DE102012009983A1

DE102012009983A1 - Kugelmühle mit automatisch verstellbarer Ausgleichsmasse

Info

Publication number: DE102012009983A1
Application number: DE201210009983
Authority: DE
Inventors: Markus Bund; Wolfgang Mutter; Gerhard Bär; Hermann Michel; Tobias Buchen; Egbert Huwer
Original assignee: Fritsch GmbH
Current assignee: Fritsch GmbH
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kugelmühle, insbesondere Mono-Planeten- oder Mono-Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab mit einer Ausgleichsmasse, um ein Gegenträgheitsmoment für die Mahlstation oder die Mahlstationen zu bilden, wobei die Ausgleichsmasse mittels einer Verstelleinrichtung verstellt werden kann, um das Gegenträgheitsmoment angepasst an das Trägheitsmoment der Mahlstation oder der Mahlstationen zu verändern. Erfindungsgemäß umfasst die Kugelmühle einen automatischen Antrieb für die Verstelleinrichtung, mittels welchem die Richtung der Verstellung der Ausgleichsmasse unabhängig von der Drehrichtung der Trägervorrichtung bewirkt werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kugelmühle mit automatisch verstellbarer Ausgleichsmasse, insbesondere eine Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab mit lediglich einer einzigen Mahlstation (Mono-Kugelmühle).
Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung
Kugelmühlen im Labormaßstab werden für ein breites Anwendungsspektrum, insbesondere zum Zerkleinern und Mischen von Proben und zum mechanischen Legieren eingesetzt. Entsprechende Planetenkugelmühlen im Labormaßstab werden seit Jahrzehnten von der Anmelderin unter der Marke pulverisette^® (Baureihen 4 bis 7) gebaut und sind z. B. in DE 197 12 905 , EP 1 945 364 , DE 10 2006 047 481 , EP 1 945 363 , DE 10 2006 047 480 , DE 10 2006 047 479 , EP 1 933 984 , EP 1 933 985 , DE 10 2006 047 498 , EP 2 010 329 , EP 1 981 639 und DE 10 2010 044 254 beschrieben. Ein Überblick über die Labormühlen der Anmelderin findet sich ferner auf deren Website 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 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.
Die auftretenden Kräfte infolge der Drehbewegungen der verschiedenen Bauteile, insbesondere bei einer Planetenkugelmühle können relativ hoch sein, so dass die Mühlen gut ausgewuchtet sein müssen. Bei einer Fliehkraftkugelmühle ist dieses Problem nicht so gravierend, so dass ältere Fliehkraftkugelmühlen sogar ohne oder mit einem festen Ausgleichsgewicht betrieben werden konnten. Bei Labor-Planetenkugelmühlen treten jedoch besonders große Unwuchten oder Kräfte auf. Daher wurden die besagten Labor-Planetenkugelmühlen über Jahrzehnte lediglich mit einer symmetrischen Anordnung aus mehreren Mahlstationen, z. B. zwei oder vier, gebaut. Dennoch gelang der Anmelderin vor einiger Zeit auch die Konstruktion einer Labor-Planetenkugelmühle mit nur einer einzigen Mahlstation und Ausgleichsmasse, die in dem Patent DE 197 12 905 C2 beschrieben ist, welches hiermit vollumfänglich durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird. Eine solche Labor-Planetenkugelmühle wird auch als Mono-Kugelmühle oder genauer als Planeten-Mono(kugel-)mühle bezeichnet und wird unter der Marke ”pulverisette^® 6” vertrieben (vgl. www.fritsch.de).
Die pulverisette^® 6 ist eine Planeten-Monokugelmühle mit einer manuell verschiebbaren Ausgleichsmasse, welche das Trägheitsmoment der einen einzigen Mahlstation kompensiert.
Eine Weiterentwicklung der pulverisette^® 6 ist in dem europäischen Patent EP 1 981 639 derselben Anmelderin beschrieben, bei welcher die Ausgleichsmasse automatisch verstellt wird. Diese Konstruktion stellt zwar bereits eine außerordentlich ausgeklügelte Lösung zur automatischen Verstellung der Ausgleichsmasse dar, allerdings kann die Ausgleichsmasse bei einer bestimmten Umdrehungsrichtung der Trägervorrichtung lediglich in einer Richtung verstellt werden. Wenn dies die falsche Richtung ist (50%-Wahrscheinlichkeit), muss erst die Drehung der Trägervorrichtung umgekehrt werden, bevor die Ausgleichsmasse in der richtigen Richtung verstellt werden kann.
Dies erfordert einen erhöhten Steuerungsaufwand und kann die Dauer der Einstellung der Ausgleichmasse verlängern. Dadurch kann der Mahlvorgang verzögert werden und die Kugelmühle läuft für eine längere Dauer noch mit Unwucht.
Die vorliegende Erfindung stellt eine nochmalige Weiterentwicklung und Verbesserung der in dem europäischen Patent EP 1 981 639 beschriebenen Kugelmühle dar, welche daher hiermit durch Referenz inkorporiert wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kugelmühle der eingangs genannten Art bereit zu stellen, bei welcher die Kompensation der Unwucht schnell und präzise erfolgt, damit die Kugelmühle beim Mahlvorgang eine möglichst geringe Unwucht aufweist sowie eine hohe Maximaldrehzahl ermöglicht und der Mahlvorgang möglichst schnell gestartet werden kann.
