DE102013111934B4

DE102013111934B4 - Zentrifugalkugelmühle

Info

Publication number: DE102013111934B4
Application number: DE102013111934.4A
Authority: DE
Inventors: Norio GOUKO; Atusi Sakaida; Tomikazu Ishikawa; Keiji Okamoto; Yoshihiko Shiraishi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: TWI558459B; JP2014111246A; US20140117131A1; TW201429553A; JP5874628B2; DE102013111934A1

Abstract

Zentrifugalkugelmühle, aufweisend: einen zylindrischen Container (11), in dem ein zu zerkleinernder Gegenstand und eine Brechkugel (50) enthalten sind, wobei der Container (11) eine Mittelachse (1la) besitzt; eine Dreheinrichtung (13) zum Drehen des Containers (11) um eine Drehachse (12); eine Rotationseinrichtung (15) zum Rotieren des Containers (11) um eine Rotationsachse (14); und einen Neigungsmechanismus (17, 55), der eine Innenperipheriefläche (11b) relativ zu der Rotationsachse (14) derart neigt, dass sich eine Position, bei der eine aufgrund der Umdrehung um die Drehachse (12) wirkende Zentrifugalkraft maximal in der Innenperipheriefläche (11b) ist, in eine Axialrichtung des Containers (11) ändert, wenn der Container (11) um die Drehachse (12) rotiert, und derart neigt, dass sich die Brechkugel (50) in eine Umfangsrichtung und in die Axialrichtung des Containers (11) bewegt, um eine Bahnkurve einer dreidimensionalen Lissajous-Kurve zu beschreiben, wobei die Mittelachse (11a) des Containers (11) um einen Neigungswinkel (θ) mit Bezug auf die Rotationsachse (14) geneigt wird; und der Neigungsmechanismus (17, 55) die Fähigkeit aufweist, den Neigungswinkel (θ) des Containers (11) zur Rotationsachse (14) zu ändern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[Technisches Gebiet der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugalkugelmühle, in der sich ein Container, der einen Gegenstand und eine Brechkugel zum Zerkleinern des Gegenstands enthält, dreht und rotiert.
[Stand der Technik]
Herkömmlich ist eine Zentrifugalkugelmühle bekannt, die einen Brechkugeln und zu zerkleinernde Gegenstände enthaltenden Container um eine Drehachse dreht und den Container um eine Rotationsachse rotiert. Als Beispiel von Zentrifugalkugelmühlen offenbart das Patentdokument 1 (japanische Patentveröffentlichung JP 2006-43578 ) eine Zentrifugalkugelmühle, in der deren Rotationsachse zu deren Drehachse geneigt ist. In dem Patentdokument 1 wird beschrieben, dass die Konfiguration eine Wirbelstrombewegung der Brechkugeln und der Gegenstände verursacht, und dass dies die Zerkleinerungseffizienz erhöht.
Weiterer Stand der Technik ist aus der DE 1 151 718 A und der EP 2 170 518 B1 bekannt.
Die DE 1 151 718 A offenbart eine Zentrifugal-Kugelmühle mit planetenartig umlaufenden, schräg zur Hauptrotationsachse angeordneten Mahltöpfen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mahltöpfe (p) in rotierenden Topfhaltern (k) so angebracht sind, dass ihre parallel zur Hauptrotationsachse (d) verlaufenden Rotationsachsen (h-m) der Topfhalter unter einem spitzen Winkel schneiden.
Die EP 2 170 518 B1 offenbart eine Laborschwingmühle mit einem wenigstens zweidimensional wirkenden Kreisschwingantrieb und mit wenigstens einer Halterung für einen darin eingespannten, eine Füllung von Mahlkörpern aufweisenden längserstreckten und mit stirnseitigen Mahlbecherböden versehenen Mahlbecher, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung für den Mahlbecher derart ausgebildet ist, dass die Längsachse des Mahlbechers einen Winkel mit einer Bewegungsebene des Kreisschwingantriebes einschließt, der kleiner als 90° ist, derart, dass aufgrund der durch die Schrägstellung des Mahlbechers im Verhältnis zur Bewegungsebene des Kreisschwingantriebes bedingten Bewegungsbahnen der Mahlkörper im Mahlbecher die stirnseitigen Mahlbecherböden als Anschlag- und Mahlfläche in den Zerkleinerungsvorgang mit einbezogen sind.
Zudem offenbart die US 2008/0 197 223 A1 eine Planetenkugelmühle mit einem Dreharm, welcher um eine erste Drehachse rotiert wird, und mit Mahltöpfen, welche jeweils rotierbar durch den Dreharm getragen sind und durch einen Kontakt mit einem äußeren Behälter der Planetenkugelmühle infolge einer durch die Rotation des Dreharms um die erste Drehachse wirkenden Zentrifugalkraft um zweite Drehachsen rotiert werden, die zu der ersten Drehachse geneigt sind.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, dass sich Brechkugeln wahrscheinlich zu konstanten Zeiten in Container ansammeln, wenn sich herkömmliche Zentrifugalkugeln drehen und rotieren.
Beispielsweise ist gemäß dem Patentdokument 1 die Rotationsachse zu der Drehachse geneigt, und eine Mittelachse eines zylindrischen Containers ist parallel zur Rotationsachse, dadurch ist die Mittelachse des Containers zu der Drehachse geneigt, und die Innenperipheriefläche des Containers ist auch zu der Drehachse geneigt.
