (34). DOLLAR A Erfindungsgemäß weist die Kugelmühle eine Kühleinrichtung (6) auf, welche ein Kühlmedium (60) auf die im Betrieb rotierende Trägervorrichtung (2) leitet und der zumindest einen Mahlstation (3, 3') zuführt, um die durch den Mahlvorgang entstehende Wärme von den Mahlgefäßen (34) abzuführen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kugelmühle, insbesondere eine Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab mit einer oder mehreren Mahlstationen und einer Kühlung der Mahlgefäße.

Hintergrund der Erfindung

Kugelmühlen im Labormaßstab werden für ein breites Anwendungsspektrum, insbesondere zum Zerkleinern und Mischen von Proben und zum mechanischen Legieren eingesetzt. Ein Überblick über gängige Labormühlen findet sich auf der Website der Anmelderin unter www.fritsch.de.

Bei Planeten- und Fliehkraftkugelmühlen sind Mahlbecher exzentrisch zu einer Zentrumsachse angeordnet und bewegen sich auf einer Kreisbahn um die Zentrumsachse. Durch den Umlauf der Mahlbecher wird eine radial nach außen gerichtete Fliehkraft auf das Mahlgut ausgeübt.

Bei einer Fliehkraftkugelmühle wird die Drehung des Mahlbechers um seine eigene Achse in Bezug auf das Laborsystem verhindert. Im Gegensatz dazu basieren Planetenkugelmühlen darauf, durch zusätzliche Rotation um die Mahlbecherachse im Laborsystem eine kombinierte Umlauf- und Drehbewegung für die Mahlbecher zu erzeugen.

Anders als bei einer Fliehkraftkugelmühle verursacht der Antrieb der Mahlbecher in einer Planetenkugelmühle also eine absolute Rotationsbewegung des Mahlbechers um seine eigene Achse, die Aufnahme- oder 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 Mahlkugeln eine Flugbewegung durch den Mahlbecher ausführen. Dies wird auch als "Wurfregime" bezeichnet. Anders als eine Fliehkraftkugelmühle kann dadurch eine Planetenkugelmühle bei höheren Drehzahlen eine erheblich bessere Mahlwirkung erzielen.

Derartige Labor-Planetenkugelmühlen werden zumeist mit ein, zwei oder vier Mahlstationen gebaut. Die Mahlstationen sind als Planeten an einer Sonnenscheibe, welche als Trägervorrichtung für die Mahlstationen ausgebildet ist drehbar gelagert, wobei sich die Trägervorrichtung relativ zum Gehäuse dreht. Die Mahlstationen umfassen jeweils eine Aufnahmevorrichtung und zumindest ein Mahlgefäß das in der Aufnahmevorrichtung befestigt wird. Bei den konventionellen Kugelmühlen sind die Aufnahmevorrichtungen vollständig oberhalb der Trägervorrichtung angeordnet und fliegend an der Trägervorrichtung gelagert. Ein Beispiel für eine derartige Planetenkugelmühle mit einer Mahlstation und einer Ausgleichsmasse wird unter der Marke „pulverisette^® 6" vertrieben (vgl. www.fritsch.de) und ist in der DE 197 12 905 C2 beschrieben.

Die bekannten Mühlen weisen ein Gehäuse auf, um die Trägervorrichtung mit den Mahlstationen, den Antrieb und die Steuerung der Mühle zu beherbergen. Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung mit den fliegend gelagerten Aufnahmevorrichtungen oberhalb der Trägervorrichtung ist die vertikale Ausdehnung der beweglichen oder drehenden Teile bereits relativ groß. Darüber hinaus sind die Mahlgefäße mit Schraubklemmen verspannt, welche abermals nach oben Platz benötigen. Die Aufnahmevorrichtungen bestehen bei diesen bekannten Mühlen lediglich aus einer Grundplatte und einigen senkrechten Haltebügeln, an welchen der Verspannmechanismus für das Mahlgefäß angebracht wird.