Ein besonderer Aspekt der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kugelmühle der eingangs genannten Art mit einem konstruktiv eleganten Antrieb für die Ausgleichsmasse zur Kompensation der Unwucht bereit zu stellen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Es ist ersichtlich, dass der Einsatz einer verstellbaren Ausgleichsmasse für eine Mono-Kugelmühle mit nur einer einzigen Mahlstation von besonderer Bedeutung ist, um das Trägheitsmoment dieser einen Mahlstation zu kompensieren. Im Folgenden wird daher der bevorzugte Fall der Mono-Kugelmühle beschrieben. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung eine verstellbare Ausgleichsmasse zur (Fein)regelung der Unwucht bei einer Kugelmühle mit mehreren symmetrischen Mahlstationen einzusetzen, zum Beispiel um das Trägheitsmoment verschiedener Mahlbecher und/oder Füllungen in den Mahlstationen zu kompensieren und deren Laufruhe weiter zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird demnach eine Mono-Kugelmühle bereit gestellt, insbesondere eine Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab, mit einem Gehäuse, einer Trägervorrichtung, vorzugsweise lediglich einer einzigen Mahlstation, je einem Antrieb für die Trägervorrichtung und die vorzugsweise eine Mahlstation, einer an der Trägervorrichtung angeordneten Masseausgleichseinrichtung mit einer Ausgleichsmasse und einer Verstelleinrichtung zur radialen Verstellung der Ausgleichsmasse, um das Gegenträgheitsmoment angepasst an das – jeweilige, vom Mahlgefäß und der Füllung abhängige – Trägheitsmoment der Mahlstation zu verändern, bzw. um das Trägheitsmoment zu kompensieren. Die Trägervorrichtung rotiert im Betrieb der Mühle relativ zum Gehäuse bzw. im Laborsystem um eine Zentrumsachse. Die Mahlstation umfasst eine Mahlbecher-Aufnahmevorrichtung für zumindest ein Mahlgefäß, ist um eine in Bezug auf die Zentrumsachse exzentrisch gelagerte Aufnahmeachse drehbar zur Trägervorrichtung gelagert und wird von dieser um die Zentrumsachse mitgeführt. Der Antrieb der Trägervorrichtung und der Aufnahmevorrichtung erfolgt vorzugsweise gegenläufig, z. B. mittels gekoppelter Riemenantriebe durch einen einzigen Gesamtantriebsmotor. Ferner umfasst die Mahlstation im Betrieb zumindest ein mit Mahlgut und Mahlkugeln befülltes und in die Aufnahmevorrichtung eingesetztes Mahlgefäß. Der Begriff ”Mahlkugeln” soll auch nicht-sphärische Mahlkörper, wie auf dem Gebiet bekannt, mit einschließen. Das Mahlgefäß wird in der Aufnahmevorrichtung gehalten, wenn es in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt und befestigt ist, um die Mühle zu betreiben. Statt einem Mahlgefäß können auch mehrere Mahlgefäße in der einen Aufnahmevorrichtung übereinander gestapelt werden. Jedenfalls besitzt eine Mono-Kugelmühle keine der einen Mahlstation gegenüberliegende weitere rotierende Mahlstation, um die Unwucht der einen Mahlstation zu kompensieren. Stattdessen ist in Bezug auf die Zentrumsachse gegenüber der Aufnahmevorrichtung die Masseausgleichseinrichtung mit der Ausgleichsmasse angeordnet, um ein Gegenträgheitsmoment für die eine Mahlstation zu bilden. Mit dieser Anordnung kann eine kostengünstige und besonders kompakte Bauweise der Kugelmühle bei gleichzeitig hoher Mahlleistung realisiert werden. Insbesondere kann, anders als bei einer Mühle mit mehreren Mahlstationen, ggf. sogar erreicht werden, dass die Aufnahmevorrichtung, gegebenenfalls sogar das Mahlgefäß, bis jenseits der Zentrumsachse oder Masseausgleichsebene reichen. Erfindungsgemäß besitzt die Mono-Kugelmühle einen von außerhalb der Trägervorrichtung steuerbaren motorischen, mit anderen Worten automatischen Antrieb für die Verstelleinrichtung, mit dem während der Rotation der Trägervorrichtung die Ausgleichsmasse automatisch verstellt werden kann.
Dies ist höchst vorteilhaft, weil eine manuelle Verstellung entfallen kann und die Mühle zum Aufbau mit einem automatischen Regelkreis geeignet ist, so dass der Benutzer sich um die Verstellung der Ausgleichsmasse nicht mehr kümmern muss, egal welches Mahlgefäß verwendet wird oder wie schwer dessen Füllung ist. Ferner bietet die Mühle die Möglichkeit einer sukzessiven drehzahlabhängigen Verstellung bzw. Anpassung und damit einer besonders präzisen Kompensation möglicher Unwucht.
Erfindungsgemäß weist der automatische Antrieb für die Verstelleinrichtung eine Einrichtung zur Drehrichtungsumkehr auf, so dass die Richtung der Verstellung der Ausgleichsmasse unabhängig von der Drehrichtung der Trägervorrichtung bewirkt werden kann, obwohl der automatische Antrieb der Verstelleinrichtung – ohne separaten eigenen Motor – mechanisch aus der Drehung der Trägervorrichtung relativ zu dem Gehäuse bzw. Laborsystem gespeist wird, mit anderen Worten die Antriebsenergie für die Verstellung der Ausgleichsmasse aus der Energie der Drehung der Trägervorrichtung entnommen wird.
Dies ist insbesondere gegenüber der in der EP 1 981 639 beschriebenen Kugelmühle vorteilhaft, da keine Drehrichtungsumkehr der Trägervorrichtung mehr nötig ist, unabhängig davon, in welche Richtung Trägervorrichtung rotiert und unabhängig davon, in welche Richtung die Ausgleichsmasse zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Gegenträgheitsmoments verstellt werden muss. Dadurch kann die Kompensation der Unwucht wesentlich eleganter und schneller erfolgen.
Zur Steuerung umfasst die Kugelmühle vorzugsweise eine Messeinrichtung zur Messung der dynamischen Unwucht und eine Steuereinrichtung, welche den automatischen Antrieb der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von der gemessenen Unwucht steuert, um das Gegenträgheitsmoment mittels der radialen Verschiebung der Ausgleichsmasse automatisch an das Trägheitsmoment der Mahlstation anzupassen, genauer, um das jeweilige Trägheitsmoment verschiedener Mahlgefäße und/oder unterschiedlicher Füllungen der Mahlgefäße zu kompensieren. Mit Vorteil kann somit ein Regelkreis aufgebaut werden, der sogar dynamische Effekte berücksichtigt. Die Masse und der Verschiebungsweg der Ausgleichsmasse sind insbesondere angepasst an die Mahlstation mit beliebigen Mahlgefäßen aus dem Bereich von vorzugsweise 80 ml bis 500 ml, z. B. aus Edelstahl und/oder Achat, zuzüglich der Füllung, bestehend aus Mahlgut und Mahlkugeln bzw. Mahlkörpern.
Ein besonders großer Vorteil der Erfindung liegt darin begründet, dass die mit steigender Drehzahl von sich aus immer kleinere Unwucht-erzeugende Effekte gemessen werden können, da die Vibrations-verursachenden Kräfte bei konstantem Trägheitsmoment mit der Drehzahl zunehmen. Dadurch ist die Empfindlichkeit der Regelung inhärent drehzahlabhängig, so dass je schneller die Mühle dreht, umso präziser nachgestellt werden kann und so die Mühle auch bei höchsten Drehzahlen noch vibrationsarm betrieben werden kann. Dadurch dass die Ausgleichsmasse in beide Richtungen verstellt werden kann, kann bei Übersteuerung des Punktes der minimalen Unwucht während der Rotation ohne Umkehr der Drehrichtung der Trägervorrichtung die Ausgleichsmasse auch wieder in umgekehrte Richtung zurückgefahren werden, wodurch insbesondere aufgrund der drehzahlabhängigen Empfindlichkeit der Unwuchtkompensation eine sehr präzise Feinjustage erfolgen kann.
In vorteilhafter Weise wird die Drehrichtungsumkehr mit einem ein Schaltgetriebe mit Drehrichtungsumkehr bewirkt, was eine einfache und sehr zuverlässige Ansteuerung des automatischen Antriebs für die Verstelleinrichtung erlaubt.