Deshalb ist ein Abstand zwischen der Drehachse und der Innenperipheriefläche des Containers unterschiedlich zwischen den Enden der Axialrichtung des Containers. Dadurch ist die Magnitude der Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung bzw. Revolution zwischen den Enden der Axialrichtung des Containers unterschiedlich. Mit anderen Worten, in der Innenperipheriefläche tritt die Position auf (wird nachstehend als eine maximale Zentrifugalkraftposition beschrieben), bei der die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung in der Innenperipheriefläche maximal ist. Anschließend sammeln sich die Brechkugeln an der maximalen Zentrifugalkraftposition in der Innenperipheriefläche des Containers an.
In dem Patentdokument 1 ist die Mittelachse des Containers parallel zur Rotationsachse. Dadurch verändert sich, selbst wenn der Container um die Rotationsachse rotiert, der Neigungswinkel der Mittelachse des Containers zu der Drehachse nicht und wird konstant gehalten, und der Neigungswinkel der Innenperipheriefläche des Containers zur Drehachse verändert sich nicht und wird beibehalten.
Daher verändert, selbst wenn der Container rotiert, das am weitesten von der Drehachse in der Innenperipheriefläche befindliche Teil nicht entlang der Axialrichtung des Containers und dadurch verändert sich die maximale Zentrifugalkraftposition in der Innenperipheriefläche entlang der Axialrichtung des Containers nicht.
Dadurch sammeln sich Brechkugeln an dem konstanten Teil der Axialrichtung des Containers in der Innenperipherie des Containers an. Dadurch gibt es ein Problem, das eine Kraft zum Beruhigen bzw. Schütteln (agitating) der Brechbälle in Axialrichtung des Containers schwierig zu erreichen ist, so dass anschließend der Effekt zum Verbessern der Verkleinerungsfähigkeit schlecht ist.
Es wird deshalb erwünscht, eine Zentrifugalkugelmühle zu schaffen, die das Problem der angesammelten Brechkugeln lösen kann und die Zerkleinerungsfähigkeit erhöht.
Eine beispielhafte Ausführungsform sieht eine Zentrifugalmühle vor, die einen zylindrischen Container, in dem ein zu zerkleinernder Gegenstand und eine Brechkugel enthalten sind, wobei der Container eine Mittelachse besitzt, eine Dreheinrichtung zum Drehen des Containers um eine Drehachse, eine Rotationseinrichtung zum Rotieren des Containers um eine Rotationsachse und einen Neigungsmechanismus auf. Der Neigungsmechanismus neigt eine Innenperipheriefläche zur Rotationsachse derart, dass sich eine Position, bei der eine wirkende Zentrifugalkraft aufgrund einer Umdrehung um die Drehachse in der Innenperipheriefläche maximal ist, in eine Axialrichtung des Containers verändert, wenn der Container um die Rotationsachse rotiert, und derart neigt, dass sich die Brechkugel in eine Umfangsrichtung und in die Axialrichtung des Containers bewegt, um eine Bahnkurve einer dreidimensionalen Lissajous-Kurve zu beschreiben, wobei die Mittelachse des Containers um einen Neigungswinkel mit Bezug auf die Rotationsachse geneigt wird und der Neigungsmechanismus die Fähigkeit aufweist, den Neigungswinkel des Containers zur Rotationsachse zu ändern.
Nach diesem Vorstehenden neigt sich die Innenperipherie des Containers zur Rotationsachse. Dadurch verändert sich eine Position, bei der eine aufgrund der Drehung um die Drehachse in der Innenperipheriefläche maximal ist, in eine Axialrichtung des Containers, wenn der Container rotiert.
Dadurch bewegt sich die Brechkugel in eine Umfangsrichtung und die Axialrichtung des Containers, um eine Bahnkurve einer dreidimensionalen Lissajous-Kurve zu beschreiben. Deshalb wird verursacht, dass die Brechkugel in Axialrichtung des Containers beruhigt bzw. geschüttelt (agitated) wird, dass eine Zerkleinerungsfähigkeit der zu zerkleinernden Gegenstände verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Bei den begleitenden Figuren zeigt:
1 eine Seitenansicht, die eine Zentrifugalkugelmühle gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 eine Ansicht bei Betrachtung entlang des Pfeils A in 1;
3 eine Querschnittsansicht eines Containers, wenn die Zentrifugalkugelmühle gemäß der ersten Ausführungsform in Betrieb ist;
4 eine Querschnittsansicht des Containers, wenn die Zentrifugalkugelmühle gemäß der ersten Ausführungsform in Betrieb ist;
5 eine Ansicht einer Kurvenbahn einer Brechkugel der Zentrifugalkugelmühle gemäß der ersten Ausführungsform;
6 eine Ansicht einer Kurvenbahn einer Brechkugel der Zentrifugalkugelmühle gemäß der ersten Ausführungsform;
7 eine Querschnittsansicht einer Zentrifugalkugelmühle gemäß einer zweiten Ausführungsform;
8 eine Querschnittsansicht eines Containers, wenn eine Zentrifugalkugelmühle gemäß einer dritten Ausführungsform in Betrieb ist;
9 eine Querschnittsansicht des Containers, wenn die Zentrifugalkugelmühle gemäß der dritten Ausführungsform in Betrieb ist, wobei die Zentrifugalkugelmühle um 180° von der in 8 gezeigten Position rotiert wird;
10 eine Ansicht einer Kurvenbahn einer Brechkugel der Zentrifugalkugelmühle gemäß der dritten Ausführungsform;
11 eine Seitenansicht, die einen Hauptabschnitt einer Zentrifugalkugelmühle gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt;
12 eine Querschnittsansicht eines Containers, wenn eine Zentrifugalkugelmühle gemäß der vierten Ausführungsform in Betrieb ist;
13 eine Querschnittsansicht des Containers, wenn die Zentrifugalkugelmühle gemäß der vierten Ausführungsform in Betrieb ist, wobei die Zentrifugalkugelmühle um 180° von der in 12 gezeigten Position rotiert wird; und
14 eine Ansicht einer Kurvenbahn einer Brechkugel der Zentrifugalkugelmühle gemäß der vierten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend wird die erste Ausführungsform mit Bezug auf die 1 bis 6 erläutert.
