EP3280534B1 - Labormühle - Google Patents

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EP3280534B1
EP3280534B1 EP17718024.7A EP17718024A EP3280534B1 EP 3280534 B1 EP3280534 B1 EP 3280534B1 EP 17718024 A EP17718024 A EP 17718024A EP 3280534 B1 EP3280534 B1 EP 3280534B1
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EP
European Patent Office
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counter
noise
vibration
laboratory grinder
housing
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EP17718024.7A
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English (en)
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EP3280534A1 (de
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Frank Janetta
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Retsch GmbH
Original Assignee
Retsch GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
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    • B02C18/06—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments with rotating knives
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    • B02C18/22—Feed or discharge means
    • B02C18/2225—Feed means
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • G—PHYSICS
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    • G10K2210/129—Vibration, e.g. instead of, or in addition to, acoustic noise
    • G10K2210/1291—Anti-Vibration-Control, e.g. reducing vibrations in panels or beams

Definitions

  • the invention relates to a laboratory mill, in particular a rotor mill or centrifugal mill or a ball mill, more particularly having at least one grinding chamber for a sample volume of preferably less than 10 l, more preferably less than 5 l, more preferably less than 2 l.
  • the invention relates to a portable laboratory mill as a functional unit, more particularly designed as a table or stand unit for use in a laboratory or designed for example inline measurement of quality parameters of samples from a partially or fully automated production and / or processing process of a sample material.
  • the Mahlgutkanal usually remains open during a grinding process and there is a continuous airborne sound path between the emission source in the field of grinding and the environment crushing device. Airborne sound can then pass from the grinding chamber into the environment via the grinding channel.
  • WO 2007/080030 A1 is a grinding pot for drum and planetary mills known for use in the laboratory, especially for laboratory mills with a volume in the range of 1 liter to several liters.
  • the grinding pot has a rotationally symmetrical shape and is suitable for dry or wet processing.
  • the grinding pot consists of an impact-resistant, noise-damping, chemically resistant and non-regenerating high-performance polymer. In addition to a weight saving to a low noise level is achieved when using the grinding pot.
  • Object of the present invention is to provide a laboratory mill of the type mentioned, which has a significantly reduced sound radiation during Probenbe- and / or processing.
  • a laboratory mill noise emissions in the region of a Mahlgutkanals be reduced in apparatus simple and cost-effective manner, with a Mahlgutzubow in the grinding chamber and, if appropriate, a Mahlgutabschreib from the grinding chamber during the grinding operation should be possible undisturbed.
  • At least one counter-vibration device is provided to solve the above tasks in a laboratory mill having at least one control unit for providing a Jacobschwingungssignals and at least one controllable oscillation generating unit for converting the Gegenschwingungssignals in opposite vibrations, wherein the vibration generating unit against a device and / or housing part of the laboratory mill acts and wherein an active vibration reduction of the device and / or housing part and / or an at least partial cancellation of noise generating oscillations of the device and / or housing part is caused by destructive interference by the backlash.
  • a vibration generating unit acts against a device and / or housing part in order to reduce by vibrations in the resulting during operation of the laboratory mill vibrations of the affected device and / or housing part in the amplitude and thus noise.
  • it is important to influence the vibration behavior of equipment and / or housing parts by the generation of negative vibrations bwz. To dampen the amplitude of the vibrations of the device and / or housing part in order to prevent the formation of background noise or at least to reduce the formation of background noise.
  • the device and / or housing part is excited with antiphase oscillations, so that vibrations of the device and / or housing part, which are due to the operation of the laboratory mill, in particular to a high rotational speed in rotor or centrifugal mills and / or on the grinding process itself, as in ball mills, reduced and preferably completely extinguished.
  • the device and / or housing part is a housing cover of the laboratory mill surrounding a grinding chamber or a housing of the laboratory mill which can be erected on a substrate, wherein the housing can surround a drive of the laboratory mill.
  • the counter-vibration device can be designed and arranged for common coordinated antiphase excitation of the housing and the housing cover.
  • the housing and the housing cover can be a common housing for form the laboratory mill, wherein the counter-vibration device is designed and arranged for common antiphase vibration excitation of the enclosure.
  • housing and the housing cover may be formed in several parts, so that, if necessary, a plurality of vibration generating units are provided to each device and / or housing part and coordinated with each other in opposite phase excite.
  • the vibration generating unit may be an electromechanical actuator, which is placed on the device and / or housing part and / or interacts with the device and / or housing part.
  • electromechanical actuator a piezoelectric actuator can be used. By using piezoelectric actuators, the oscillating mass of the device and / or housing part can be actively damped.
  • An electromechanical actuator can also be formed by a spring-mass vibration system, which is acted upon by a drive and is coupled to a component wall of the laboratory mill.
  • the vibration generating unit may also be integrated in a wall of the device and / or housing part.
  • the free space within the housing of the laboratory mill can be optimally utilized and it comes through the vibration generating unit does not interfere with the arrangement of other components inside the laboratory mill.
  • the vibration generating unit when integrating the vibration generating unit in the wall of the device and / or housing part can ensure an aesthetically pleasing overall impression.
  • At least one sensor for detecting noise-generating vibrations and / or for detecting noise and for generating a vibration signal may be provided, wherein the control unit is configured to generate the counter-vibration signal by evaluating the vibration signal.
  • the sensor may be an accelerometer act. The period duration / frequency, the amplitude and / or the phase angle / the phase of the oscillations of the device and / or housing part can be detected by the sensor.
  • the vibration generating unit may also be designed and arranged for the active antiphase excitation of a (separate) hopper and / or a device set-up of the laboratory mill.
  • the vibration generating unit may be arranged on and / or in a swingable wall.
  • an anti-phase excitation device setup of the laboratory mill is possible to actively reduce the vibrations occurring in the field of device setup during operation of the laboratory mill.
  • a decoupling of the device assembly via passive dampers, such as rubber elements be provided over which the laboratory mill stands up on a substrate.
  • the combination of an active antiphase excitation of the device setup with a passive damping of the device setup by means of damping elements has its own inventive significance.
  • At least one sensor for detecting an operating characteristic of the laboratory mill in particular the engine speed of a drive unit of the laboratory mill, can be provided.
  • the control unit may be designed to provide the counter-vibration signal as a function of the acquired operating characteristic of the laboratory mill.
  • the engine speed can be measured and then only in response to the height of the engine speed counter vibrations are generated with a certain phase position and amplitude.
  • the typical vibration behavior of the laboratory mill at different operating conditions by period / frequency, amplitude, phase angle / phase of the vibrations can be detected and stored in a memory of the control unit as a vibration map for the generated countervailing vibrations.