Für die erfindungsgemäße Labor-Kugelmühle hat sich die Verwendung eines Beschleunigungssensors als zweckmäßig erwiesen, um die Unwucht zu messen. Der Beschleunigungssensor ist vorzugsweise ortsfest zur nicht-rotierenden Aufhängung der Trägervorrichtung, z. B. an einer Aufhängungsplatte des Gehäuses unterhalb der Trägervorrichtung befestigt und misst somit die durch die Vibration verursachte Beschleunigung der Aufhängung im Betrieb, d. h. während der Rotation der Trägervorrichtung, insbesondere die Größe und/oder Richtung der Beschleunigung. Ferner vorzugsweise misst der Beschleunigungssensor die Beschleunigung zumindest zweidimensional in der Ebene quer zur Zentrumsachse.
Soll die Richtung der Unwucht bestimmt werden, weist die Kugelmühle vorzugsweise Mittel zum Detektieren der Winkelstellung der Trägervorrichtung während der Rotation um die Zentrumsachse auf. Als zweckmäßig hat sich hierfür eine Magnetanordnung mit Magneten an der Trägervorrichtung, vorzugsweise an deren Unterseite, erwiesen, welche mittels ortsfesten Hallsensoren detektiert werden, wobei die Magnetanordnung eine z. B. räumliche Kodierung besitzt, um bestimmte Winkelstellungen eindeutig zu identifizieren. Zur Detektion der Winkelstellung der Trägervorrichtung werden die Signale der Hallsensoren von der Steuereinrichtung laufend während der Rotation der Trägervorrichtung ausgewertet und die ermittelte Winkelstellung mit dem Messergebnis des Beschleunigungssensors synchronisiert. Damit kann die Steuereinrichtung die Richtung ermitteln, in die die Ausgleichsmasse verschoben werden muss, um die Unwucht zu verringern und nicht zu vergrößern.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Verstellenergie mechanisch auf. die rotierende Trägervorrichtung zu übertragen. Gemäß einer dementsprechend bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der automatische Antrieb für die Verstelleinrichtung eine koaxial innerhalb der Zentrumsachse verlaufende Antriebswelle, welche drehfest zu dem Gehäuse befestigt ist, also im Laborsystem nicht rotiert. Die Trägervorrichtung ist drehbar zu der Antriebswelle gelagert, so dass die Trägervorrichtung um die im Laborsystem nicht rotierende Antriebswelle herum rotiert. Die Zentrumsachse ist vorzugsweise als Hohlachse ausgebildet, und die Antriebswelle ragt mit einem oberen und unteren Ende aus der Hohlachse heraus. Das obere Ende der zentralen Antriebswelle ist über ein Getriebe mechanisch mit der Verstelleinrichtung gekoppelt, so dass die Ausgleichsmasse radial zur Zentrumsachse verschiebbar ist, wenn die Trägervorrichtung relativ zu der Antriebswelle gedreht wird und wenn das Getriebe die Verstelleinrichtung antreibt. Der Begriff „radial zur Zentrumsachse” soll nicht ausschließen, dass zusätzlich zu einer radial senkrechten Komponente auch eine axiale Komponente der Verstellung vorhanden ist, d. h. z. B. eine schräge Verstellung der Ausgleichsmasse erfolgt, um weitere Komponenten des Trägheitstensors verändern zu können.
Das Schaltgetriebe mit Drehrichtungsumkehr definiert vorzugsweise drei Getriebezustände, nämlich erstens einen Leerlaufzustand, zweitens einen ersten Antriebszustand zum Verschieben der Ausgleichsmasse in einer ersten Richtung und drittens einen zweiten Antriebzustand zum Verschieben der Ausgleichsmasse in einer zweiten, der ersten Richtung entgegen gesetzten Richtung.
Der automatische Antrieb für die Verstelleinrichtung umfasst neben der Antriebswelle vorzugsweise einen Linearaktuator, welcher die Antriebswelle parallel zur Zentrumsachse verschiebt, um die Drehrichtungsumkehr des Getriebes zu schalten. Die Antriebswelle bildet demnach gleichzeitig eine Steuerstange zu Schalten des Getriebes, was eine einfache, platzsparende und zuverlässige Lösung darstellt.
Der Linearaktuator zur axialen Verschiebung der Antriebswelle/Steuerstange ist vorzugsweise an der Bodenplatte des Gehäuses befestigt und treibt die axiale Verschiebung der Antriebswelle/Steuerstange an deren unterem Ende an, welches aus der Hohlachse nach unten herausragt. Diese Anordnung ist platzsparend und wartungsfreundlich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe ein schaltbares Kegelzahnradgetriebe mit einem sich gegenüber liegenden Kegelzahnradpaar axial auf der Antriebswelle. Quer zu der Antriebswelle steht das Kegelzahnradpaar entgegen gesetzt in Eingriff mit einem dritten Kegelzahnrad, welches die Verstelleinrichtung antreibt. Mittels der Linearverschiebung der Antriebswelle wird selektiv entweder das erste Kegelzahnrad des Kegelzahnradpaares oder das zweite Kegelzahnrad des Kegelzahnradpaares in schlüssige Verbindung mit der Antriebswelle gebracht, um das dritte Kegelzahnrad, welches mit dem ersten und zweiten Kegelzahnrad auf gegenüberliegenden Seiten in Eingriff steht, entweder linksherum oder rechtsherum anzutreiben, je nachdem welches der beiden ersten und zweiten Kegelzahnräder mit der Antriebswelle in schlüssige Verbindung gebracht wird.
Demnach sind die drei Getriebezustände des Kegelzahnradgetriebes:

a) ein Leerlaufzustand, in welchem das Kegelzahnradgetriebe frei mit der Trägervorrichtung um die Antriebswelle rotiert, so dass keine Verstellung der Verstelleinrichtung stattfindet,
b) ein erster Antriebszustand, in welchem die Antriebswelle mit dem ersten Kegelzahnrad in Eingriff steht, um das dritte Kegelzahnrad und damit die Verstelleinrichtung in eine erste Richtung anzutreiben und
c) ein zweiter Antriebszustand, in welchem die Antriebswelle mit dem zweiten Kegelzahnrad in Eingriff steht, um bei gleicher Drehrichtung der Trägervorrichtung das dritte Kegelzahnrad und damit die Verstelleinrichtung in eine zweite Richtung anzutreiben, welche der ersten Richtung entgegen gesetzt ist.

D. h. der von außerhalb der Trägervorrichtung steuerbare automatische Antrieb der Verstelleinrichtung erfolgt indirekt mittels des Gesamtantriebsmotors der Mühle durch steuerbaren Kraftschluss zwischen der Antriebswelle und dem Kegelzahnradgetriebe.