Während des Mahlvorgangs entsteht Wärme durch die eingetragene Energie. Die Erfinder haben sich nun mit dem Thema der Erwärmung der Mahlgefäße intensiv auseinandergesetzt. Bei den vorstehend beschriebenen Planetenkugelmühlen ist ein Lüfter im Gehäuse vorgesehen, welcher die erwärmte Luft aus dem Inneren des Gerätegehäuses absaugt. Eine aktive Kühlmittelzufuhr haben diese Mühlen werksseitig nicht. Es wurde darauf basierend der Vorschlag gemacht, ein Loch in den Gehäusedeckel zu bohren, um vorgekühlte Luft in das Gerätegehäuse gelangen zu lassen, welche mittels des Lüfters wieder abgezogen wurde. Bei der genannten Planetenkugelmühle stehen die Mahlgefäße allerdings relativ frei in der Aufnahmevorrichtung und damit im Innenraum des Gerätegehäuses, so dass dieses Konzept eine gewisse Verbesserung des Wärmeabtransportes bewirken kann. Nachteilig ist jedoch, trotz alledem dass aufgrund der undefinierten Einleitung in das Gehäuseinnere die Kühlwirkung relativ gering ist.

Ferner sind Fliehkraftkugelmühlen mit doppelwandigen Mahlbechern bekannt, die mittels flexibler Schläuche mit flüssigen Stickstoff gespült wurden. Die flexiblen Schläuche, sind hierbei aber großen Belastungen ausgesetzt und es ist daher ein starker Verschleiß zu erwarten. Ferner ist ersichtlich, dass dieses Prinzip nur bei einer Fliehkraftkugelmühle anwendbar ist, bei welcher sich der Mahlbecher im Laborsystem nicht um seine eigene Achse dreht (k = –1) und nicht auf eine Planetenkugelmühle, bei welcher die Mahlbecher im Laborsystem eine Eigenrotation um die Planetenachse ausführen, übertragbar ist.

Die Erfinder haben sich nun ferner mit einer neuartigen Form der Kugelmühle beschäftigt, bei welcher die Aufnahmevorrichtung becherartig ausgebildet ist und die Mahlbecher hierin versenkt und nahezu vollständig von dieser umschlossen sind. Diese Art der Kugelmühle ist z.B. in den nicht vorveröffentlichten Anmeldungen DE 20 2005 015897.6 und DE 20 2005 015896.8 derselben Anmelderin, beide eingereicht am 07.10.2005 beschrieben. Die Erfinder haben nun festgestellt, dass bei dieser Art der Mahlbecheraufnahme erheblich größere thermische Anforderungen an die Kugelmühle gestellt werden, welche die Betriebssicherheit, die Haltbarkeit der Mahlgefäße und das Mahlergebnis negativ beeinflussen können und mit den bisherigen Konzepten nicht hinreichend gelöst werden können. Auch neuartige Verastungstechniken der Mahlgefäße in der Aufnahmevorrichtung wie in der DE 20 2005 015896.8 beschrieben, können unter Umständen zu erhöhter Reibung und damit erhöhter Temperaturbelastung führen.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kugelmühle bereit zu stellen, welche eine verbesserte Kühlung der Mahlgefäße aufweist.

Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kugelmühle bereit zu stellen, welche ein gleichbleibend gutes Mahlergebnis bei vorgegebenen Mahlparametern liefert, welche sehr komfortabel und sicher zu bedienen ist und deren Bauteile eine lange Lebensdauer besitzen.

Eine konkretere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kugelmühle mit versenkten Mahlgefäßen bereit zu stellen, deren Betriebstemperatur in einem vorgegebenen Bereich gehalten werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird eine Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab bereit gestellt, welche eine Trägervorrichtung umfasst, die in einem Ghäuse der Kugelmühle angeordnet und relativ zu dem Gehäuse um eine Zentrumsachse drehbar gelagert ist. Die Trägervorrichtung umfasst insbesondere eine obere und untere Trägerscheibe, welche fest miteinander verbunden sind. An der Trägevorrichtung sind eine oder mehrere Mahlstationen drehbar um jeweils eine Achse parallel zur Zentrumsachse gelagert. Die Mahlstationen werden im Betrieb der Kugelmühle wie Planeten um die Zentrums- oder Sonnenachse mitgeführt und rotieren vorzugsweise mit entgegengesetztem Drehsinn zusätzlich um ihre eigene Achse. Die Mahlstationen umfassen jeweils eine an der Trägervorrichtung drehbar gelagert befestigte Aufnahmevorrichtung für zumindest ein Mahlgefäß, welches in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt und darin festgelegt wird, bevor der Mahlvorgang gestartet wird. Das Mahlgefäß besteht im Wesentlichen aus einem Mahlbecher und einem Deckel, mit dem der Mahlbecher verschlossen wird, wenn Mahlgut und Mahlkugeln eingefüllt sind. Hierbei soll der in der Fachwelt übliche Begriff „Mahlkugeln^" nicht auf sphärische Mahlkörper beschränkt sein. Der Mahlbecher hat einen horizontalen Boden und eine im Wesentlichen vertikale umlaufende Ringwandung oder Seitenwand.