1 zeigt eine Seitenansicht einer Zentrifugalkugelmühle 10 gemäß der ersten Ausführungsform, 2 zeigt eine Ansicht bei Betrachtung entlang des Pfeils A in 1. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils der Kugelmühle 10. In 1 zeigen die Auf- und Ab-Pfeile eine Auf- und Ab-Richtung entlang der Richtung der Gravitationskraft.
Die Zentrifugalkugelmühle 10 weist einen Drehmechanismus (entsprechend einer Dreheinrichtung in den Ansprüche) 13, einen Rotationsmechanismus (entsprechend einer Rotationseinrichtung in den Ansprüchen) 15, und einen Neigungsmechanismus 17 auf. Der Rotationsmechanismus 13 dreht einen Container 11 um eine Drehachse 12. Der Rotationsmechanismus 15 rotiert den Container 11 um eine Rotationsachse 14. Der Neigungsmechanismus 17 schwingt bzw. schwenkt den Container 11 um eine Schwingachse 16. Der Neigungsmechanismus 17 bildet einen Einstellabschnitt, der die Einstellung des Containers 11 einstellt und dem Neigungsmechanismus in den Ansprüchen oder einer Neigungseinrichtung entspricht.
In dem Beispiel von 1 und 2 ist die Drehachse 12 parallel zur Richtung der Gravitationskraft, und die Rotationsachse 14 ist parallel zu der Drehachse 12. Die Schwingachse 16 ist entlang der Rotationsebene (Drehebene) des Drehmechanismus 13 angeordnet, und in dem Zustand von 1 und 2 zu der Drehrichtung des Containers 11 gerichtet, d. h. zu der Tangentialrichtung der Rotationskurvenbahn (Drehkurvenbahn) des Drehmechanismus 13. Die Rotationsebene des Drehmechanismus 13 ist eine einen Kreis ausbildende Ebene, die eine Drehkurvenbahn beschreibt, in anderen Worten eine Ebene parallel zur Rotationsebene der Drehachse 12.
Der Drehmechanismus 13 weist einen Rotationsaktuator 20, Drehzahnräder 21, 22, eine Drehwelle 23 und einen Dreharm 24 auf.
Der Rotationsaktuator 20 ist an einem Basiselement 25 fixiert, so dass dessen Ausgabewelle 20a parallel zu der Drehachse 12 ist. Die Ausgabewelle 20a des Rotationsaktuators 20 ist mit der zylindrischen Drehwelle 23 über die Drehzahnräder 21, 22 verbunden.
In dem Beispiel von 1 und 2 erstreckt sich die Ausgabewelle 20a des Rotationsaktuators 20 aufwärts in Richtung der Gravitationskraft, und die Drehzahnräder 21, 22 sind oberhalb des Basiselements 25 in Richtung der Gravitationskraft angeordnet.
Ein zylindrisches Drehwellenabstützelement 26 ist koaxial innerhalb der Drehwelle 23 eingeführt. Die Drehwelle 23 ist drehbar durch das Drehwellenabstützelement 26 über Lager abgestützt. Das Drehwellenabstützelement 26 ist mit dem Basiselement 25 fixiert, um mit der Drehwelle 23 koaxial zu sein. Dadurch kann sich die Drehachse 23 um die Drehachse 12 drehen. In dem Beispiel von 1 und 2 erstreckt sich das Drehwellenabstützelement 26 von dem Basiselement 25 aufwärts in Richtung der Gravitationskraft.
Der Dreharm 24 ist mit dem Drehwellenabstützelement 26 fixiert, und erstreckt sich radial außerhalb des Drehwellenabstützelements 26. Der Dreharm 24 weist eine Kapazität auf, um um die Drehachse 12 integral mit der Drehwelle 23 zu rotieren. In dem Beispiel von 1 und 2 ist der Umdrehungsarm 24 oberhalb der Drehzahnräder 21, 22 in Richtung der Gravitationskraft angeordnet.
Der Rotationsmechanismus 15 weist einen Rotationsaktuator 30, Rotationszahnräder 31, 32, 33 und eine Rotationswelle 34 auf.
Eine Ausgabewelle 30a des Rotationsaktuators 30 wird innerhalb des Drehwellenabstützelements 26 eingeführt, und an das Basiselement 25 fixiert, um koaxial mit der Drehachse 12 zu sein. Die Ausgabewelle 30a des Rotationsaktuators 30 ist drehbar um das Drehwellenabstützelement 25 über Lager abgestützt.
Die Ausgabewelle 30a des Rotationsaktuators 30 ist mit der Rotationswelle 34 durch die Rotationszahnräder 31, 32, 33 verbunden. Die Rotationswelle 34 ist drehbar durch den Dreharm 24 über Lager abgestützt, die drehbar und koaxial mit der Rotationsachse 14 sind. Dadurch kann die Rotationswelle 34 um die Rotationsachse 14 rotieren.
In dem Beispiel von 1 und 2 erstreckt sich die Ausgabewelle 30a des Rotationsaktuators 30 aufwärts in Richtung der Gravitationskraft, wobei die Rotationszahnräder 31, 32, 33 oberhalb des Dreharms 24 angeordnet sind.