  • a combination of measures to extinguish and / or reduce background noise by a counter-vibration device with measures to extinguish and / or reduce background noise by an anti-noise system is possible and beneficial.
  • the possibility of extinction and / or reduction of background noise by an anti-noise system will be described in more detail below.
  • a counter-noise device in a laboratory mill, can be provided which has a control unit for providing a counter-sound signal and at least one controllable sound generating unit for converting the antinoise signal in counter-noise to active noise reduction, ie for reducing the noise in the amplitude, and / or at least partially Extinguishing the background noise by destructive interference.
  • active noise reduction ie for reducing the noise in the amplitude, and / or at least partially Extinguishing the background noise by destructive interference.
  • the invention thus also proposes an antisound system for use in a laboratory mill to reliably reduce or even cancel out noise emissions.
  • an antisound system can reduce spurious noise emissions in a manner that outperforms the results of acoustic noise reduction by acoustic and / or acoustic attenuation measures.
  • the extinction of disturbing sound waves by counter-sound is based on the principle of destructive interference, are superimposed on the sound waves with corresponding sound waves of the same frequency, but shifted by 180 ° phase position, so that the waves cancel each other out by interference. Since in practice not individual frequencies are emitted as interfering sound, but usually a spectrum of disturbing sound waves occurs, the counter sound is chosen such that it has as possible the same spectrum at frequencies, each one can be at least substantially 180 ° shifted phase position , although it may not be possible in this way to extinguish the entire spectrum of the interfering emitted sound, it is possible to achieve a significant reduction in the noise emissions. The same applies to the above-described vibration damping by means of counter-vibrations.
  • ANR Active Noise Reduction
  • ANC Active Noise Cancellation
  • antisound systems may use a so-called filtered-x least mean squares (FxLMS) algorithm which attempts to reduce the airborne noise conducted in the laboratory mill and / or from the laboratory mill to zero (in the case of sound cancellation) or a predetermined one Threshold (in the case of sound interference) to regulate.
  • FxLMS filtered-x least mean squares
  • the airborne sound waves guided in the laboratory mill and / or emitted by the laboratory mill and the sound waves of the anti- or counter-sound generated by the sound generating unit are in frequency and have a phase shift of 180 ° relative to one another, the sound waves do not correspond in amplitude, there is only a weakening of the emitted airborne sound waves.
  • the anti-noise can be calculated separately by means of the FxLMS algorithm by determining an appropriate frequency and phase angle of two mutually shifted by 90 ° sine waves, and calculating the required amplitudes for these sine waves.
  • the aim of the anti-sound system is that the sound cancellation or sound influencing at least outside the laboratory mill is audible and measurable.
  • a piezoelectric actuator in particular a piezoelectric film or a piezoceramic disk element, can be used, the piezoelectric actuator itself generating a counter-sound field in accordance with its control.
  • Such actuators are hereinafter referred to as “electro-acoustic actuators”.
  • Piezo actuators are power converters that convert electrical signals into mechanical deflection, allowing them to regulate systems.
  • Industrially produced piezo elements are mostly ceramics. These ceramics are made of synthetic, inorganic, ferroelectric and polycrystalline ceramics. The piezoceramic expands when an electrical voltage is applied in the direction of the electric field.
  • the piezoactuator preferably has the largest possible ratio of its surface area to its thickness, in order to achieve a sufficiently high sound intensity or a sufficiently high sound pressure level in the generation of antinoise.
  • the piezoelectric actuator can also be coupled to a membrane.
  • the sound generation unit is a piezo film.
  • Piezo films are thin-walled and can thus be applied, for example, to a device and / or housing wall of the laboratory mill without constructional changes to the laboratory mill.
  • piezo foils it is no longer necessary to introduce openings for inserting loudspeakers into the wall.
  • the invention also allows conventional loudspeakers to be used instead of piezo foils.
  • One advantage of such loudspeakers is the availability and generation of high sound levels.
  • the sound generation unit can also be formed by an arrangement which has an electromechanical actuator which interacts with a device and / or housing parts of the laboratory mill which are arranged to oscillate.
  • an electromechanical actuator By deflection of an electromechanical actuator, the device and / or housing part itself is set in vibration and the device and / or housing part then generates a counter-sound field.
  • the electromechanical actuator forms an active oscillator, which acts directly on an oscillatable device and / or housing part and sets the device and / or housing part in vibration, whereby a back-field is generated.
  • the device and / or housing part is then used as a speaker.
  • the device and / or housing part acts as a membrane to generate counter-noise.
  • electromechanical actuator can also be used a piezoelectric actuator.
  • An electromechanical actuator can also be formed by a spring-mass vibration system, which is acted upon by a drive and is coupled to a component wall of the laboratory mill.
  • the laboratory mill on a sound sensor for the conversion of background noise in an interference signal, wherein the control unit for generating the antinoise signal by analyzing the interference signal is configured.
  • a sound sensor such as a microphone
  • noise from sources of interference in the laboratory mill can be detected and converted into an interference signal.
  • the analysis of the interfering signal may preferably take place in the frequency domain.
  • the interference signal can be divided into frequency components in real time. By appropriate filtering special frequency bands in which noise is particularly strong generated Radiofilterbar.
  • control unit may be configured such that the antinoise signal is selectable from a number of antinoise signal profiles held in a memory unit.
  • the selection can be made as a function of an active operating mode of the laboratory mill and / or depending on the sample or feed materials processed and / or treated during operation of the laboratory mill with the laboratory mill.
  • the selection can also be made as a function of a ground material to be comminuted, in particular of its mechanical and / or physical properties. With this configuration no sound sensor is needed. Rather, the antinoise signal profiles are generated on the basis of an analysis of background noise during the course of different operating modes of the laboratory mill and / or when processing different sample or feed materials.
  • the antinoise signals may, for example, in a centrifugal mill depend on the rotational speed of a grinding tool, which may change from operating mode to operating mode and / or on the grinding stock used.
  • the sound generating unit is arranged within a housing of the laboratory mill, but may in principle also be provided on the outside of the housing. It is not necessary and sometimes also not technically possible that the sound generating unit is connected directly to a device and / or housing part of the laboratory mill or cooperates with this, which emits even noise.
  • the actuator is arranged on a sound-emitting device and / or housing part directly or indirectly adjacent further equipment and / or housing part of the laboratory mill and / or cooperates with this.
  • an effective reduction of the noise is possible directly in the vicinity of the source of noise generation.
  • the sound generating unit is integrated in a wall of a device and / or housing part of the laboratory mill.
  • integrated piezoceramic actuators can actively initiate vibrations in a component structure in order to excite them and to generate a counter-sound field.
  • a piezoelectric actuator can be cast in a device and / or housing and thus receives the required for the actuator application bias.