Die Kugelmühle besitzt einen Antrieb für die Trägervorrichtung und einen Antrieb für die Aufnahmevorrichtung, um die jeweiligen Rotationen zu bewirken, wobei vorzugsweise ein Gesamtantriebsmotor verwendet wird, welcher über einen gekoppelten Riemenantrieb beide Rotationen antreibt. Das relative Drehzahlverhältnis bei einer Planetenkugelmühle beträgt bevorzugt k = –1,6 bis –2,5, besonders bevorzugt k = –1,7 bis –2,0, bei großen Mühlen allerdings auch k < –2,5.

Vorzugsweise ist die Aufnahmevorrichtung bei der erfindungsgemäßen Mühlenkonstruktion wie der Mahlbecher selbst ebenfalls becherartig ausgebildet, d.h. die Aufnahmevorrichtung umfasst einen Aufnahmebecher, welcher ebenfalls einen Boden und eine vollständig umlaufende Ringwandung besitzt, wobei der Mahlbecher und der Aufnahmebecher passgenau ineinander gefügt werden können. Der Aufnahmebecher ist also anders als bei der in der DE 197 12 905 C2 beschriebenen Planetenkugelmühle im Wesentlichen entlang des Bodens und der Ringwandung geschlossen. Somit umgreift der Aufnahmebecher den Mahlbecher im Wesentlichen vollständig, wenn das Mahlgefäß in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt ist. Ferner ist der Aufnahmebecher und mit diesem der vollständig eingesetzte Mahlbecher in der Trägervorrichtung versenkt, so dass sich der Mahlbecherboden deutlich unterhalb der Oberseite der Trägervorrichtung befindet. Die Trägervorrichtung, genauer eine obere Trägerscheibe der Trägervorrichtung weist für jede Mahlstation eine Öffnung auf, in welche der Aufnahmebecher eingesetzt ist, um die Kavität zur Aufnahme des Mahlgefäßes in und unter der oberen Trägerscheibe zu bilden. Insbesondere ist der einsetzte Mahlbecher zumindest weitgehend in einer von dem Aufnahmebecher gebildete Kavität in der Trägervorrichtung versenkt, wobei die Oberseite des Mahlgefäßes im Großen und Ganzen mit der Oberseite der Trägervorrichtung abschließt. Die Aufnahmevorrichtung ist hierbei nicht fliegend gelagert, sondern das obere Lager der Mahlstation befindet sich im Bereich der Ringwandung des Aufnahmebechers. Weitere Details zu dieser Konstruktion finden sich z.B. in der DE 20 2005 015897.6 , welche diesbezüglich durch Referenz inkorporiert wird.

Die erfindungsgemäße Kugelmühle weist nun eine Kühleinrichtung zur aktiven Kühlung der Mahlgefäße auf, wobei jede Mahlstation separat gezielt mit einem Kühlmedium versorgt wird. Die Kühleinrichtung führt das Kühlmedium zunächst auf die rotierende Trägervorrichtung und von dort separat zu jeder der Mahlstationen. Die Mahlstationen umfassen Kühlkanäle, welche zumindest teilweise in der Aufnahmevorrichtung verlaufen und durch welche das Kühlmedium geleitet wird, um den Mahlbecher während der Rotation der Trägervorrichtung gezielt zu kühlen.

In vorteilhafter Weise kann hierdurch die unter anderem durch den Mahlvorgang im Mahlgefäß entstehende Wärme abgeführt werden. Ggf. weist das Mahlgefäß einen Temperatursensor auf, welcher Temperaturdaten an die Steuereinrichtung der Kugelmühle übermittelt, wobei mittels dieser Temperaturdaten die Kühlung sogar geregelt werden kann.

Durch die Kühlung wird vermieden, dass das Mahlgefäß überhitzt, was Vorteile in Bezug auf Haltbarkeit und Benutzersicherheit bietet. Darüber hinaus kann die Kugelmühle aufgrund der verbesserten Wärmeabfuhr mit höheren Drehzahlen betrieben werden.