Bevorzugt umfasst die Verstelleinrichtung einen Spindeltrieb zur radialen Verschiebung der Ausgleichsmasse, z. B. aus einer Gewindespindel und einem korrespondierendem Innengewinde. Der Spindeltrieb kann mittels der Richtungsumschaltung des Getriebes demnach unabhängig von der Drehrichtung der Trägervorrichtung wahlweise in beiden Richtungen angetrieben werden. Wird die Antriebswelle mit dem Getriebe in schlüssige Verbindung versetzt, überträgt so der Antrieb aus Antriebswelle und Getriebe die Bewegung bzw. Kraft auf die Verstelleinrichtung, genauer auf den Spindeltrieb, der die Ausgleichsmasse radial verschiebt. Die Gewindespindel erstreckt sich vorzugsweise durch ein Innengewinde in der z. B. im Wesentlichen U-förmigen Ausgleichsmasse entlang deren Symmetrieachse.
Der Abtrieb des Kegelzahnradgetriebes zur Verstelleinrichtung erfolgt demnach mittels des dritten Kegelzahnrads, welches den Spindelantrieb antreibt, wenn das Getriebe in einem der beiden Antriebszustände ist. Zweckmäßig treibt das dritte Kegelzahnrad direkt die Spindel des Spindelantriebs an.
In dem Leerlaufzustand verhindert die Selbsthemmung des Spindeltriebs der Verstelleinrichtung eine interne Rotation des Kegelzahnradgetriebes, d. h. eine relative Rotation zwischen den Kegelzahnrädern. Zur Rotation des dritten Kegelzahnrades um seine quer zur Zentrumsachse verlaufende Achse und damit zum Antrieb der Verstelleinrichtung braucht aber lediglich die Selbsthemmung des Spindeltriebs überwunden werden.
Vorzugsweise erstreckt sich die Antriebswelle koaxial durch das erste und zweite Kegelzahnrad und weist hier zwischen einen Mitnehmer für das erste und zweite Kegelzahnrad auf. In dem Leerlaufzustand rotieren das Kegelzahnradpaar und damit das Kegelzahnradgetriebe frei um die Antriebswelle. Die Antriebswelle kann nun durch axiale Linearverschiebung entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Kegelzahnrad in Antriebsverbindung gebracht werden, in dem der Mitnehmer eine schlüssige, zweckmäßig haftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung mit dem jeweiligen ersten oder zweiten Kegelzahnrad eingeht. Hierdurch wird jeweils das entsprechende erste oder zweite Kegelzahnrad relativ zu dem Gehäuse rotatorisch festgesetzt, da die Antriebswelle nicht drehbar zu dem Gehäuse ist. Somit wird jeweils das entsprechende erste oder zweite Kegelzahnrad relativ zu der Trägervorrichtung in Drehung versetzt, was wiederum das dritte Kegelzahnrad in Rotation quer zur Zentrumsachse versetzt und somit die Verstelleinrichtung antreibt. Durch die wahlweise schlüssige Verbindung mit dem ersten oder zweiten Kegelzahnrad kann das dritte Kegelzahnrad und damit die Verstelleinrichtung unabhängig von der Drehrichtung der Trägervorrichtung in die jeweils gewünschte Richtung angetrieben werden. Der Mitnehmer ist z. B. als Verdickung der Antriebswelle ausgebildet, um einen Kegelsitz, einen Kugelsitz, einen Plansitz eines Zylinders oder ähnliche Kupplungsmechanismen zu bilden. Allerdings ist auch formschlüssiger Eingriff denkbar.
Vorzugsweise umfasst die Kugelmühle ferner einen Schaltzustandsdetektor an der Antriebswelle, welcher die axiale Position der Antriebswelle erfasst, um zumindest einen Schaltzustand, insbesondere den Leerlaufzustand des Getriebes zu detektieren.
Vorzugsweise umfasst die Trägervorrichtung eine mitrotierende Haltevorrichtung für die Ausgleichsmasse, an welcher die Ausgleichsmasse radial verschiebbar aufgehängt ist. Das Kegelzahnradgetriebe ist dabei an der Haltevorrichtung befestigt, um mit der Trägervorrichtung mitzurotieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der automatische Antrieb der Verstelleinrichtung eine Rutschkupplung, welche bis zu einem vordefinierten Maximaldrehmoment die Spindel antreibt und durchrutscht, wenn das Maximaldrehmoment überschritten wird, z. B. wenn die Ausgleichsmasse gegen einen Anschlag läuft (z. B. äußerste Innen oder Außenposition) und der Antrieb, z. B. aufgrund eines Steuerfehlers weiterhin versucht, die Verstelleinrichtung anzutreiben. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein Getriebe- oder Antriebsschaden verhindert werden.
Demnach stellt die Erfindung eine Kugelmühle zur Verfügung, bei welcher die Unwucht während der Rotation der Trägervorrichtung gemessen und die Ausgleichsmasse in Abhängigkeit der gemessenen Unwucht verstellt wird, um mit dem Gegenträgheitsmoment automatisch gesteuert das Trägheitsmoment der Mahlstation zu kompensieren und einen vibrationsarmen Lauf zu gewährleisten und zwar in beide Richtungen unabhängig von der Drehrichtung der Trägervorrichtung.
Vorzugsweise wird die Trägervorrichtung bis zu einer Solldrehzahl beschleunigt und die Unwucht wird während der Beschleunigung fortlaufend, insbesondere regelmäßig oder kontinuierlich gemessen und an die Steuereinrichtung übermittelt. In Abhängigkeit von der gemessenen Unwucht wird die Verstellung der Ausgleichsmasse gesteuert, so dass ein Regelkreis zur Verstellung der Ausgleichsmasse gebildet ist. Die Regelung erfolgt zumindest solange bis die Kugelmühle die Solldrehzahl erreicht hat, vorzugsweise sogar bis zum Ende des Mahlvorgangs. Mit anderen Worten wird das Gegenträgheitsmoment mittels des Rückkopplungssignals der Messeinrichtung an die Steuereinrichtung laufend zumindest während des Hochfahrens der Kugelmühle geregelt. Die gemessene Unwucht wird also zumindest während der gesamten Dauer des Hochfahrens an die Steuereinrichtung übermittelt und ausgewertet, um die Verstellung der Ausgleichsmasse bei steigender Drehzahl laufend zu steuern, wobei die Nachregelung des Gegenträgheitsmoments schrittweise oder in mehreren Schritten erfolgen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei 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 gemeinsam mit anderen Merkmalen beschrieben sind.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Ansicht einer Planeten-Monokugelmühle mit geöffnetem Gehäuse,
2 einen Querschnitt durch die Trägervorrichtung mit Mahlstation, Ausgleichsmasse und Gehäuse-Bodenplatte,
3 eine dreidimensionale Ansicht der Trägervorrichtung mit ausgeblendeter Mahlstation von schräg oben,
4 ein Querschnitt durch 3,
5a ein Querschnitt durch das Kegelradgetriebe im Leerlaufzustand,
5b ein Querschnitt durch das Kegelradgetriebe im ersten Antriebszustand,
5c ein Querschnitt durch das Kegelradgetriebe im zweiten Antriebszustand,
6 einen vergrößerten Ausschnitt aus 2,
7 eine schematische Ansicht der inneren Stirnseite der Gewindespindel,
8 einen vergrößerten Ausschnitt aus 4 im Bereich des Linearaktuators,
9 eine Ansicht auf die Gehäuse-Bodenplatte von schräg unten.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine erfindungsgemäße Planeten-Monokugelmühle 1 mit einem Gerätegehäuse 2. Das Gerätegehäuse 2 besitzt einen Gehäusedeckel 4, der geöffnet werden kann, um an den inneren Mahlraum 6 der Planeten-Monokugelmühle 1 zu gelangen, in welchem die Trägervorrichtung 8 rotiert. Der Gehäusedeckel 4 ist in diesem Beispiel als Drehdeckel ausgebildet, es kann aber z. B. auch ein Klappdeckel verwendet werden. Auf der Trägervorrichtung 8 ist eine einzige Mahlstation 10 mit einem oder mehreren übereinander gestapelten Mahlgefäßen 12 exzentrisch drehbar gelagert. Auf der Trägervorrichtung 8 ist gegenüber der Mahlstation 10 eine Masseausgleichseinrichtung 14 zur Kompensation des Trägheitsmoments der einen (einzigen) Mahlstation 10 angeordnet.