  • the piezoceramic can be optimally integrated into the material structure of the device and / or housing part and protect against contamination.
  • the grinding chamber is the origin of noise emissions, so that the sound generating unit can be arranged in particular adjacent to the grinding chamber.
  • airborne sound in the immediate vicinity of the grinding chamber preferably in the interior of the grinding chamber, can be eliminated or at least significantly reduced by counter-noise measures.
  • the sound generating unit may be arranged in the vicinity of a drive motor of the laboratory mill.
  • the actuator can be arranged on and / or cooperate with a device and / or housing part directly or indirectly surrounding the grinding chamber.
  • a collecting container connected to the grinding chamber, in particular enclosing the grinding chamber can be provided for comminuted material to be ground.
  • the actuator can then be arranged on the collecting container and / or interact with it.
  • the actuator is on the outside of the collection container, i. outside of the receiving space of the collecting container for crushed millbase arranged.
  • a lid of the collecting container may be suitably equipped with a counter-noise device.
  • the actuator is arranged on the ring sieve and / or cooperates with this.
  • the collecting container On the outer circumference of the ring sieve, the collecting container may be provided.
  • the laboratory mill has a grinding channel which extends through a housing of the laboratory mill to the grinding chamber and is provided for a grinding material inlet into the grinding chamber and / or for a grinding material outlet from the grinding chamber, a continuous air sound path between the emission source in the region can be provided via the grinding material channel form the grinding tool and the environment of the crushing device. Airborne sound from the interior of the comminution device reaches the environment via the grinding material channel, so that the arrangement of a counter sounding device in the area of the grinding material channel is advantageous.
  • At least one electroacoustic actuator can be arranged on a grinding and / or limiting device and / or housing part of the laboratory mill and / or an electromechanical actuator can interact with the device and / or housing part, so that the device and / or housing part itself is excited to oscillate and generates a counter-sound field.
  • an electroacoustic actuator may be provided, which is arranged on a separate hopper, which is inserted into a Mahlgutkanal the laboratory mill.
  • an electromechanical actuator can be provided, which acts against the hopper and stimulates the hopper itself to vibrate to produce a counter-sound field.
  • An electroacoustic actuator can also be arranged on a housing cover of the laboratory mill in order to generate anti- or counter-sound.
  • an electromechanical actuator can cooperate with a housing cover in order to stimulate the cover to vibrate and thus to generate a counter-sound field.
  • the emission direction of the counter-sound waves should preferably coincide with the emission direction of the Störschallwellen. This can be achieved by a suitable arrangement of the actuator.
  • FIGS. 1 to 8 described aspects of the invention are not on the in the Fign 1 to 8 shown constructive embodiments and features of different embodiments are combined as needed.
  • Fig. 1 shows an example of the structural design of a rotor. or centrifugal mill formed laboratory mill 1.
  • the aspects described below also apply to other laboratory mills with a different structural design, especially for ball mills.
  • the laboratory mill 1 has a rotor 3 coupled to a drive shaft 2 as a grinding tool, wherein a grinding chamber 4, in which the rotor 3 rotates during a grinding process, is enclosed by a ring sieve 5.
  • a ring sieve 5 On the outer circumference of the ring sieve 5, an annular collecting container 6 is arranged for comminuted material to be ground.
  • the collecting container 6 can be closed with a removable container lid 7.
  • Mahlgutzuzen into the grinding chamber 4 via a Mahlgutkanal 8, which is in fluid communication with a Mahlguteinlassö réelle 9. About the Mahlguteinlassö réelle 9 the Malgutzubow to the grinding chamber 4.
  • Mahlgutkanal 8 may be open during operation of the crushing device 1 to the environment. As a result, a successive feed of the ground material to the grinding chamber 4 is ensured during the grinding operation.
  • the Mahlgutkanal 8 is limited in the embodiment shown by way of example by a funnel-shaped wall portion 10 of a housing cover 11 of the laboratory mill 1.
  • the housing cover 11 surrounds the grinding chamber 4.
  • a housing 12 is also provided that may also be formed in several parts and surrounds a drive of the laboratory mill 1.
  • the housing cover 11 and the housing 12 form a housing or envelope of the laboratory mill 1.
  • a base plate 13 the housing 12 is on a substrate.
  • the base plate 13 forms part of the device installation of the comminution device 1.
  • the laboratory mill 1 develops acoustic emissions due to the high rotational speeds of centrifugal mills, which are transmitted as airborne and / or as structure-borne noise. These coupled to the speed of the rotor 3 signals are very disturbing due to the usually high speeds in the laboratory.
  • periodic shocks resulting from the comminution process periodic sound emissions occur. Acoustic emissions may arise from the comminution process itself or from a developing air flow which is cyclically interrupted by the periodic comminution process.
  • Mahlgutkanal 8 airborne noise is emitted from the grinding chamber 4 in the environment. If the Mahlgutkanal 8 is open during the grinding operation for a successive supply of the ground material to the grinding chamber 4, there is a continuous airborne sound path between the emission source in the field of milling and the environment of the crushing device 1.
  • body noise emissions occur due to vibration and vibration of equipment parts and / or housing parts of the comminution device 1, which start from the grinding chamber 4.
  • These device and / or housing parts can set ambient air into vibrations and thus generate airborne noise and / or amplify airborne noise emissions via the grinding material channel 8.
  • vibrating device parts and / or housing parts in turn adjacent device and / or housing parts in vibration, with the result that the adjacent equipment parts can emit airborne sound.
  • counter-noise device 14 may be provided.
  • This comprises a control unit 15 for providing an antinoise signal 16 and at least one controllable sound generating unit 17, which in Fig. 2 is shown schematically as a speaker.
  • the sound generation unit 17 can also be a piezoactuator, in particular a piezo film.
  • a piezoceramic piezoceramic disc elements can be used.
  • the sound generation unit 17 generates a counter-sound field 18 for active noise reduction and / or at least partial extinction of an interference sound field 19 emanating from the grinding chamber 4 and generated by the rotating grinding tool during the comminution process.
  • the generated by the sound generating unit 17 counter sound waves 20 according to amplitude and frequency substantially corresponding to the emanating from the grinding chamber 4 noise waves 21 correspond, but have relative to these a phase shift of preferably 180 °. Although it may not be possible to extinguish the entire spectrum of interfering sound, at least a significant reduction of the sound emissions can be achieved. In Fig. 2 is shown schematically that it may come through the counter-sound field 18 for almost complete extinction of the Störschallfelds 19.
  • the measurement of the outgoing from the grinding chamber 4 Störschallfelds 19 is carried out with a microphone 22.