Die Kühlkanäle verlaufen vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb des Bodens und/oder der Ringwandung der des Aufnahmebechers. Ferner sind zwischen dem Mahlbecher und dem Aufnahmebecher Zwischenräume vorhanden und die Kühlkanäle innerhalb des Bodens bzw. der Ringwandung des Aufnahmebechers münden in diese Zwischenräume, so dass das Kühlmedium durch die Zwischenräume unmittelbar an der äußeren Oberfläche des Mahlbechers, insbesondere entlang seiner Ringwandung geleitet wird. Mit anderen Worten bilden die Zwischenräume einen Teil der Kühlkanäle. Dies sorgt für eine effektive Kühlung des Mahlbechers.

Insbesondere sind in dem Boden des Aufnahmebechers eine oder mehrere erste Bohrungen vorgesehen, welche in den Zwischenraum zwischen dem Mahlbecherboden und dem Boden des Aufnahmebecher münden. Ferner ist der Zwischenraum zwischen dem Mahlbecher und dem Aufnahmebecher zumindest in einen unteren ersten und einen oberen zweiten Zwischenraum unterteilt, wobei der untere Zwischenraum unter dem Mahlbecherboden und der obere Zwischenraum um die Ringwandung des Mahlbechers angeordnet ist. Weiter vorzugsweise umfasst der obere Zwischenraum einen ersten nicht umlaufenden, insbesondere schmetterlingsartig ausgefrästen unteren Abschnitt sowie einen zweiten umlaufenden oberen Ringabschnitt. An den Stützstellen des unteren Abschnitts sind Rastmittel zur Verrastung des Mahlbechers in dem Aufnahmebecher angeordnet.

Vorzugsweise wird der Mahlbecher im oberen Bereich etwas unterhalb des Deckels in einer gehärteten Ringfassung in dem Aufnahmebecher radial passgenau gefasst. Daher verlaufen Bohrungen in der Ringwandung des Aufnahmebechers außerhalb der Ringfassung, um das Kühlmedium um diese herum zu führen. Das Kühlmedium strömt schließlich oben aus diesen Bohrungen in die Atmosphäre, insgesamt also von unten nach oben zumindest teilweise an der Mahlbecheraußenwand entlang.

Die Zuführung des Kühlmedium in die Mahlstation wird vorzugsweise wie folgt bewerkstelligt.

Die Zentrumsachse ist hohlgebohrt und weist eine oder mehrere Querbohrungen etwa in Höhe des Becherbodens auf, um das Kühlmedium durch die Hohlachse hindurch auf die Trägervorrichtung zu leiten. Um die Zentrumsachse ist, befestigt an der Trägervorrichtung eine Verteilerplatte angeordnet, welche für jede Mahlstation einen radial verlaufenden Verbindungskanal besitzt, welcher einen Ringraum um die Zentrumsachse mit den Kühlkanälen der jeweiligen Mahlstationen verbindet.

Somit wird das Kühlmedium vorzugsweise zentral von unten in die feststehende Zentrumsachse eingeleitet, fließt von dort durch die Querbohrungen in den Ringraum, weiter durch die radialen Verbindungskanäle in den ringsförmigen ersten Zwischenraum unter dem Mahlbecherboden, von dort aufwärts am Mahlbecher entlang durch den schmetterlingsartigen unteren Abschnitt des zweiten Zwischenraums, dann in dessen umlaufenden Abschnitt, von dort in die Bohrungen zur Umführung der Ringfassung und aus deren oberer Öffnung im Bereich des Mahlbecherdeckels in die Atmosphäre. Dies hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen.