Der Neigungsmechanismus 17 weist eine Schwingwelle 40, ein Schwingwellenabstützelement 41, einen Schwingaktuator 42 und ein Containerfixierelement 43 auf. Die Schwingwelle 40 wird durch das Schwingwellenabstützelement 41 schwingbar und koaxial mit der Schwingachse 16 abgestützt. Dadurch kann sich die Schwingwelle 40 um die Schwingachse 16 schwingen bzw. schwenken.
Die Schwingwelle 40 ist mit einer Ausgabewelle (nicht gezeigt in den Figuren) des Schwingaktuators 42 verbunden. Der Schwingaktuator 42 ist an das Schwingwellenabstützelement 41 fixiert. Das Schwingwellenabstützelement 41 ist mit der Rotationswelle 34 fixiert. Dadurch kann das Schwingwellenabstützelement 41 um die Rotationsachse 14 rotieren.
Das Containerfixierelement 43, das zylindrisch ist, ist an die Schwingwelle 40 fixiert. Dadurch kann das Containerfixierelement 43 um die Schwingachse 16 integral mit der Schwingwelle 40 schwingen.
In dem Beispiel von 1 und 2 sind die Schwingwelle 40, das Schwingwellenabstützelement 41 und das Containerfixierelement 43 über die Rotationszahnräder 31, 32, 33 angeordnet.
Der zylindrische Container 11 wird in das Containerfixierelement 43 eingeführt und fixiert. In diesem Beispiel weist der Container 11 eine runde zylindrische Form auf, dessen Querschnitt rund ist. Es ist nicht darauf begrenzt, um eine kreisförmig zylindrische Form aufzuweisen, sondern kann nicht-kreisförmig zylindrisch sein. Beispielsweise kann der Container 11 eine vieleckige zylindrische Form aufweisen, deren Querschnitt vieleckig ist, oder die Querschnittssektion des Containers 11 kann eine nicht-kreisförmig geschlossene Kurve aufweisen.
Der Container 11 ist an das Containerfixierelement 43 fixiert, so dass dessen Mittelachse (auch als Containermittelachse 11a nachstehend beschrieben) senkrecht zur Schwingachse 16 ist. Der Container 11 ist derart fixiert, dass dessen Schwerpunkt an der Schwingachse 16 angeordnet ist. Dadurch kann der Container 11 sich um den Schwerpunkt als eine Mitte der Rotation um die Schwingachse 16 schwingen.
In dem Beispiel von 1 und 2 sind ein paar der Rotationsmechanismen 15 und Schwingmechanismen 17 vorgesehen, und dadurch können zwei Container 11 gleichzeitig fixiert sein.
Die Betätigung der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird erläutert. Wenn der Rotationsaktuator 20 betätigt wird, wird die Rotationskraft der Ausgabewelle 20a des Aktuators 20 zu dem Dreharm 24 über die Drehzahnräder 21, 22 und die Drehwelle 23 übertragen, die den Dreharm 24 um die Drehachse 12 dreht.
Die Rotation des Dreharms 24 um die Drehachse 12 dreht die durch den Dreharm 24 abgestützte Rotationswelle 34 um die Drehachse 12. Die Drehung der Rotationswelle 34 um die Drehachse 12 rotiert die Rotationswelle 34 um die Rotationsachse 14 durch den Eingriff der Rotationszahnräder 31, 32, 33, die mit der Rotationswelle 34 verbunden sind.
Dadurch dreht der mit der Rotationswelle 34 über das Schwingwellenabstützelement 41, der Schwingwelle 40 und dem Containerfixierelement 43 verbundene Container 11 um die Drehachse 12 und rotiert um die Rotationsachse 14.
Zu dieser Zeit wird, falls der Rotationsaktuator 30 betätigt wird, die Rotationskraft der Ausgabewelle 30a des Rotationsaktuators 30 zu der Rotationswelle 34 durch die Rotationszahnräder 31, 32, 33 übertragen. Hiefür verändert sich die Drehzahl, und dies verändert die Drehzahl des Containers 11.
Bei einer spezifischen Drehzahl der Ausgabewelle 30a des Rotationsaktuators 30 abhängig von dem Übersetzungsverhältnis der Drehzahnräder 21, 22 und den Rotationszahnräder 31, 32, 33, werden die Drehung der durch den Rotationsaktuator 30 angesteuerten Rotationswelle 34 und die Rotation der durch den Rotationsaktuator 20 angesteuerten Rotationswelle 34 ausgeglichen, dass stoppt die Rotation der Rotationswelle 34, und dadurch stoppt die Rotation des Containers 11.
Wenn der Schwingaktuator 42 betätigt wird, wird die Schwingkraft der Ausgabewelle des Schwingaktuators 42 zu dem Containerfixierelement 43 über die Schwingwelle 40 übertragen, der an das Containerfixierelement 43 fixierte Container 11 schwingt um die Schwingachse 16.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, verändert das Schwingen des Containers 11 um die Schwingachse 16 einen Neigungswinkel θ der Containermittelachse 11a zur Rotationsachse 14. Hierfür kann eine Innenperipheriefläche 11b zur Rotationsachse 14 geneigt werden.
Wenn sich die Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 zu der Rotationsachse 14 neigt, verändert sich der am weitesten weg von der Drehachse 12 in der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 befindliche Teil in Richtung der Containermittelachse 11a (die Axialrichtung des Containers 11), da der Container 11 um die Rotationsachse 14 rotiert. Hierfür verändert sich die Position (als maximale Zentrifugalkraftposition beschrieben), bei der die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung in der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 maximal ist, entlang der Richtung der Containermittelachse 11a.