  • the microphone 22 converts the noise into a noise signal 23, the control unit 15, the noise signal 23 evaluates and based on the evaluation generates a counter sound signal 16.
  • a second microphone 24 may be provided, which serves as an error microphone and, if the background noise should not be completely extinguished, transmitted an error signal 25 to the control unit 15.
  • the control unit 15 is designed as a regulator. Basically, however, a pure control depending on the incident with the microphone 22, interfering sound waves 21 may be provided in the counter sound generation.
  • the control unit 15 it is possible to configure the control unit 15 so that the antinoise signal 16 is selectable from a number of antinoise signal profiles, which are held in a memory unit, not shown.
  • Fig. 1 are shown schematically possibilities for the spatial arrangement of a counter-noise device 14 on the laboratory mill 1 and marked with "X".
  • a counter sound device 14 for example, in the region of the grinding chamber 4 directly or indirectly surrounding device and / or housing part may be provided.
  • the sound generating unit 17, or an electroacoustic and / or electromechanical actuator can be arranged on the collecting container 6, in particular on its outer wall.
  • an electro-acoustic and / or electromechanical actuator can be integrated in a wall of the collecting container 6.
  • an electroacoustic and / or an electromechanical actuator can be arranged on or in the container lid 7 and / or on or in the annular sieve 5.
  • a sound generating unit 17 in the region of the wall section 10 of the housing cover 11 delimiting the grinding material channel 8 and / or on the housing 12.
  • a sound generating unit 17 may be provided on a side wall 26 of the housing cover 11, which is spaced from the Mahlgutkanal 8.
  • an electromechanical actuator can interact with a device or housing wall and stimulate them to vibrate, thus generating counter-noise.
  • the housing wall can then act as a membrane and generate the counter sound.
  • Fig. 3 schematically is a counter-vibration device 27 for a in Fig. 1 shown laboratory mill 1 shown.
  • the counter-vibration device 27 preferably has a plurality of sensors 28 and a controllable vibration-generating unit 29. It may also be provided only a sensor 28.
  • a control unit 29a is provided which generates a counter-vibration signal 29b.
  • the vibration generating unit 29 is configured to convert the counter vibration signal 29b into opposing vibrations 30 to the active one Vibration reduction of an otherwise oscillatable device and / or housing part 31 of the comminuting device 1. This ensures that generated during operation of the laboratory mill 1 vibrations generated 32 of the device and / or housing part 31 due to the action of the vibration generating unit 29 or even completely extinguished. As a result, this leads to a reduced noise emission.
  • the vibration generating unit 29 may be a piezoelectric actuator and / or an electromechanical actuator in the manner of a spring-mass vibration system.
  • the vibration generating unit 29 is preferably placed on the device and / or housing part 31 and / or acts against the device and / or housing part 31.
  • the vibration generating unit 29 can also be integrated or embedded in a wall of the device and / or housing part 31 his.
  • a modular system with at least one vibration generating unit 29 and at least one, preferably a plurality of sensors 28, which can be used as needed for vibration reduction.
  • the sensors 28 may be designed as acceleration sensors and are preferably arranged distributed spatially over the device and / or housing part 31, which is shown here in plate form for a simplified illustration. They are placed on the surface of the device and / or housing part 31 so that the vibrations generated by the grinding process 32 of the device and / or housing part 31 are detected.
  • the sensor output signals 28a are then supplied to the control unit 29a, which generates counter-vibration signals 29b and transmits them to the oscillation generation unit 29 for active vibration reduction.
  • a microphone may be provided to detect from the device and / or housing part 31 during laboratory operation outgoing noise and convert it into a sensor output signal 28.
  • the vibration generating unit 29 then generates countervibrations 30 from the countervibration signals 29b which excite the device and / or housing part 31 in antiphase and counteract the vibrations 32 of the device and / or housing part 31. Vibrations of the device and / or housing part 31 are damped. As a result, radiated from the device and / or housing part 31 noise or noise is significantly reduced or completely extinguished.
  • the signal transmission between the sensors 28, the vibration generating unit 29 and the control unit 29a can be carried out by radio or by means of control signal lines.
  • the control unit 29a can be designed as a controller.
  • Fig. 4 schematically possible positions for the arrangement of a counter-vibration device 27 to a crushing device 1 are shown.
  • the counter-vibration device 27 is used for active anti-phase excitation of device and / or housing walls of the crushing device 1 in order to reduce vibrations of the device and / or housing walls, which go back to the grinding operation. This also reduces background noise.
  • the base plate 13 is on rubber elements 34 on a substrate.
  • the rubber elements 34 lead to a passive Decoupling of the base plate 13 from the ground and to a passive damping of the vibration transmission.
  • at least one counter-vibration device 27 can be provided in order to excite the base plate 13 in antiphase and thus additionally actively decouple it.
  • noise-generating vibrations of the base plate 13 can be actively reduced and / or at least partially extinguished.
  • Each rubber element 34 may be associated with a counter-vibration device 27.
  • Fig. 5 and 6 show alternative embodiments of hopper 33, which can be used as separate equipment parts, if necessary, in the Mahlgutkanal 8 a laboratory mill 1 and lead to the passive reduction of acoustic emission by reflection of airborne sound at cross-sectional and / or direction changes in the hopper 33.
  • the funnel 33 is introduced into the airborne sound path between the grinding chamber 4 and the outside air surrounding the comminuting device 1.
  • the sound waves are placed in the hopper 33 obstacles in the way, so that they are thrown back and deflected. Partly the sound waves cancel each other out. Through different cross sections of the damper it comes to the sound reflection and thus to a sound reduction.
  • the reduction of acoustic emissions due to the geometry of the funnel 33 can be at least 10 dB (A), preferably at least 20 dB (A), particularly preferably at least 30 dB (A).
  • the in Fig. 5 shown funnel 33 has an upper edge portion 35 which is provided for supporting the hopper 33 on the housing cover 11.
  • the hopper 33 has at its upper end a tapered funnel portion 36 and a downwardly adjoining cylindrical neck portion 37.
  • a back splash guard 38 is provided, which is formed by a conical wall portion 39.
  • the wall section 39 is held on the neck section 37 via wall sections 40, which are elongated in the axial direction in a web-like manner.
  • the feed of a material to be ground into the grinding chamber 4 takes place via an inlet opening 41 at the upper end of the filling funnel 33 via the funnel section 36 and the neck section 37 past the web-shaped wall sections 40 in the direction of the grinding chamber 4.
  • the counter-vibration device 27 may be provided, for example, on an outer edge 42 of the edge portion 35.
  • a counter-vibration device 27 may be provided on the funnel section 36 and / or on the neck section 37 and / or in the region of the re-splash guard 38.