Als Kühlmedium wird daher vorzugsweise ein Druckgas verwendet, am einfachsten Druckluft. Zur Erhöhung der Kühlleistung kann es sinnvoll sein, der Druckluft flüssigen Stickstoff bzw. flüssige Luft zuzumischen oder flüssigen Stickstoff bzw. flüssige Luft zu verwenden. Da diese bei Zimmertemperatur sofort verdampfen wird trotzdem von einem gasförmigen Kühlmedium gesprochen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Planetenkugelmühle, 2 eine dreidimensionale, geschnittene Ansicht der Trägervorrichtung mit eingesetzten Mahlgefäßen und
3 eine dreidimensionale, geschnittene Ansicht wie 2, jedoch ohne Mahlgefäße.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Planetenkugelmühle mit einem Gehäuse 1, welches eine Bodenplatte 12 und einen Gehäusedeckel 18 aufweist und einen Mahlraum 40 definiert, welcher nach oben durch den Gehäusedeckel 18 begrenzt wird und in welchem die Trägervorrichtung 2 rotiert. Die Trägervorrichtung 2 ist mittels Kugellagern 26, 27 an einer Zentrumsachse 24 drehbar gelagert, wobei die Zentrumsachse 24 an ihrem unteren Ende 24a an der Grundplatte 12 des Gehäuses 1 befestigt, genauer festgeschraubt ist.
Die Trägervorrichtung 2 umfasst ferner obere und untere Trägerscheiben 21, 22, welche fest miteinander verbunden sind. Die Trägervorrichtung 2 beherbergt in diesem Beispiel zwei Mahlstationen 3, 3' mit jeweils einer Aufnahmevorrichtung 32, 32', in welche jeweils ein Mahlgefäß 34, 34' eingesetzt ist. Die Anzahl der Mahlstationen hängt von der konkreten Kugelmühle ab und beträgt üblicherweise 1, 2 oder 4, eine andere Anzahl ist jedoch auch möglich.
Bezug nehmend auf die 2 und 3 sind die Aufnahmevorrichtungen 32, 32' in Öffnungen 28, 28' in der oberen Trägerscheibe 21 der Trägervorrichtung 2 versenkt angeordnet und jeweils mittels unteren und oberen Kugellagern 52, 53 bzw. 52', 53' drehbar in der Trägervorrichtung 2 gelagert.
Im Folgenden wird die Erläuterung anhand der in den Figuren links dargestellten Mahlstation 3 vorgenommen, wobei beide Mahlstationen 3, 3' identisch ausgebildet sind und entsprechende Teile in der rechten Mahlstation 3' mit selben Bezugszeichen zuzüglich einem Hochkomma bezeichnet sind.
Die versenkte Aufnahmevorrichtung 32 hat die Form eines Bechers, d. h. weist einen Boden 321 und eine umlaufende Ringwand 322 auf. Bei dieser Ausführungsform ist die Aufnahmevorrichtung 32 mittels des unteren Lagers 52 unterhalb des Bodens 321 mittels einer mit der Aufnahmevorrichtung 32 fest verbundene Welle 37 in einer Öffnung 29 in der unteren Trägerscheibe 22 drehbar gelagert, so dass die Aufnahmevorrichtung 32 und mit dieser der Mahlbecher 34 um eine Aufnahmeachse 36 rotiert. Das obere Lager 53 der Aufnahmevorrichtung 32 ist in der oberen Trägerscheibe 21 eingelassen und befindet sich etwas unterhalb des oberen Randes 32b der Aufnahmevorrichtung 32. Der Antrieb 4 der Trägervorrichtung 2 erfolgt über einen nicht dargestellten Hauptantriebskeilriemen in einer Nut 42 in der unteren Trägerscheibe 22. Der Antrieb der Aufnahmevorrichtungen 32, 32' erfolgt über einen Zahnriemen 44, welcher mit Zahnriemenrädern 46 an der Zentrumsachse 24 und Zahnriemenrädern 47 bzw. 47' an den Antriebswellen 37 bzw. 37' der Aufnahmevorrichtungen in Eingriff steht. Der Antrieb einer Planetenkugelmühle ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und braucht daher nicht weiter im Detail erläutert zu werden.
Bezug nehmend auf 2 sind in den Aufnahmevorrichtungen 32, 32' jeweils ein Mahlgefäß 34, 34' vollständig in einer Betriebsposition eingesetzt. Das Mahlgefäß 34 besteht aus einem Mahlbecher 38 und einem Mahlbecherdeckel 39, welcher mittels Klemmhebeln 392 an dem Mahlbecher 38 festgelegt ist. Der Mahlbecher 38 weist einen Mahlbecherboden 381 und eine umlaufende Ringwand 382 auf. Die Klemmhebel 392 greifen in Nuten 383 im oberen Bereich der umlaufenden Ringwand 382 ein und verrasten den Deckel 39 an dem Mahlbecher 38.
Bezug nehmend auf 1 weist die Planetenkugelmühle eine Kühleinrichtung 6 mit einem Druckluftanschluss 62 an dem Gehäuse 1 auf. Die Druckluft wird über den Druckluftanschluss 62 und eine Zuführungsleitung 64, welche von unten an die Bodenplatte 12 angeschweisst ist, zur Trägervorrichtung 2 geleitet. Die Zuführungsleitung 64 ist durch die Bodenplatte 12 hindurch an das untere Ende 24a der Zentrumsachse 24 angeschlossen, so dass das Kühlmedium zentral von unten in eine Hohlbohrung 66 der Zentrumsachse 24 eingeleitet werden kann.