In dem in 3 gezeigten Zustand neigt sich der Container 11 zu einer Richtung, bei der dessen Oberseite weiter von der Drehachse 12 als dessen Boden entfernt ist (d. h. in Richtung der rechten Seite in 3). Dadurch ist ein oberer Abschnitt (in der Umgebung zu dem oberen rechten Eckenabschnitt des Containers 11 in 3) der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 am weitesten von der Drehachse 12 in der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 weg, wobei der obere Abschnitt die maximale Zentrifugalkraftposition wird.
In dem in 4 gezeigten Zustand neigt sich der Controller 11 zu einer Richtung, bei der dessen Boden weiter von der Drehachse 12 entfernt ist als dessen Oberseite (d. h. in Richtung der rechten Seite in 4). Dadurch ist ein Bodenabschnitt (in der Umgebung des unteren rechten Eckenabschnitts des Containers 11 in 4) der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 am weitesten von der Drehachse 12 entfernt, und der untere Abschnitt wird die maximale Zentrifugalkraftposition.
Zu dieser Zeit bewegen sich die Brechkugeln 50 nach oben und nach unten entlang der Axialrichtung (nachstehend als die Containermittelachsenrichtung beschrieben) der Containermittelachse 11a abhängig von der Summe der Containermittelaxialrichtungskomponente C2 der Zentrifugalkraft C1 aufgrund der Drehung und der Containermittelaxialrichtungskomponente G2 der Gravitationskraft G1, die an den Brechkugel 50 wirkt. Dadurch sammeln sich die Brechkugeln bei der maximalen Zentrifugalkraftposition. Dadurch bewegen sich die Brechkugeln nach oben und nach unten entlang der Containermittelaxialrichtung, wenn sich die maximale Zentrifugalkraftposition entlang der Containermittelaxialrichtung verändert.
Das Gleichgewicht der Containermittelaxialrichtungskomponente C2 der Zentrifugalkraft C1 und der Containermittelaxialrichtungskomponente G2 der Gravitationskraft G1 verändert sich, wenn sich der Neigungswinkel θ der Containerachse 11a zu der Rotationsachse 14 verändert. Hierfür bewegt sich die Brechkugel 50 nach oben und nach unten entlang der Containermittelaxialrichtung.
Gemäß dieser Ausführungsform bewegt sich die Brechkugel 50 in die Axialrichtung und Umfangsrichtung des Containers 11, so dass sie eine Kurvenbahn einer dreidimensionalen Lissajous-Kurve beschreibt. 5 und 6 zeigen Bahnkurven der Brechkugel 50 an der Innenperipheriefläche 11b mit der Innenperipheriefläche 11b, die in einer Ebene ausgefaltet ist. Die Bahnkurven in 5 und 6 sind zweidimensionale Lissajous-Figuren. Die Lissajous-Kurve ist eine komplexe Kurve von zwei einfachen harmonischen Bewegungen, wobei die zwei einfachen harmonischen Bewegungen orthogonal zueinander sind.
5 zeigt eine Kurvenbahn der Brechkugel 50, wenn der Container 11 innerhalb eines vorbestimmten Winkels einmal während einer Rotation des Containers 11 geschwungen wird. Die Brechkugel 50 beschränkt eine Kurvenbahn, wie z. B. eine Sinuskurve. Hierfür werden die Brechkugel 50 und der zu zerkleinernde Gegenstand in dem Container 11 nach oben und nach unten entlang der Containermittelaxialrichtung beruhigt bzw. geschüttelt, dass eine Zerkleinerungsfähigkeit des zu zerkleinernden Gegenstands erhöht.
6 zeigt eine Kurvenbahn der Brechkugel 50, wenn der Container 11 innerhalb eines bestimmten Winkels fünf Mal während einer Rotation des Containers 11 geschwungen wird. So wird, falls die Schwinganzahl zur Drehanzahl erhöht wird, die Periode der Sinuskurve verkürzt, und die Anzahl der Aufwärts- und Abwärtsagitationen bzw. -bewegungen der Brechkugel 50 und des zu zerkleinernden Gegenstands wird erhöht. Hierfür kann die Zerkleinerungsfähigkeit des zu zerkleinernden Gegenstands weiter erhöht werden.
Durch Steuern der Betätigung des Rotationsaktuators 30 während des Zerkleinerungsprozesses, um die Drehzahl des Containers 11 zu erhöhen oder zu verringern, oder um die Drehrichtung des Containers 11 umzukehren, kann die Kurvenbahn der Brechkugel 50 zufälligerweise verändert werden. Insbesondere kann die Kurvenbahn der Brechkugel 50 zu verschiedenen Kurvenbahnen mit Ausnahme der Kurvenbahn wie die Sinuskurve verändert werden, z. B. zu einer linearen Kurvenbahn, einer kreisförmigen Kurvenbahn oder zu einer Kurvenbahn wie eine Helix. Dadurch kann die Zerkleinerungsfähigkeit des zu zerkleinernden Gegenstands zufälligerweise abhängig von dem Material des zu zerkleinernden Gegenstands oder dem Grad der Zerkleinerung geregelt werden.
In dieser Ausführungsform kann das Gleichgewicht der Komponenten C2 und G2 der an der Brechkugel 50 wirkenden Kraft wirksam verändert werden, da der Schwerpunkt des Containers 11 an der Schwingachse 16 angeordnet ist.
(Zweite Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 7 erläutert. Die gleichen Bezugszeichen werden für die gleichen Elemente verwendet, die den Elementen der ersten Ausführung entsprechen.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform verändert das Schwingen des Containers 11 durch die Schwingwelle 40 den Neigungswinkel θ der Containermittelachse 11a zu der Rotationsachse 14. Andererseits wird in der zweiten Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, der Neigungswinkel θ der Containermittelachse 11a zu der Rotationsachse 14 mit einem Winkeleinsteller 55 zum Fixieren des Containers 11 verändert.