  • a counter-vibration device 27 may also be provided on the insert 43, with counter-vibrations 30 being transmitted to the insert 43 in order to damp the vibrations of the insert 43 and to generate vibrations and hence interference noise emanating from the insert 43 during operation of the laboratory mill 1. to reduce or even completely extinguish it.
  • Laboratory mill 1 shown corresponds to the type and structure of the in the Fig. 1 . 4 and 7 Laboratory mill 1. Identical and / or functionally identical components have been identified by the same reference numerals.
  • FIGS. 1 to 8 shown laboratory mills 1 are not limited to the feature set shown in each case and it features of different embodiments, if necessary, can be combined with each other, even if this is not shown and described in detail.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Labormühle, insbesondere eine Rotormühle bzw. Zentrifugalmühle oder eine Kugelmühle, weiter insbesondere mit wenigstens einem Mahlraum für ein Probenvolumen von vorzugsweise weniger als 10 l, besonders bevorzugt von weniger als 5 l, weiter bevorzugt von weniger als 2 l. Insbesondere betrifft die Erfindung eine als Funktionseinheit transportable Labormühle, weiter insbesondere ausgebildet als Tisch- oder Standgerät zur Verwendung in einem Labor oder ausgebildet zur beispielsweise inline-Messung von Qualitätsparametern von Proben aus einem teilweise oder vollständig automatisierten Produktions- und/oder Verarbeitungsprozesses eines Probenmaterials.
  • Bei vielen nach dem Prall- und/oder Schneidprinzip arbeitenden Labormühlen treten bei der Probenbe- und/oder -verarbeitung infolge der dabei ablaufenden Arbeitsvorgänge strukturakustische Effekte auf, d.h. vibrierende Strukturen strahlen Luftschall ab bzw. leiten ihn als Körperschall in angrenzende Bauteile weiter, die dann ebenfalls Luftschall abstrahlen, oder es gelangt Luftschall, der bei der Probenbe- und/oder -verarbeitung im Geräteinneren entsteht, über einen durchgehenden Luftschallweg aus dem Labormühle in die Umgebung. "Schall" oder "Störschall" im Sinne der Erfindung bezeichnet allgemein hörbare Geräusche bzw. die hörbaren Schwingungen (Schallwellen) von Druck- und Dichteschwankungen in der Luft.
  • Labormühlen, die nach dem Prall- und/oder Schneidprinzip arbeiten, entwickeln Schallemissionen aufgrund der beim Mahlvorgang stattfindenden Zerkleinerungsprozesse. Bei Rotormühlen bzw. Zentrifugalmühlen kommt es aufgrund hoher Zentrifugalkräfte, die durch ein schnell drehendes Mahlwerkzeug auf die zu zerkleinernden Teile wirken, zu heftigen Stößen während des Mahlprozesses. Bei anderen Labormühlen kann der Bewegungsablauf eher leise sein, wobei jedoch durch die Probeneinwirkung, insbesondere aufgrund einer Schneidwirkung des Rotors, vom Mahlraum Luft- und Körperschallemissionen ausgehen. Ursache für Luft- und Körperschallemissionen können rotierende und/oder schwingende Mahlwerkzeuge sein oder auch das Bewegungsregime von Mahlkörpern, die beispielsweise in Kugelmühlen zur Zerkleinerung des Probenmaterials eingesetzt werden und im Inneren eines Probenbehälters der Bewegung des Probenbehälters folgen. Die Schallemissionen können durch den Zerkleinerungsvorgang selbst oder durch eine sich entwickelnde Luftströmung, die durch den periodischen Mahlvorgang zyklisch unterbrochen wird, entstehen.
  • Wenn während eines Mahlvorgangs über einen Mahlgutkanal eine sukzessive Zufuhr eines Mahlgutes zum Mahlraum oder eine Mahlgutabfuhr aus dem Mahlraum erfolgen soll, bleibt der Mahlgutkanal in der Regel während eines Mahlprozesses geöffnet und es besteht ein durchgehender Luftschallweg zwischen der Emissionsquelle im Bereich des Mahlwerkzeugs und der Umgebung der Zerkleinerungsvorrichtung. Über den Mahlgutkanal kann dann Luftschall aus dem Mahlraum in die Umgebung gelangen.
  • Aus dem Dokument WO 2007/080030 A1 ist ein Mahltopf für Trommel- und Planetenmühlen für die Anwendung im Laborbereich bekannt, insbesondere für Labormühlen mit einem Volumen im Bereich von 1 Liter bis zu mehreren Litern. Der Mahltopf weist eine rotationssymmetrische Form auf und ist zur trockenen oder Nassaufbereitung geeignet. Der Mahltopf besteht aus einem schlagzähen, geräuschdämpfenden, chemisch resistenten und regeneratfreien Hochleistungspolymer. Neben einer Gewichtsersparung soll dadurch eine geringe Geräuschentwicklung beim Einsatz des Mahltopfes erreicht werden.
  • Zur Verringerung von Schallemissionen ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, Gehäuseteile von Labormühlen mit schallabsorbierenden Materialien auszustatten. Für eine Schalldämmung kann die Labormühle auch vollständig eingehaust werden. Eine vollständige Kapselung während des Gerätebetriebes durch eine Schallschutzeinhausung ist jedoch dann nicht möglich, wenn während eines Mahlprozesses über einen Mahlgutkanal eine sukzessive Zufuhr eines Mahlgutes zum Mahlraum oder eine Mahlgutabfuhr aus dem Mahlraum erfolgen soll. Es besteht zwar die Möglichkeit, den Mahlgutkanal in den Zeiten zwischen einer Mahlgutzufuhr oder Mahlgutabfuhr zu verschließen, um die Schallemissionen über den Mahlgutkanal zu reduzieren. Das wiederholte Öffnen und Verschließen des Mahlgutkanals ist jedoch wenig benutzerfreundlich, was in der Praxis oft dazu führt, dass der Mahlgutkanal während des gesamten Mahlprozesses unabgedeckt bleibt und Störschallemissionen hingenommen werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Labormühle der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei der Probenbe- und/oder -verarbeitung eine deutlich reduzierte Schallabstrahlung aufweist. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Labormühle Schallemissionen im Bereich eines Mahlgutkanals in apparativ einfacher und kostengünstiger Weise zu verringern, wobei eine Mahlgutzufuhr in den Mahlraum und, gegebenenfalls, eine Mahlgutabfuhr aus dem Mahlraum während des Mahlbetriebes unbeeinträchtigt möglich sein sollen.
  • Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist zur Lösung der oben genannten Aufgaben bei einer Labormühle wenigstens eine Gegenschwingungseinrichtung vorgesehen, die wenigstens eine Steuereinheit zur Bereitstellung eines Gegenschwingungssignals und wenigstens eine ansteuerbare Schwingungserzeugungseinheit zur Umwandlung des Gegenschwingungssignals in Gegenschwingungen aufweist, wobei die Schwingungserzeugungseinheit gegen ein Geräte- und/oder Gehäuseteil der Labormühle wirkt und wobei durch die Gegenschwingungen eine aktive Schwingungsreduktion des Geräte- und/oder Gehäuseteils und/oder eine zumindest teilweise Auslöschung von Störschall erzeugenden Schwingungen des Geräte- und/oder Gehäuseteils durch destruktive Interferenz bewirkt wird.
  • Bei dieser Ausführungsform wirkt eine Schwingungserzeugungseinheit gegen ein Geräte- und/oder Gehäuseteil, um durch Gegenschwingungen die beim Betrieb der Labormühle entstehenden Schwingungen des betroffenen Geräte- und/oder Gehäuseteils in der Amplitude und damit Störschall zu verringern. Bei diesem Aspekt der Erfindung geht es darum, das Schwingungsverhalten von Geräte- und/oder Gehäuseteilen durch die Erzeugung von Gegenschwingungen positiv zu beeinflussen bwz. die Amplitude der Schwingungen des Geräte- und/oder Gehäuseteils zu dämpfen, um der Bildung von Störschall vorzubeugen oder zumindest die Bildung von Störschall zu verringern. Das Geräte- und/oder Gehäuseteil wird mit gegenphasigen Schwingungen angeregt, so dass Vibrationen des Geräte- und/oder Gehäuseteils, die auf den Betrieb der Labormühle zurückzuführen sind, insbesondere auf eine hohe Drehzahl bei Rotor- bzw. Zentrifugalmühlen und/oder auf den Mahlvorgang selber, wie bei Kugelmühlen, verringert und vorzugsweise vollständig ausgelöscht werden.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Geräte- und/oder Gehäuseteil um einen einen Mahlraum umgebenden Gehäusedeckel der Labormühle oder um ein auf einem Untergrund aufstellbares Gehäuse der Labormühle, wobei das Gehäuse einen Antrieb der Labormühle umgeben kann. Um die Emissionen von Störschall noch weiter zu verringern, kann die Gegenschwingungseinrichtung zur gemeinsamen aufeinander abgestimmten gegenphasigen Anregung des Gehäuses und des Gehäusedeckels ausgebildet und angeordnet sein. Das Gehäuse und der Gehäusedeckel können eine gemeinsame Umhausung für die Labormühle bilden, wobei die Gegenschwingungseinrichtung zur gemeinsamen gegenphasigen Schwingungsanregung der Umhausung ausgebildet und angeordnet ist. Durch eine aufeinander abgestimmte Steuerung der gegenphasigen Anregung des Gehäuses und des Gehäusedeckels lässt sich eine besonders gute Schwingungsdämpfung erreichen. In Verbindung mit der Erfindung durchgeführte Versuche haben gezeigt, dass sich die Schwingungen des Gehäuses und des Gehäusedeckels oft gegenseitig verstärken, so dass sich insbesondere bei einer aufeinander abgestimmten Steuerung der gegenphasigen Anregung des Gehäuses und des Gehäusedeckels ein sehr gutes Schwingungsdämpfungsverhalten erreichen lässt.
  • Es versteht sich, dass das Gehäuse und auch der Gehäusedeckel mehrteilig ausgebildet sein können, so dass bedarfsweise mehrere Schwingungserzeugungseinheiten vorgesehen sind, um jedes Geräte- und/oder Gehäuseteil und aufeinander abgestimmt gegenphasig anzuregen.
  • Die Schwingungserzeugungseinheit kann ein elektromechanischer Aktor sein, der auf das Geräte- und/oder Gehäuseteil aufgesetzt ist und/oder mit dem Geräte- und/oder Gehäuseteil zusammenwirkt. Als elektromechanischer Aktor kann ein Piezoaktor verwendet werden. Durch Einsatz von Piezoaktorik kann die schwingende Masse des Geräte- und/oder Gehäuseteils aktiv gedämpft werden. Ein elektromechanischer Aktor kann auch durch ein Feder-Masse-Schwingungssystem gebildet werden, das mit einem Antrieb beaufschlagt wird und an eine Bauteilwandung der Labormühle angekoppelt ist.
  • Die Schwingungserzeugungseinheit kann auch in eine Wandung des Geräte- und/oder Gehäuseteils integriert sein. Damit lässt sich der freie Bauraum innerhalb der Umhausung der Labormühle optimal ausnutzen und es kommt durch die Schwingungserzeugungseinheit nicht zu einer Behinderung bei der Anordnung weitere Bauteile im Inneren der Labormühle. Darüber hinaus lässt sich bei Integration der Schwingungserzeugungseinheit in die Wandung des Geräte- und/oder Gehäuseteils ein ästhetisch ansprechender Gesamteindruck sicherstellen.
  • Im Übrigen kann wenigstens ein Sensor zum Erfassen von störschallerzeugenden Schwingungen und/oder zum Erfassen von Störschall und zur Generierung eines Schwingungssignals vorgesehen sein, wobei die Steuereinheit zur Generierung des Gegenschwingungssignals durch Auswertung des Schwingungssignals konfiguriert ist. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Beschleunigungsaufnehmer handeln. Es können von dem Sensor die Periodendauer/Frequenz, die Amplitude und/oder der Phasenwinkel/die Phase der Schwingungen des Geräte- und/oder Gehäuseteils erfasst werden. Das Gegenschwingungssignal wird vorzugsweise so generiert, dass von der Schwingungserzeugungseinheit Gegenschwingungen mit gleicher Frequenz, aber um 180° verschobener Phasenlage erzeugt werden, so dass sich die auf den Mahlbetrieb zurückzuführenden Schwingungen des Geräte- und/oder Gehäuseteils und die erzeugten Gegenschwingungen durch destruktive Interferenz gegenseitig auslöschen oder zumindest die Amplitude der auf den Mahlbetrieb zurückzuführenden Schwingungen des Geräte- und/oder Gehäuseteils verringert wird.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Schwingungserzeugungseinheit lösbar mit einem Geräte- und/oder Gehäuseteil verbindbar und/oder bedarfsweise an unterschiedlichen Geräte- und/oder Gehäuseteilen befestigbar ist. Die Schwingungserzeugungseinheit lässt sich damit gezielt an solchen Stellen der Labormühle anordnen, die beim Betrieb der Labormühle Störschall emittieren. Im Übrigen ist es möglich, eine aktive Schwingungsreduktion durch Anordnen der Schwingungserzeugungseinheit an einem Geräte- und/oder Gehäuseteil lediglich dann vorzusehen, wenn es zur Störschallemission in einer bestimmten Größenordnung kommt.