Bezug nehmend auf 2 weist die Mahlstation 10 eine Aufnahmevorrichtung 16 zur Aufnahme des Mahlgefäßes 12 auf, in welcher das Mahlgefäß 12 fest verspannt ist, um den hohen dynamischen Kräften, welche bei einer Planetenkugelmühle auftreten, standzuhalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Mahlgefäß eine Größe von 500 ml, was für eine Labor-Planetenkugelmühle bereits ein relativ großes Mahlgefäß darstellt und die Trägervorrichtung rotiert mit einer Maximaldrehzahl von etwa bis zu 800 Umdrehungen pro Minute. Dies sind für eine derartige Mühle relativ anspruchsvolle Voraussetzungen. Die Erfindung ist aber auch für Labor-Planetenkugelmühlen mit kleineren Mahlgefäßen, z. B. 80 ml oder 250 ml einsetzbar.
Die Trägervorrichtung 8 umfasst zwei miteinander verschraubte, scheibenförmige Blöcke 18, 19, in Form einer Riemenscheibe 18 und einer Trägerscheibe 19. Ein Gesamtantriebsmotor versetzt mittels eines Keilriemens (beides nicht dargestellt) über die Riemenscheibe 18 die Trägervorrichtung 8 in Rotation um die Zentrumsachse 20, wodurch die Mahlstation 10 mit der Trägerscheibe 19 auf einer Kreisbahn um die Zentrumsachse 20 umläuft. Über einen zu dem Riemenantrieb der Riemenscheibe 18 gekoppelten Zahnriemenantrieb 22 wird zusätzlich die Eigenrotation der Mahlstation 10 um die exzentrisch gelagerte Planetenachse 24 angetrieben, so dass die Mahlstation um die Zentrums- oder Sonnenachse 20 umläuft und gleichzeitig um ihre eigene Planetenachse 24 rotiert. In diesem Ausführungsbeispiel einer Planetenkugelmühle sind diese beiden Drehrichtungen gegenläufig.
Die Zentrumsachse 20 ist starr an der Gehäuse-Bodenplatte 32 befestigt und weist hierzu einen Befestigungsflansch 34 auf, welcher mit Schrauben 36 mit der Gehäuse-Bodenplatte 32 verschraubt ist. Die Trägervorrichtung 8 ist mittels zwei Kugellagern 28, 30 auf der ortsfesten Zentrumsachse 20, die als Lagerzapfen ausgebildet ist, drehbar gelagert. Die Gehäuse-Bodenplatte 32 besitzt ferner schwingungsdämpfende Standfüße 38.
Der gekoppelte Riemenantrieb 22 umfasst ein erstes Zahnriemenrad 26, welches zwischen den zwei Kugellagern 28, 30 an der Zentrumsachse 20 befestigt ist und ein zweites Zahnriemenrad 27, mittels welchem die Eigen-Rotation der Mahlstation 10 um die Planetenachse 24 über den Zahnriemen 31 angetrieben wird. Bei der vorliegenden Planeten-Monokugelmühle beträgt das Drehzahlverhältnis der Eigen-Rotation der Mahlstation 10 um die Planetenachse 24 relativ zu der Umlauf-Drehung um die Zentrumsachse 20 (sogenanntes relatives Drehzahlverhältnis k) k = –2. Ein ganzzahliges relatives Drehzahlverhältnis wie k = –2 hat den Vorteil, dass die Mahlstation 10 immer in derselben Orientierung an der vorderen Entnahmeposition unter dem Dreh-Gehäusedeckel 4 positioniert wird. Wenn das nicht notwendig ist, können, ggf. in Verbindung mit einem anderen Achsabstand, auch andere relative Drehzahlverhältnisse, insbesondere zwischen k = –1,6 und k = –2,2, bzw. zwischen k = –1,7 und –2,0 in Betracht kommen. Bei einem Drehzahlverhältnis in diesen Bereichen findet ein besonders hoher Energieeintrag in das Mahlgut statt, so dass eine hohe Mahlleistung erzielt werden kann.
Die Zentrumsachse 20 ist als Hohlachse ausgebildet, wobei sich axial in dem zentralen Kanal 21 der Zentrumsachse 20 eine Antriebswelle 40 erstreckt. Sowohl die Zentrumsachse 20 als auch die Antriebswelle 40 stehen drehfest im Laborsystem und die Trägervorrichtung rotiert mit der Mahlstation 10 einerseits und der Masseausgleichseinrichtung 14 andererseits um die Zentrumsachse 20 und die Antriebswelle 40.
Bezug nehmend auf die 2 bis 4 umfasst die Masseausgleichseinrichtung 14 eine starre, mit der Trägerscheibe 19 der Trägervorrichtung 8 verbundene Haltevorrichtung 44 für die Ausgleichsmasse 46. Die Ausgleichsmasse 46 hat im Horizontalschnitt im Wesentlichen eine gespreizte U-Form mit einem Mittelabschnitt 48 und zwei sich schräg nach außen erstreckenden Schenkeln 50, 52. Diese Formgebung der Ausgleichsmasse 46 ist platzsparend, da die Schenkel 50, 52 zur Minimierung des Gegenträgheitsmoments bis jenseits der Zentrumsachse 20 gefahren werden können.