Insbesondere ist ein flachplattiges Containerfixierelement 56 an die Rotationswelle 34 fixiert. Der Winkeleinsteller 55 ist zwischen dem Containerfixierelement 56 und dem Container 11 angeordnet, und der Container 11 ist an das Containerfixierelement 56 über den Winkeleinsteller 55 mit der Innenperipherie des zu der Rotationsachse 14 geneigten Containers 11 fixiert. Der Container 11 rotiert um die Rotationsachse 14 und dreht um die Drehachse 12 mit dem zu der Rotationsachse 14 um den vorbestimmten Winkel geneigten Container 11. Das Containerfixierelement 56 und der Winkeleinsteller 55 sind höher als die Rotationszahnräder 31, 32, 33 in Richtung der Gravitationskraft positioniert.
Der Winkeleinsteller 55 weist eine um einen vorbestimmten Winkel geneigte Form auf, die derart konfiguriert ist, dass sie den Container 11 zu dem Containerfixierelement 56 um einen vorbestimmten Winkel neigt. Hierfür kann der Container 11 zu der Rotationsachse 14 geneigt werden. In dem Beispiel von 7 weist der Winkeleinsteller 55 eine Neigungsfläche auf, die sich zu einer Fixierfläche des Containerfixierelements 56 neigt und der Container 11 ist an der Neigungsfläche angeordnet. In dem Beispiel von 7 neigt sich der Container 11 zu der Rotationsachse, so dass dessen untere Seite weiter von der Drehachse entfernt ist als dessen obere Seite.
Die Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 neigt sich zu der Rotationsachse 14, da der Container 11 sich zu der Rotationsachse 14 neigt. Dadurch verändert sich der Neigungswinkel der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 zu der Drehachse 12, wenn der Container 11 rotiert, dass die maximale Zentrifugalkraftposition in der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 verursacht, um sich entlang der Containermittelaxialrichtung zu bewegen.
In dieser Ausführungsform bewegt sich die Brechkugel 50 in die Zentrifugalrichtung und die Axialrichtung des Containers 11 beschreibt dadurch eine Kurvenbahn einer dreidimensionalen Lissajous-Kurve. Die Brechkugel 50 beschreibt eine Kurvenbahn, wie z. B. eine Sinuskurve, in der Innenperipherie 11b des Containers 11. Dadurch werden die Brechkugel 50 und der zu zerkleinernde Gegenstand aufwärts und abwärts entlang der Containermittelaxialrichtung beruhigt bzw. geschüttelt, dass eine Zerkleinerungsfähigkeit des zu zerkleinernden Gegenstands erhöhen kann.
Der Neigungswinkel θ kann durch Vorbereiten einer Mehrzahl von Winkeleinstellern 55, die unterschiedlich in der Neidung sind, und Ersetzen des Winkeleinstellers 55 verändert werden. Die Kurvenbahn der Brechkugel 50 kann zufällig durch Verändern des Neigungswinkels, der Drehzahl des Containers 11 oder durch Umkehren der Drehrichtung des Containers 11 verändert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 8 bis 10 erläutert. Die gleichen Bezugszeichen werden für die Elemente verwendet, die zu den Elementen der ersten Ausführungsformen entsprechen.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Rotationsachse 14 parallel zu der Drehachse 12, andererseits ist in der dritten Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, die Rotationsachse 14 nicht-parallel zu der Drehachse 12. Der Winkel der Containermittelachse 11a zu der Rotationsachse 14 ist konstant.
Die Rotationsachse 14 neigt sich zu der Drehachse 12 um 45°. Die Containermittelachse 11a ist nicht-parallel zu der Rotationsachse 14. Dadurch neigt sich die Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 zu der Rotationsachse 14.
Falls der Container 11 von einer in 8 gezeigten Einstellung um 180° rotiert, verändert sich die Einstellung des Containers 11, wie in 9 gezeigt. In dem Zustand von 8 ist ein erstes Ende (ein Ende der Containermittelrichtung, das näher zu der Oberseite 11c des Containers 11 als der Boden 11d des Containers 11 ist) in der Innenperipheriefläche 11b am weitesten von der Drehachse 12 entfernt. In dem Zustand von 9 ist ein zweites Ende (das andere Ende in der Containermittelrichtung, das näher zu dem Boden 11d des Containers 11 als die Oberseite 11c des Containers 11 ist) am weitesten von der Drehachse 12 entfernt.
Somit bewegt sich wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die maximale Zentrifugalkraftposition entlang der Containermittelachse 11a, wenn der Container 11 rotiert.
Gemäß dieser Ausführungsform bewegt sich die Brechkugel 50 in die Umfangsrichtung und die Axialrichtung des Containers 11 und die Axialrichtung des Containers 11 beschreibt dadurch eine Kurvenbahn einer dreidimensionalen Lissajous-Kurve. Wenn die Innenperipheriefläche 11b des Containers 11, auf dem die Kurvenbahn der Brechkugel 50 bei dieser Zeit beschrieben wird, ausgefaltet wird, wird die Kurvenbahn der ausgefalteten Innenperipherie 11b eine zweidimensionale Lissajous-Figur (eine Kurvenbahn, wie z. B. eine Sinuskurve), wie in 10 gezeigt. Dadurch kann diese Ausführungsform Handlungen und Wirkungen ähnlich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausführen.
(Vierte Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine vierte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 11 bis 14 erläutert. Die gleichen Bezugszeichen werden für die Elemente verwendet, die den Elementen der ersten Ausführungsform entsprechen.