  • Die Schwingungserzeugungseinheit kann auch zur aktiven gegenphasigen Anregung eines (separaten) Einfülltrichters und/oder einer Geräteaufstellung der Labormühle ausgebildet und angeordnet sein. Zu diesem Zweck kann die Schwingungserzeugungseinheit an und/oder in einer schwingfähigen Wandung angeordnet sein. Beispielsweise ist eine gegenphasige Anregung einer Geräteaufstellung der Labormühle möglich, um die beim Betrieb des Labormühlees auftretenden Schwingungen im Bereich der Geräteaufstellung aktiv zu verringern. Ergänzend kann eine Entkopplung der Geräteaufstellung über passive Dämpfer, wie Gummielemente, vorgesehen sein, über die die Labormühle auf einem Untergrund aufsteht. Der Kombination einer aktiven gegenphasigen Anregung der Geräteaufstellung mit einer passiven Dämpfung der Geräteaufstellung mittels Dämpfungselementen kommt eigenerfinderische Bedeutung zu.
  • Die Steuereinheit kann wenigstens ein Stellglied aufweisen, um manuell ein Gegenschwingungssignal zu generieren und/oder um die Phasenlage und/oder die Amplitude der Gegenschwingungen zu modifizieren. Damit lässt es die Erfindung zu, eine durch Gegenschwingungen erreichte Schwingungsdämpfung subjektiv zu beurteilen und ggf. durch Modifikation der Gegenschwingungen eine verbesserte Schwingungsdämpfung zu erreichen.
  • Darüber hinaus kann wenigstens ein Sensor zum Erfassen einer Betriebskenngröße der Labormühle, insbesondere der Motordrehzahl einer Antriebseinheit der Labormühle, vorgesehen sein. Die Steuereinheit kann zur Bereitstellung des Gegenschwingungssignals in Abhängigkeit von der erfassten Betriebskenngröße der Labormühle ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die Motordrehzahl gemessen werden und es werden dann lediglich in Abhängigkeit von der Höhe der Motordrehzahl Gegenschwingungen mit bestimmter Phasenlage und Amplitude erzeugt. In diesem Zusammenhang kann das typische Schwingungsverhalten der Labormühle bei unterschiedlichen Betriebszuständen nach Periodendauer/Frequenz, Amplitude, Phasenwinkel/Phase der Schwingungen erfasst und in einem Speicher der Steuereinheit als Schwingungskennfeld für die zu erzeugenden Gegenschwingungen hinterlegt werden. Die Steuerung kann dazu eingerichtet sein, die Schwingungserzeugungseinheit zum Emittieren von vorgegebenen, in dem Speicher hinterlegten Gegenschwingungen anzusteuern. Es kann dann grundsätzlich auf Sensoren zum Erfassen von Störschall erzeugenden Schwingungen des Geräte- und/oder Gehäuseteils und/oder auf Sensoren zum direkten Erfassen von Störschall verzichtet werden. Vorzugsweise kann die Steuereinheit derart ausgebildet sein, dass bei einer bestimmten Motordrehzahl stets Gegenschwingungen bestimmter vorgegebener (gespeicherter) Phasenlage und Amplitude erzeugt werden.
  • Eine Kombination von Maßnahmen zur Auslöschung und/oder Reduzierung von Störschall durch eine Gegenschwingungseinrichtung mit Maßnahmen zur Auslöschung und/oder Reduzierung von Störschall durch ein Antischall-System ist möglich und von Vorteil. Nachfolgend wird die Möglichkeit der Auslöschung und/oder der Reduzierung von Störschall durch ein Antischall-System näher beschrieben.
  • In diesem Zusammenhang kann bei einer Labormühle eine Gegenschalleinrichtung vorgesehen sein, die eine Steuereinheit zur Bereitstellung eines Gegenschallsignals und wenigstens eine ansteuerbare Schallerzeugungseinheit zur Umwandlung des Gegenschallsignals in Gegenschall zur aktiven Schallreduktion aufweist, d.h. zur Reduzierung des Störschalls in der Amplitude, und/oder zur zumindest teilweisen Auslöschung des Störschalls durch destruktive Interferenz. Wie auch bei der oben beschriebenen Erzeugung von Gegenschwingungen kann durch Frequenz- und Amplitudenabstimmung der Schallerzeugungseinheit als aktiver Erreger die aktive Auslöschung oder Schallreduzierung der von der Labormühle ausgehenden Schallereignisse erreicht werden. Die Erfindung schlägt somit auch ein Antischall-System zur Verwendung bei einer Labormühle vor, um Störschallemissionen zuverlässig zu reduzieren oder sogar vollständig auszulöschen. Insbesondere können durch ein Antischall-System störende Schallemissionen in einer Weise reduziert werden, die die Ergebnisse der Reduktion von Schallemissionen durch Maßnahmen zur Schalldämmung und/oder Schalldämpfung übertreffen.
  • Neben der Reduzierung von Schallemissionen durch Gegenschall können erfindungsgemäß zusätzlich auch andere, insbesondere passive Maßnahmen, wie Schalldämmung oder Schalldämfpung, zur Schallreduktion vorgesehen sein. Es ist dabei insbesondere möglich, die Reduzierung von Schallemissionen durch Gegenschall gezielt für solche Frequenzen bzw. Frequenzbänder vorzunehmen, die sich mit anderen passiven Maßnahmen zur Schallreduktion nicht in dem erwünschten Maße unterdrücken lassen. Insbesondere lassen sich mittels Gegenschall tiefere Frequenzen gut auslöschen, wohingegen sich höhere Frequenzen auch durch herkömmliche Schalldämpfung oftmals unterdrücken lassen.
  • Die Auslöschung von störenden Schallwellen durch Gegenschall beruht auf dem Prinzip der destruktiven Interferenz, bei der Schallwellen mit entsprechenden Schallwellen gleicher Frequenz, aber um 180° verschobener Phasenlage, überlagert werden, so dass sich die Wellen durch Interferenz gegenseitig auslöschen. Da in der Praxis nicht einzelne Frequenzen als störender Schall emittiert werden, sondern üblicherweise ein Spektrum an störenden Schallwellen auftritt, wird der Gegenschall derart gewählt, dass dieser möglichst dasselbe Spektrum an Frequenzen aufweist, wobei jeweils eine um zumindest im Wesentlichen 180° verschobene Phasenlage vorliegen kann. Auch wenn in dieser Weise gegebenenfalls nicht das gesamte Spektrum des störenden emittierten Schalls ausgelöscht werden kann, so kann jedoch eine nennenswerte Reduzierung der Schallemissionen erzielt werden. Entsprechendes gilt für die oben beschriebene Schwingungsdämpfung mittels Gegenschwingungen.