Die Ausgleichsmasse 46 ist quer zur Zentrumsachse 20 linear verschiebbar in der Haltevorrichtung 44 gelagert. Verschiedene Mahlgefäße 12 besitzen unterschiedliche Massen, z. B. aufgrund unterschiedlicher Materialien, Wandstärken oder Mahlgefäßgrößen, und damit unterschiedliche Trägheitsmomente bezogen auf die Zentrumsachse 20. Im vorliegend dargestellten Beispiel ist das Mahlgefäß 12 ein doppelwandiges Mahlgefäß mit einem 500 ml-Mahlbecher 54, bestehend aus einer Edelstahlfassung 56 und einem Achat-Inlet 58. Der Mahlbecherdeckel 60 besteht ebenfalls aus einer Edelstahlfassung 62 und einem Achat-Inlet 64. Außer dem Mahlbecher 54 selbst trägt aber auch die Mahlbecherfüllung (nicht dargestellt) aus Mahlkugeln und Mahlgut zum veränderlichen Trägheitsmoment der Mahlstation 10 bei. Das Trägheitsmoment der Mahlstation 10 wird durch das Gegenträgheitsmoment der Haltevorrichtung 44 und der radial verschiebbaren Ausgleichsmasse 46 ausgeglichen. Das Gegenträgheitsmoment der Massenausgleichseinrichtung 14 ist demnach zur Kompensation des veränderlichen Trägheitsmomentes der Mahlstation 10 veränderbar, in dem die Ausgleichsmasse 46 radial in Bezug auf die Zentrumsachse 20 verschoben wird. Der lineare radiale Antrieb und damit die Verstellung der Ausgleichsmasse 46 erfolgt über eine Verstelleinrichtung 65, welche eine Gewindespindel 66 und einen Gewindeeinsatz 68 in der Ausgleichsmasse 46, in welchem die Gewindespindel 66 geführt wird, umfasst.
Bezug nehmend auf die 5a bis 5c erfolgt der Antrieb der radial zur Zentrumsachse 20 und Antriebswelle 40 verlaufenden Gewindespindel 66 über ein schaltbares in diesem Beispiel als Kegelradgetriebe 70 ausgebildetes Umlaufgetriebe, welches an der Haltevorrichtung 44 befestigt ist. Hierzu weist das Kegelradgetriebe 70 eine U-förmige Halterung 72 auf, welche mit Schrauben 74 an einem senkrechten Träger 45 der Haltevorrichtung 44 befestigt ist.
In der Halterung 72 sind ein oberes und unteres Kegelzahnrad 76, 78 mittels Kugellagern 80, 82 drehbar gelagert. Die beiden Kegelzahnräder 76, 78 weisen jeweils eine koaxiale zentrale Bohrung 84, 86 auf, durch welche sich die vertikale Antriebswelle 40 hindurch erstreckt. Das obere und untere Kegelzahnrad 76, 78 stehen sich entgegengesetzt stirnseitig gegenüber und greifen auf gegenüberliegenden Seiten in das dritte Kegelzahnrad 88 ein, welches auf der horizontalen Antriebswelle 90 der Gewindespindel 66 sitzt und diese unmittelbar antreibt. Die Antriebswelle 40 ist mit Lagern 81, 83 dreh- und linear verschiebbar in dem Getriebe 70 gelagert.
Die Antriebswelle 40 weist zwischen dem oberen und unteren Kegelzahnrad 76, 78 einen Mitnehmer in Form einer Verdickung 92 auf. 5a zeigt den Leerlaufzustand des Kegelzahnradgetriebes 70, wobei sowohl das obere als auch das untere Kegelzahnrad 76, 78 nicht in Eingriff mit der Antriebswelle 40 stehen, sondern frei um die Antriebswelle 40 rotieren, da sich der Mitnehmer 92 in einer Neutralposition befindet und mit keinem der beiden Kegelzahnräder 76, 78 in schlüssigem Eingriff steht. Demnach rotiert in dem in 5a dargestellten Leerlaufzustand das gesamte Kegelzahnradgetriebe 70 freilaufend um die Antriebswelle 40, so dass die horizontale Antriebswelle 90 bzw. die Gewindespindel 66 nicht angetrieben werden. In dem Leerlaufzustand verhindert die Selbsthemmung des Spindeltriebs 66, 68 eine radiale Bewegung der Ausgleichsmasse 46, so dass sich das Gegenträgheitsmoment nicht verändert.
Um die Ausgleichsmasse 46 während der Rotation der Trägervorrichtung 8 zu verstellen, wird die Antriebswelle 40 entweder nach oben (5b) oder nach unten (5c) verschoben, bis der Mitnehmer 92 entweder mit dem oberen Kegelzahnrad 76 oder mit dem unteren Kegelzahnrad 78 in schlüssigem Eingriff steht. Dann wird bei gleicher Drehrichtung der Trägervorrichtung 8 entweder das obere Kegelzahnrad 76 relativ zum Gerätegehäuse 2 still gesetzt und damit die horizontale Antriebswelle 90 in der einen Richtung angetrieben oder das untere Kegelzahnrad 78 wird relativ zum Gerätegehäuse 2 still gesetzt und damit die horizontale Antriebswelle 90 in der anderen Richtung angetrieben, da das Getriebe 70 um die Antriebswelle 40 rotiert und ein Zwang zwischen dem jeweils still gesetzten Kegelzahnrad 76 bzw. 78 einerseits und dem dritten Kegelzahnrad 88 andererseits entsteht. Somit kann ohne Drehrichtungsumkehr der Trägervorrichtung 8 der Spindeltrieb 66, 68 die Ausgleichsmasse 46 wahlweise hin zu größerem Gegenträgheitsmoment (nach außen) oder hin zu kleinem Gegenträgheitsmoment (nach innen) bewegen. Die Antriebswelle 40 fungiert somit gleichzeitig als Schubstange zur Steuerung des Schaltgetriebes 70.
Der Eingriff der Antriebswelle 40, bzw. des Mitnehmers 92 innerhalb der Hohlbohrung 84 bzw. 86 mit dem oberen bzw. unteren Kegelzahnrad 76, 78 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel kraftschlüssig mittels eines Kegelsitzes zwischen dem Mitnehmer 92 und dem jeweiligen Kegelzahnrad 76 bzw. 78. Hierzu weist der Mitnehmer bzw. die Verdickung 92 konische Endabschnitte 92a, 92b auf und die beiden Kegelzahnräder 76, 78 besitzen passende konische Bohrungen 84, 86.