Bei der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform neigt sich die Rotationsachse 14 zu der Drehachse 12 um 45°, andererseits neigt sich in der vierten Ausführungsform, wie in 11 dargestellt, die Rotationsachse 14 zu der Drehachse 12 um 90°.
Bei dem Beispiel von 11 verändern die Rotationszahnräder 31, 32, 33, die die Rotationskraft von der Ausgabewelle 30a (nicht gezeigt in 11) des Rotationsaktuators 30 zu der Rotationswelle 34 übertragen, die Rotationsrichtung um 90°.
Die Zentrifugalkugelmühle 10 gemäß dieser Ausführungsform weist einen zweiten Rotationsmechanismus 61 auf, der den Container 11 um eine Rotationsachse 60 rotiert. Der zweite Rotationsmechanismus 61 bildet einen Einstellabschnitt, der einen Neigungswinkel des Containers 11 zu der Rotationsachse 14 einstellt und den Neigungsmechanismus in den Ansprüche oder einer Neigungseinrichtung entspricht. In 11 wird die Rotationsachse 60 zu der Drehrichtung des Containers 11 gerichtet. Die Rotationsachse 60 ist derart angeordnet, dass sie die Rotationsebene des zweiten Rotationsmechanismus 61 der Rotationsachse 14 des Rotationsmechanismus 15 quert, und dass die Rotationsebene des zweiten Rotationsmechanismus 61 der Drehachse 12 zugewandt ist.
Der zweite Rotationsmechanismus 61 weist eine Rotationswelle 62, ein Rotationswellenabstützelement 63, einen Rotationsaktuator (nicht gezeigt), und ein Containerfixierelement 64 auf. Die Rotationswelle 62 wird durch das Rotationswellenabstützelement 63 rotierbar und koaxial mit der Drehachse 60 abgestützt. Dadurch kann die Drehwelle 62 um die Rotationsachse 60 rotieren.
Die Rotationswelle 62 ist mit einer Ausgabewelle (nicht gezeigt) des Rotationsaktuators verbunden. Der Rotationsaktuator ist mit dem Rotationswellenabstützelement 63 fixiert. Das Rotationswellenabstützelement 63 ist mit dem Rotationszahnrad 33 fixiert. Dadurch kann das Rotationswellenabstützelement 63 um die Rotationsachse 14 rotieren.
Das Containerfixierelement 64 weist eine kreisförmige zylindrische Form auf, und ist an die Rotationswelle 62 fixiert. Dadurch kann das Containerfixierelement 64 um die Rotationsachse 60 integral mit der Rotationswelle 62 rotieren. Das Containerfixierelement 64 ist derart konfiguriert, dass der kreisförmige zylindrische Container 11 in das Containerfixierelement 64 eingeführt und fixiert ist.
Der Container 11 ist mit dem Containerfixierelement 64 fixiert, so dass die Containermittelachse 11a senkrecht zu der Drehachse 60 steht. Der Container 11 ist mit dem Containerfixierelement 64 fixiert, so dass der Schwerpunkt des Containers 11 an der Drehachse 60 angeordnet ist. Dadurch kann der Container 11 um den Schwerpunkt als eine Mitte der Drehung um die Rotationsachse 60 rotieren.
Der Rotationsaktuator (nicht gezeigt) des zweiten Rotationsmechanismus 61 rotiert die Rotationswelle 62 mit der gleichen Periode wie die Rotation um die Rotationsachse 14. Dadurch rotiert der Container 11 um die Rotationsachse 60 mit der gleichen Periode wie die Rotation um die Rotationsachse 14. Mit anderen Worten, die Containermittelachse 11a rotiert in Radialrichtung (Rechts- und Links-Richtung in 12) der Drehebene mit der gleichen Periode wie die Drehung um die Rotationsachse 14.
Wenn der Container 11 (die Containermittelachse 11a) sich um die Rotationsachse 14 bei einer in 12 gezeigten Einstellung um 180° rotiert, rotiert der Container 11 auch um die Drehachse 60 des zweiten Rotationsmechanismus 61. Hierfür verändert sich der Neigungswinkel des Containers 11 zu der Rotationsachse 14, bis die Richtung des Containers 11 (die Containermittelachse 11a), wie in 13 gezeigt, umgekehrt wird. Dadurch verändert sich die maximale Zentrifugalkraftposition in der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 entlang der Richtung der Containermittelachse 11a (die Axialrichtung des Containers 11), da der Neigungswinkel der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 sich zu der Drehachse 12 verändert.
In dem Zustand von 12 ist ein erstes Ende (ein Ende der Containermittelrichtung, das näher zu der Oberseite 11c des Containers 11 als der Boden 11d des Containers 11 ist) in der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 am weitesten von der Drehachse 12 entfernt, dadurch wird die Oberseite 11c die maximale Zentrifugalkraftposition. In dem Zustand von 13 ist ein zweites Ende (ein Ende in der Containermittelrichtung, das näher zu dem Boden 11d des Containers 11 als die Oberseite 11c des Containers 11 ist) in der Innenperipheriefläche 11b des Containers 11 am weitesten von der Drehachse 12 entfernt, dadurch ist der Boden 11d die maximale Zentrifugalkraftposition.
Dadurch bewegt sich wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Brechkugel 50 entlang der Richtung der Containermittelachse 11a, da sich die Rotation des Containers 11 in die maximale Zentrifugalkraftposition entlang der Richtung der Containermittelachse 11a bewegt.