Wieder Bezug nehmend auf 2 wird das Kühlmedium von der axialen Hohlbohrung 66 in der Zentrumsachse 24 über zwei Querbohrungen 68, von denen in den Figuren lediglich eine dargestellt ist, in einen kreisförmigen Ringraum 70 um die Zentrumsachse 24 und damit auf die rotierende Trägervorrichtung 2 geleitet. Mit anderen Worten bilden die Querbohrungen 68 und der Ringraum 70 eine Drehdurchführung, welche kontinuierlich das Kühlmedium auf die rotierende Trägervorrichtung 2 transportiert. Von dem Ringraum 70 wird das Kühlmedium über mit der Trägervorrichtung 2 mit rotierende radiale Verbindungskanäle 72, 72' zu den Mahlstationen 3, 3' geleitet. Die Verbindungskanäle 72, 72' sowie der Ringraum 70 sind in eine Verteilerplatte 23 eingefräst, welche von oben auf der unteren Trägerscheibe 22 befestigt ist und bilden ein Kanalsystem 70, 72, 72' auf der rotierenden Trägervorrichtung 2. Das Kühlmedium wird durch dieses Kühlmediums-Kanalsystem 70, 72, 72' hindurch jeder der Mahlstationen 3, 3' zugeleitet.
Unterhalb der Aufnahmevorrichtung 32 ist ein weiterer Ringraum 74 vorgesehen, mittels welchem das Kühlmedium zumindest teilweise unter dem Boden 321 der Aufnahmevorrichtung 32 verteilt wird. Dort fließt das Kühlmedium über eine Mehrzahl von Bohrungen 76 in dem Boden 321 in den Innenraum der becherartigen Aufnahmevorrichtung 32, welche auch als Aufnahmebecher bezeichnet wird.
Zwischen dem Boden 321 des Aufnahmebechers 32 und dem Boden 381 des Mahlbechers 34, welcher in diesem Beispiel ein gefasster Mahlbecher mit einer äußeren Edelstahlfassung 342 und einem Keramikinlet 344 ist, befindet sich ein unterer, ringförmiger Zwischenraum 78.
Bezug nehmend auf 3 strömt das Kühlmedium von dem unteren Zwischenraum 78 in einen seitlichen Zwischenraum 80 zwischen der Ringwandung 382 des Mahlbechers und der Ringwandung 322 des Aufnahmebechers 32. Der seitliche Zwischenraum 80 ist in einem unteren Abschnitt 81 nicht ringförmig umlaufend gestaltet, sondern schmetterlingsartig diskret ausgefräst, um Abstützvorsprünge 324 für eine Rastkugel 326 stehen zu lassen, mit welchen der Mahlbecher 34 verrastet wird. Der seitliche Zwischenraum 80 zwischen dem Mahlbecher und dem Aufnahmebecher umfasst neben dem unteren Abschnitt 81 einen zweiten, oberen, ringförmig umlaufenden Abschnitt 82 oberhalb der Rastkugel 326. Von diesem ringförmigen Abschnitt 82 wird das Kühlmedium in eine Mehrzahl von Bohrungen 84 in der Ringwandung 322 des Aufnahmebechers 32 geleitet, um radial auswärts um eine gehärtete Ringfassung 328 zur passgenauen Einfassung des Mahlbechers herum geleitet zu werden. Die Bohrungen 84 sind an ihrem oberen Ende 84b offen, so dass das Kühlmedium hier austreten kann.
Somit weist die Mahlstation 3 teilweise zwischen dem Mahlbecher 34 und dem Aufnahmebecher 32 und teilweise innerhalb des Bodens 321 und innerhalb der Ringwandung 322 des Aufnahmebechers 32 Kühlkanäle 76 bis 84 auf. Ferner weist die Kühleinrichtung 6 einen zentralen Drehverteiler 68, 70 sowie je einen Drehverteiler 74, 76 für die Mahlstationen 3, 3' auf, über welche das Kühlmedium nach Art einer Drehdurchführung auf ein rotierendes Teil geführt wird. Es wird also das Kühlmedium von der Trägervorrichtung 2 auf die ihrerseits in Bezug auf die Trägervorrichtung rotierenden Mahlstationen 3, 3' geleitet, um insbesondere unmittelbar an den Mahlbechern 38, 38' entlang zu strömen. In 1 und 3 ist der Fluß der Druckluft mittels Pfeilen veranschaulicht, welche teilweise mit der Bezugsziffer 60 bezeichnet sind.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne die Erfindung zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. Ggf. kann eine Kugelmühle mit versenkten Mahlgefäßen in einer becherartigen Aufnahmevorrichtung auch ohne die Kühlung konstruiert und betrieben werden, sofern die Mahlparameter dies zulassen. Auf der anderen Seite ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Kühlmediumszufuhr, welche das Kühlmedium erst auf die rotierende Trägervorrichtung und anschließend separat jeder Mahlstation zuleitet, dahingehend dass Kühlmedium an der jeweiligen Außenwand jedes Mahlbechers entlang strömt auch auf Mühlen mit freistehenden Mahlgefäßen der Bauart wie in der DE 197 12 905 C2 beschrieben anwendbar ist. Bei dieser Bauform kann das Kühlmedium z.B. mittels einer Düse auf der Trägervorrichtung gezielt gegen das Mahlgefäß geblasen oder mittels einer weiteren Drehdurchführung von der Trägervorrichtung in die wiederum um die Aufnahmeachse rotierende Aufnahmevorrichtung geleitet werden.