Bezug nehmend auf die 6 und 7 umfasst die Gewindespindel 66 die horizontale bzw. zentrale radial verlaufende Antriebswelle 90 und eine koaxiale Gewindehülse 94, wobei die horizontale Antriebswelle 90 beidseitig in der Haltevorrichtung 44 drehbar gelagert ist. Der Antrieb der Gewindehülse 94 und damit der Ausgleichsmasse 46 erfolgt von der horizontalen Antriebswelle 90 über eine Rast- und Rutschkupplung 96. Die Rast- und Rutschkupplung 96 umfasst ein gefedertes Kugeldruckstück 98, welches in einer Querbohrung 100 der horizontalen Antriebswelle 90 verläuft und radial in Längsnuten 102 in der Gewindehülse 94 formschlüssig eingreift. Mit dieser internen formschlüssigen Rast- und Rutschkupplung 96 wird die Gewindespindel 66 bis zu einem vordefinierten Maximaldrehmoment über die Rastverbindung 98, 102 angetrieben. Somit wird die äußere Gewindehülse 94 von dem federnden Druckstück 98 mitgenommen, um die Gewindespindel 66 anzutreiben, sofern das maximale Mitnahmedrehmoment des federnden Druckstücks 98 in den Längsnuten 102 nicht überschritten wird. Wird das maximale Mitnahmedrehmoment des Kugeldruckstücks 98 in den Längsnuten 102, kurz Maximaldrehmoment, jedoch überschritten, z. B. wenn die Ausgleichsmasse gegen den inneren oder äußeren Anschlag 104, 106 läuft, rutscht die Rast- und Rutschkupplung 96 durch, um die Mechanik vor Zerstörung zu bewahren.
Bezug nehmend auf die 8 und 9 wird die Antriebswelle 40 durch einen Linearaktuator 108 axial linear angetrieben, der in einer Öffnung 110 in der Bodenplatte 32 befestigt ist. Für das Ausführungsbeispiel wird ein Linearaktuator des Typs L4218M1404 der Firma Nanotec verwendet (vgl. www.nanotec.de). Der Linearaktuator 108 ist mit einem Flanschblech 116 von unten an der Bodenplatte 32 befestigt. Die Antriebswelle 40 umfasst an ihrem unteren Ende 112 ein Achs- oder Wellenstück 114, welches zu dem Linearaktuator 108 gehört, und unmittelbar von dem Linearaktuator 108 linear angetrieben wird, um die gesamte Antriebswelle 40 axial linear zu verschieben.
Das Achs- oder Wellenstück 114 des Linearaktuators 108 und damit die Antriebswelle 40 ragen an der Unterseite des Linearaktuators 108 aus diesem heraus. An diesem unteren Ende 112 ist die Antriebswelle 40 mit einer Wegerfassungseinrichtung 118 gekoppelt, welche die axiale Position der Antriebswelle 40 erfasst. In dem vorliegenden Beispiel ist hierzu eine Blende 120 am unteren Ende der Antriebswelle 40 befestigt, welche axial mit der Antriebswelle 40 mitverschoben wird und deren Axialposition von einer Lichtschranke 122 erfasst wird. Die Lichtschranke ist mit einer Platine 126 an dem Flanschblech 116 befestigt. Die Antriebswelle 40, einschließlich des Achs- oder Wellenstücks 114 des Linearaktuators 108 ragt demnach nach unten aus der Bodenplatte 32 heraus, um die axiale Position der Antriebswelle 40 zu detektieren.
Die Wegerfassungseinrichtung 118 detektiert in dem dargestellten Beispiel die Neutrallage der Schubstange bzw. der Antriebswelle 40, d. h. den Leerlaufzustand des Getriebes 70 und ist somit ein Beispiel für einen Schaltzustandsdetektor für das Getriebe 70. Für den oberen bzw. unteren Antriebszustand des Getriebes 70 wird die Schubstange bzw. die Antriebswelle 40 von dem Linearaktuator nach oben bzw. nach unten weiter in das jeweilige Kegelzahnrad 76, 78 geschoben, wodurch die Verdickung 92 der Antriebswelle 40 in dem jeweiligen Kegelzahnrad 76, 78 schlüssig still setzend und damit indirekt antreibend eingreift. Wenn die Antriebswelle 40 in dem jeweiligen Kegelzahnrad 76, 78 still setzend auf Block geschoben wird, steigt der Stromverbrauch des Linearaktuators 108 an. Mittels einer Strommesseinrichtung werden der Stromanstieg und damit die obere bzw. untere Endlage der Antriebswelle 40, d. h. der erste bzw. zweite Antriebszustand detektiert. Es ist allerdings auch denkbar, alle drei Zustände mit derselben Messeinrichtung, z. B. über eine Lichtschrankenanordnung oder einen Drehmessgeber an der Gewindespindel 66 als Schaltzustandsdetektor zu detektieren.
Wieder Bezug nehmend auf 2 ist an dem Gerätegehäuse 2, genauer an der Bodenplatte 32 ein zweidimensional messender Beschleunigungssensor 128 befestigt. Rotiert die Trägervorrichtung 8 und ist die Ausgleichsmasse 46 nicht optimal eingestellt, so vibriert die Trägervorrichtung 8 und überträgt diese Vibration auf die Aufhängung mit der Bodenplatte 32. Der Beschleunigungssensor 128 misst die Richtung und Größe in beiden Dimensionen (x- und y-Richtung) der Horizontalebene der durch die Unwuchtsvibrationen erzeugten Beschleunigung der Bodenplatte 32. Der gemessene Beschleunigungsvektor rotiert quer zur Zentrumsachse 20 und spannt somit eine Beschleunigungsellipse auf, deren Größe ein Maß für die Unwucht darstellt. Die Beschleunigungsellipse kann aufgrund unterschiedlicher Steifigkeit in den beiden Dimensionen der Horizontalebene signifikant exzentrisch sein. Daher ist es für die Qualität des Steuersignals vorteilhaft, die Größe der Beschleunigung entlang der ersten Hauptachse der Ellipse zu Bestimmen und diese als Messgröße für die Steuereinrichtung 130 zu verwenden, mittels welcher die automatische Verstellung der Ausgleichsmasse 46 gesteuert wird.
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 den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19712905 [0002]
EP 1945364 [0002]
DE 102006047481 [0002]
EP 1945363 [0002]
DE 102006047480 [0002]
DE 102006047479 [0002]
EP 1933984 [0002]
EP 1933985 [0002]
DE 102006047498 [0002]
EP 2010329 [0002]
EP 1981639 [0002, 0009, 0011, 0019]
DE 102010044254 [0002]
DE 19712905 C2 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

www.fritsch.de [0002]
www.fritsch.de [0007]
www.nanotec.de [0068]

Claims

Kugelmühle (1), insbesondere Planeten- oder Fliehkraftkugelmühle im Labormaßstab, umfassend ein Gehäuse (2), eine Trägervorrichtung (8), die relativ zum Gehäuse (2) um eine Zentrumsachse (20) drehbar gelagert ist, zumindest eine Mahlstation (10) mit einer Aufnahmevorrichtung (16) für zumindest ein Mahlgefäß, die um eine Planetenachse (24) drehbar zur Trägervorrichtung (8) gelagert ist und von dieser um die Zentrumsachse (20) mitgeführt wird und zumindest einem mit Mahlgut und Mahlkugeln befüllbaren und in die Aufnahmevorrichtung (16) einsetzbaren Mahlgefäß (12), einen Antrieb (18) für die Trägervorrichtung (8), einen Antrieb (22) für die Aufnahmevorrichtung (16), eine Masseausgleichseinrichtung (14) mit einer verstellbaren Ausgleichsmasse (46), um ein Gegenträgheitsmoment für die Mahlstation oder die Mahlstationen (10) zu bilden, eine Verstelleinrichtung (65) zur Verstellung der Ausgleichsmasse (46), um das Gegenträgheitsmoment angepasst an das Trägheitsmoment der Mahlstation oder der Mahlstationen (10) zu verändern, einen automatischen Antrieb (40, 70, 92, 108) für die Verstelleinrichtung (65), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse (46) unabhängig von der Drehrichtung der Trägervorrichtung (8) in unterschiedliche Richtungen verstellbar ist, in dem der automatische Antrieb (40, 70, 92, 108) für die Verstelleinrichtung (65) eine Einrichtung zur Drehrichtungsumkehr (70, 92) aufweist.