Gemäß dieser Ausführungsform bewegt sich die Brechkugel 50 in Umfangsrichtung und die Axialrichtung des Containers 11 beschreibt dadurch eine Kurvenbahn einer dreidimensionalen Lissajous-Kurve. Wenn die Innenperipherie 11b des Containers 11, auf die die Kurvenbahn der Brechkugel 50 bei dieser Zeit beschrieben wird, ausgefaltet wird, wird die Kurvenbahn, wie in 14 gezeigt, auf der ausgefalteten Innenperipherie 11b eine zweidimensionale Lissajous-Kurve (eine Kurvenbahn, wie z. B. eine Sinuskurve). Dadurch kann diese Ausführungsform Funktionsweisen und Wirkungen ausführen, die zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ähnlich sind.
(Weitere Ausführungsformen)
Obwohl die Erfindung bezüglich der spezifisch bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden einige Abweichungen und Abwandlungen für einen Fachmann beim Lesen der vorliegenden Anmeldung ersichtlich. Es ist dadurch die Absicht, dass die Ansprüche soweit wie möglich mit Blick auf den Stand der Technik zu interpretieren sind, um alle Abweichungen und Abwandlungen zu enthalten.

(1) Beispielsweise wird bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform die Schwingachse 16 an der Drehebene angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Schwingachse 16 muss nur nicht-parallel zur Rotationsachse 14 sein. Dagegen kann die Drehzahl geregelt werden, um die Einstellung der zu der Drehrichtung gerichteten Schwingachse 16 zu halten.

Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Drehachse 12 parallel zur Richtung der Gravitationskraft, und die Drehachse 14 ist parallel zur Drehachse 12. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Drehachse 14 im Wesentlichen parallel zu der Richtung der Gravitationskraft sein, und die Rotationsachse 14 kann im Wesentlichen parallel zu der Drehachse 12 sein.

(2) Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird die Schwingwelle 40 automatisch um den Schwingaktuator 42 geschwungen. Allerdings ist das Schwingen der Schwingwelle 40 nicht notwendigerweise darauf beschränkt, automatisch mit dem Schwingaktuator 42 zu schwingen.

Beispielsweise kann der Rotationsaktuator 20 und der Rotationsaktuator 30 einmal gestoppt werden, einmal bei einer konstanten Periode während des Brechprozesses, der Winkel der Schwingwelle 40 kann manuell verändert werden, danach kann der Rotationsaktuator 20 und der Rotationsaktuator 30 erneut operiert werden.

(3) Bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform sind der Container 11 und der Winkeleinsteller 55 individuelle Elemente, allerdings können sie als eine Einheit ausgebildet sein.
(4) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die Schwingwelle 40 und der Winkeleinsteller 55 zum Neigen des Containers 11 zu der Rotationsachse 14 verwendet. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, beispielsweise kann der Container 11 zu der Rotationsachse 14 mit einem Hebezeug geneigt werden. Es kann nämlich ein Winkeleinsteller 55 mit einer Einrichtung, die geeignet ist, um den Neigungswinkel ohne Ersetzen des Winkeleinstellers 55 selbst zu verändern, z. B. ein Hebezeug, das geeignet ist, die Fixierhöhe eines Teils des Bodens des Containers 11 zu verändern, um den Neigungswinkel des Containers 11 zu verändern, verwendet werden.
(5) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist ein Paar von Rotationsmechanismen 15 vorgesehen, und zwei Container 11 können an diese gleichzeitig fixiert sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, die Anzahl der Rotationsmechanismen 15 kann erhöht oder verringert werden.

Claims

Zentrifugalkugelmühle, aufweisend: einen zylindrischen Container (11), in dem ein zu zerkleinernder Gegenstand und eine Brechkugel (50) enthalten sind, wobei der Container (11) eine Mittelachse (1la) besitzt; eine Dreheinrichtung (13) zum Drehen des Containers (11) um eine Drehachse (12); eine Rotationseinrichtung (15) zum Rotieren des Containers (11) um eine Rotationsachse (14); und einen Neigungsmechanismus (17, 55), der eine Innenperipheriefläche (11b) relativ zu der Rotationsachse (14) derart neigt, dass sich eine Position, bei der eine aufgrund der Umdrehung um die Drehachse (12) wirkende Zentrifugalkraft maximal in der Innenperipheriefläche (11b) ist, in eine Axialrichtung des Containers (11) ändert, wenn der Container (11) um die Drehachse (12) rotiert, und derart neigt, dass sich die Brechkugel (50) in eine Umfangsrichtung und in die Axialrichtung des Containers (11) bewegt, um eine Bahnkurve einer dreidimensionalen Lissajous-Kurve zu beschreiben, wobei die Mittelachse (11a) des Containers (11) um einen Neigungswinkel (θ) mit Bezug auf die Rotationsachse (14) geneigt wird; und der Neigungsmechanismus (17, 55) die Fähigkeit aufweist, den Neigungswinkel (θ) des Containers (11) zur Rotationsachse (14) zu ändern.
Zentrifugalkugelmühle nach Anspruch 1, wobei der Neigungsmechanismus (17, 55) derart konfiguriert ist, dass er den Container (11) um eine Schwingachse (16) schwingt, die nicht-parallel zur Rotationsachse (14) ist.
Zentrifugalkugelmühle nach Anspruch 2, wobei die Schwingachse (16) an einem Schwerpunkt des Containers (11) angeordnet ist.
Zentrifugalkugelmühle nach Anspruch 3, wobei die Schwingachse (16) entlang einer Rotationsebene der Dreheinrichtung (13) angeordnet ist.
Zentrifugalkugelmühle nach Anspruch 1, wobei der Neigungsmechanismus (17, 55) ein Einsteller ist, der den Winkel des Containers (11) zur Rotationsachse (14) einstellt.
Zentrifugalkugelmühle nach Anspruch 1, wobei die Rotationsachse (14) angeordnet ist, um nicht-parallel zur Drehachse (12) zu sein.