Claims

Kugelmühle, insbesondere Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab, umfassend ein Gehäuse (1), eine Trägervorrichtung (2), die relativ zum Gehäuse (1) um eine Zentrumsachse (24) drehbar gelagert ist, zumindest eine Mahlstation (3, 3') mit einer Aufnahmevorrichtung (32) für zumindest ein Mahlgefäß, die um eine Aufnahmeachse (36) drehbar zur Trägervorrichtung (2) gelagert ist und von dieser um die Zentrumsachse (24) mitgeführt wird und zumindest einem mit Mahlgut und Mahlkugeln befüllbaren und in die Aufnahmevorrichtung einsetzbaren Mahlgefäß (34), einen Antrieb (4) für die Trägervorrichtung (2), einen Antrieb für die Aufnahmevorrichtung (32), wobei die Kugelmühle eine Kühleinrichtung (6) aufweist, welche ein Kühlmedium (60) auf die im Betrieb rotierende Trägervorrichtung (2) leitet und der zumindest einen Mahlstation (3, 3') zuführt, um die durch den Mahlvorgang entstehende Wärme von den Mahlgefäßen (34) abzuführen.
Kugelmühle nach Anspruch 1, wobei das Mahlgefäß (34) einen Mahlbecher (38) mit einem Mahlbecherboden (381) und einer umlaufenden Mahlbecher-Ringwandung (382) sowie einen Deckel (39) umfasst, mit welchem der Mahlbecher (38) verschließbar ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (32) becherartig ausgebildet ist und den Mahlbecher (38) entlang des Mahlbecherbodens (381) und der Mahlbecher-Ringwandung (382) umgreift, wenn das Mahlgefäß (34) in die Aufnahmevorrichtung (32) eingesetzt ist, wobei die Mahlstation (3) Kühlkanäle (74–84) aufweist, durch welche das Kühlmedium (60) geleitet werden kann, um den Mahlbecher (38) während der Rotation der Trägervorrichtung (2) zu kühlen.
Kugelmühle nach Anspruch 2, wobei sich die Kühlkanäle (74–84) zumindest teilweise innerhalb des Bodens (321) und/oder der Ringwandung (322) der becherartigen Aufnahmevorrichtung (32) erstrecken.
Kugelmühle nach Anspruch 2 oder 3, wobei zwischen dem Mahlbecher (38) und der becherartigen Aufnahmevorrichtung (32) Zwischenräume (78-82) vorhanden sind und die Kühlkanäle (76, 84) innerhalb des Bodens (321) und/oder der Ringwandung (322) der becherartigen Aufnahmevorrichtung (32) in diese Zwischenräume (78–82) münden, so dass das Kühlmedium (60) durch die Zwischenräume (78–82) an dem Mahlbecher (38) entlang geleitet werden kann und die Zwischenräume (78–82) somit einem Teil der Kühlkanäle bilden.
Kugelmühle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Kühlkanäle (74–84) eine oder mehrere erste Bohrungen (76) in dem Boden (321) der becherartigen Aufnahmevorrichtung (32) umfassen, welche in einem ersten Zwischenraum (78) zwischen dem Mahlbecherboden (381) und dem Boden (321) der becherartigen Aufnahmevorrichtung (32) münden, wobei das Kühlmedium (60) durch die ersten Bohrungen (76) in dem Boden (321) eingeleitet und an die Außenseite des Mahlbechers (38) geführt wird.
Kugelmühle nach Anspruch 5, wobei der erste Zwischenraum (78) in einen zweiten Zwischenraum (80) zwischen der Ringwandung (322) der becherartigen Aufnahmevorrichtung (32) und der Ringwandung (382) des Mahlbechers (38) übergeht und eine oder mehrere zweite Bohrungen (84) in der Ringwandung (322) der becherartigen Aufnahmevorrichtung (32) mit einem unteren Ende in den zweiten Zwischenraum (80) münden, und das Kühlmedium (60) durch die ersten Bohrungen (76), den ersten Zwischenraum (78) den zweiten Zwischenraum (80) und die zweiten Bohrungen (84) geleitet wird und an einem oberen Ende (84b) der zweiten Bohrungen (84) ausströmt.
Kugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zentrumsachse (24) als eine Hohlachse ausgebildet ist durch welche das Kühlmedium (60) auf die Trägervorrichtung (2) geleitet wird.
Kugelmühle nach Anspruch 7, wobei die Zentrumsachse (24) zumindest eine Querbohrung (68) aufweist, welche in die axiale Hohlbohrung (66) mündet und die Querbohrung (68) mit den Kühlkanälen (74–84) verbunden ist, um das Kühlmedium (60) durch die Hohlachse (66) den Kühlkanälen (74–84) zuzuleiten.
Kugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trägervorrichtung (2) ein im Betrieb mitrotierendes Kanalsystem (70, 72, 72') für das Kühlmedium (60) umfasst, um das Kühlmedium zu der zumindest einen Mahlstation (3) zu leiten.
Kugelmühle nach Anspruch 9, wobei das Kanalsystem (70, 72, 72') eine Verteilereinrichtung umfasst und die Querbohrung (68) in die Verteilereinrichtung mündet und das Kühlmedium (60) durch die Verteilereinrichtung den Kühlkanälen (74–84) der zumindest einen Mahlstation (3) zugeleitet wird.
Kugelmühle nach Anspruch 10, wobei die Kugelmühle mehrere Mahlstationen (3, 3') umfasst und die Verteilereinrichtung (23, 70, 72, 72') das Kühlmedium auf die Mahlstationen (3, 3') verteilt.
Kugelmühle nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Verteilereinrichtung (23, 70, 72, 72') einen Ringraum (70) um die Zentrumsachse (24) definiert und die Querbohrungen (68) in den Ringraum münden, wobei die Verteilereinrichtung (23, 70, 72, 72') sich von dem Ringraum (70) quer nach außen erstreckende Verbindungskanäle (72) aufweist, durch welche das Kühlmedium (60) in die Kühlkanäle (74–84) geleitet wird.
Kugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmevorrichtung (32) eine am inneren Umfang ihrer Ringwandung (322) eine Ringfassung (328) aufweist, an welcher die Ringwandung (382) des Mahlbechers (38) entlang einer Umfangsfläche zur Anlage kommt und welche den Mahlbecher (38) passgenau radial fixiert, wenn der Mahlbecher (38) in die Aufnahmevorrichtung (32) in einer Betriebsposition eingesetzt ist und wobei die zweiten Bohrungen (84) radial außerhalb der Ringfassung (328) angeordnet sind und das Kühlmedium (60) außen um die Ringfassung (328) herum zu leiten.
Kugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlkanäle (74–84) nach oben offen sind und das Kühlmedium (60) von dort in die Atmosphäre entweicht.
Kugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein bei Zimmertemperatur gasförmiges Kühlmedium (60) verwendet wird.
Kugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kugelmühle einen Druckluftanschluss aufweist, mittels welchem Druckluft als Kühlmedium (60) zugeführt wird.
Kugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem gasförmigen Kühlmedium ein vorgekühltes Kühlmittel zugegeben wird um eine Temperatur des gasförmigen Kühlmediums (60) von unter Zimmertemperatur zu erreichen.
Kugelmühle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei verflüssigtes Gas als Kühlmedium (60) verwendet wird oder dem Kühlmedium (60) zugemischt wird.