Kugelmühle (1) nach Anspruch 1, ausgebildet als Mono-Kugelmühle mit nur einer einzigen Mahlstation (10), wobei die Masseausgleichseinrichtung (14) mit der verstellbaren Ausgleichsmasse (46) in Bezug auf die Zentrumsachse (20) gegenüber der einen Mahlstation (10) angeordnet ist, um ein Gegenträgheitsmoment für die eine Mahlstation (10) zu bilden.
Kugelmühle (1) nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Messeinrichtung (128) zur Messung der Unwucht, und eine Steuereinrichtung (130), welche den automatischen Antrieb (40, 70, 92, 108) der Verstelleinrichtung (65) in Abhängigkeit der gemessenen Unwucht steuert, um das Gegenträgheitsmoment mittels Verschiebung der Ausgleichsmasse (46) automatisch an das Trägheitsmoment der Mahlstation oder der Mahlstationen (10) anzupassen, wobei die Verschiebung der Ausgleichsmasse (46) automatisch in derjenigen Richtung gesteuert wird, in welcher die Unwucht verringert wird, ohne die Drehrichtung der Trägervorrichtung (8) umzukehren.
Kugelmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zur automatischen Verstellung der Ausgleichsmasse (46) eingesetzte Energie der Rotationsenergie der Trägervorrichtung (8) entnommen wird.
Kugelmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der automatische Antrieb (40, 70, 92, 108) für die Verstelleinrichtung (65) eine Antriebswelle (40) umfasst, wobei die Trägervorrichtung (8) relativ zu der Antriebswelle (40) drehbar gelagert ist und wobei die Antriebswelle (40) mittels eines Getriebes (70) mit der Verstelleinrichtung (65) gekoppelt ist, derart dass die Ausgleichsmasse (46) radial verschiebbar ist, wenn die Trägervorrichtung (8) relativ zu der Antriebswelle (40) gedreht wird.
Kugelmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zur Drehrichtungsumkehr (70, 92) ein Getriebe (70) mit Drehrichtungsumkehr umfasst.
Kugelmühle (1) nach Anspruch 6, wobei der automatische Antrieb (40, 70, 92, 108) für die Verstelleinrichtung (65) eine Antriebswelle (40) und einen Linearaktuator (108) umfasst, welcher die Antriebswelle (40) parallel zur Zentrumsachse (20) verschiebt, um die Drehrichtungsumkehr des Getriebes (70) zu schalten.
Kugelmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zentrumsachse (20) als Hohlachse ausgebildet ist und der automatische Antrieb (40, 70, 92, 108) für die Verstelleinrichtung (65) eine Antriebswelle (40) umfasst, welche koaxial innerhalb der Hohlachse (20) verläuft und drehfest relativ zu dem Gehäuse (2) montiert ist, so dass die Trägervorrichtung (8) beim Betrieb der Kugelmühle (1) koaxial um die im Laborsystem feststehende Antriebswelle (40) rotiert.
Kugelmühle (1) nach Anspruch 8, wobei der automatische Antrieb (40, 70, 92, 108) ein schaltbares Kegelradgetriebe (70) aufweist, wobei die Antriebswelle (40) linear zumindest zwischen drei Positionen verschiebbar ist, um zumindest die folgenden drei Schaltzustände des Getriebes (70) zu schalten: a) einen Leerlaufzustand, in welchem das Kegelradgetriebe mit der Trägervorrichtung (8) frei um die Antriebswelle (40) rotiert, so dass keine Verstellung der Verstelleinrichtung (65) stattfindet, b) einen ersten Antriebszustand, in welchem die Antriebswelle (40) mit einem ersten Kegelrad (76) in Eingriff steht, um einen Antrieb der Verstelleinrichtung (65) in eine erste Richtung zu bewirken und c) einen zweiten Antriebszustand, in welchem die Antriebswelle (40) mit einem zweiten Kegelrad (78) in Eingriff steht, um bei gleicher Drehrichtung der Trägervorrichtung (8) einen Antrieb der Verstelleinrichtung (65) in eine zweite Richtung zu bewirken, welche der ersten Richtung entgegen gesetzt ist.
Kugelmühle (1) nach Anspruch 9, wobei das erste und zweite Kegelrad (76, 78) stirnseitig gegenüberliegend mit einem dritten Kegelrad (88) in Eingriff stehen und das dritte Kegelrad (88) mit der Verstelleinrichtung (65) in Antriebsverbindung steht, wobei die Antriebswelle (40) einen Mitnehmer (92) aufweist, der beim Verschieben der Antriebswelle (40) wahlweise mit dem ersten oder zweiten Kegelrad (76, 78) in schlüssige Verbindung gebracht werden kann, um das jeweilige erste oder zweite Kegelrad (76, 78) relativ zu dem Gehäuse (2) rotatorisch festzusetzen und somit relativ zu der Trägervorrichtung (8) in Drehung zu versetzen, um die Verstelleinrichtung (65) unabhängig von der Drehrichtung der Trägervorrichtung (8) in die jeweils gewünschte Richtung anzutreiben.
Kugelmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Schaltzustandsdetektor (118), welcher zumindest einen Schaltzustand des Getriebes (70) detektiert.
Kugelmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trägervorrichtung (8) eine mitrotierende Haltevorrichtung (44) für die Ausgleichsmasse (46) umfasst, an welcher die Ausgleichsmasse (46) radial verschiebbar aufgehängt ist und wobei das Getriebe (70) an der Haltevorrichtung (44) befestigt ist.
Kugelmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Antrieb der Verstelleinrichtung (65) eine Rutschkupplung (96–102) umfasst, welche durchrutscht, wenn die Ausgleichsmasse (46) gegen einen Anschlag (104, 106) läuft und der Antrieb (40, 70, 92, 108) weiterhin versucht, die Verstelleinrichtung (65) anzutreiben.
Kugelmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung (65) einen Spindeltrieb (66, 68) zur radialen Verschiebung der Ausgleichsmasse (46) umfasst und der Spindeltrieb (66, 68) mittels Richtungsumschaltung des Getriebes (70) unabhängig von der Drehrichtung der Trägervorrichtung (8) wahlweise in beiden Richtungen antreibbar ist.