  • Die Technik der Emission von Gegenschall, um störenden Schallwellen auszulöschen oder zumindest in der Amplitude zu verringern, ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Diese Technik wird u.a. häufig als aktive Lärmkompensation, Active Noise Reduction (ANR), Active Noise Cancellation (ANC) oder Antischall bezeichnet.
  • Antischall-Systeme können beispielsweise einen sogenannten Filtered-x Least Mean Squares (FxLMS) Algorithmus verwenden, der versucht, den in der Labormühle geführten und/oder von der Labormühle ausgehenden Luftschall durch Ausgabe von Gegenschall auf Null (im Falle der Schallauslöschung) oder einen vorgegebenen Schwellwert (im Falle der Schallbeeinflussung) zu regeln. Es wird jedoch betont, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung eines FxLMS-Algorithmus beschränkt ist. Entsprechen sich die in der Labormühle geführten und/oder von der Labormühle emittierten Luftschallwellen und die von der Schallerzeugungseinheit erzeugten Schallwellen des Anti- bzw. Gegenschalls zwar in der Frequenz und weisen sie relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 180° auf, entsprechen sich die Schallwellen aber nicht in der Amplitude, kommt es lediglich zu einer Abschwächung der emittierten Luftschallwellen. Für jedes Frequenzband des emittierten Luftschalls kann der Anti-Schall mittels des FxLMS-Algorithmus gesondert berechnet werden, indem eine geeignete Frequenz und Phasenlage von zwei zueinander um 90° verschobenen Sinusschwingungen bestimmt wird, und die erforderlichen Amplituden für diese Sinusschwingungen berechnet werden. Das Ziel des Antischall-Systems ist es dabei, dass die Schallauslöschung bzw. Schallbeeinflussung zumindest außerhalb der Labormühle hörbar und messbar ist.
  • Die Bezeichnung "Gegenschall" oder "Antischall" dient erfindungsgemäß zur Unterscheidung von dem in der Labormühle geführten und/oder von der Labormühle emittierten Luftschall bzw. Störschall. Für sich allein betrachtet handelt es sich bei Gegenschall um gewöhnlichen Luftschall.
  • Als Schallerzeugungseinheit kann ein Piezoaktor, insbesondere eine Piezofolie oder ein piezokeramisches Scheibenelement, eingesetzt werden, wobei der Piezoaktor entsprechend seiner Ansteuerung selbst ein Gegenschallfeld erzeugt. Solche Aktoren werden nachfolgend als "elektroakustische Aktoren" bezeichnet. Piezoaktoren sind Leistungswandler und setzen elektrische Signale in eine mechanische Auslenkung um und können so regulierend in Steuerungssysteme eingreifen. Industriell hergestellte Piezoelemente sind zumeist Keramiken. Diese Keramiken werden aus synthetischen, anorganischen, ferroelektrischen und polykristallinen Keramikwerkstoffen gefertigt. Die Piezokeramik dehnt sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung in Richtung des elektrischen Feldes aus. Durch Anlegen einer Wechselspannung lassen sich mit Piezoaktoren Luftschallwellen erzeugen, die das Störschallfeld überlagern. Das erzeugte Gegenschallfeld bzw. Kompensationsschallfeld wird dem Störschallfeld überlagert und führt so zur Auslöschung des Störschalls oder zumindest zur Reduzierung der Störschallamplitude.
  • Der Piezoaktor weist als elektroakustischer Aktor vorzugsweise ein möglichst großes Verhältnis seiner Oberfläche zur seiner Dicke auf, um eine ausreichende hohe Schallintensität bzw. einen ausreichend hohen Schalldruckpegel bei der Gegenschallerzeugung zu erreichen. Gegebenenfalls kann der Piezoaktor auch mit einer Membran gekoppelt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schallerzeugungseinheit eine Piezofolie. Piezofolien sind dünnwandig und können somit ohne bauliche Veränderungen der Labormühle beispielsweise auf eine Geräte- und/oder Gehäusewandung der Labormühle aufgebracht werden. Bei Einsatz von Piezofolien ist es nicht mehr notwendig, Öffnungen zum Einsetzen von Lautsprechern in die Wandung einzubringen. Grundsätzlich lässt es die Erfindung aber auch zu, anstelle von Piezofolien herkömmliche Lautsprecher zu verwenden. Ein Vorteil derartiger Lautsprecher ist in der Verfügbarkeit und Erzeugung hoher Schallpegel zu sehen.
  • Die Schallerzeugungseinheit kann auch durch eine Anordnung gebildet werden, die einen elektromechanischen Aktor aufweist, der mit einem schwingfähig angeordneten Geräte- und/oder Gehäuseteile der Labormühle zusammenwirkt. Durch Auslenkung eines elektromechanischen Aktors wird das Geräte- und/oder Gehäuseteil selbst in Schwingung versetzt und das Geräte- und/oder Gehäuseteil erzeugt dann ein Gegenschallfeld. Der elektromechanische Aktor bildet einen Aktiv-Schwinger aus, der direkt an einem schwingfähigen Geräte- und/oder Gehäuseteil angreift und das Geräte- und/oder Gehäuseteil in Schwingung versetzt, wodurch ein Gegenschallfeld erzeugt wird. Das Geräte- und/oder Gehäuseteil wird dann als Lautsprecher verwendet. Das Geräte- und/oder Gehäuseteil wirkt hierbei als Membran, um Gegenschall zu erzeugen.
  • Als elektromechanischer Aktor kann ebenfalls ein Piezoaktor verwendet werden. Ein elektromechanischer Aktor kann auch durch ein Feder-Masse-Schwingungssystem gebildet werden, das mit einem Antrieb beaufschlagt wird und an eine Bauteilwandung der Labormühle angekoppelt ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Labormühle einen Schallsensor zur Umwandlung von Störschall in ein Störsignal auf, wobei die Steuereinheit zur Generierung des Gegenschallsignals durch Analyse des Störsignals konfiguriert ist. Durch den Einsatz eines Schallsensors, beispielsweise eines Mikrofons, ist Störschall von Störquellen in der Labormühle erfassbar und in ein Störsignal umwandelbar. Die Analyse des Störsignals kann vorzugsweise im Frequenzbereich erfolgen. Dabei ist das Störsignal in Echtzeit in Frequenzanteile zerlegbar. Durch eine entsprechende Filterung sind spezielle Frequenzbänder, in denen Störschall besonders stark erzeugt wird, herausfilterbar.
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinheit so konfiguriert sein, dass das Gegenschallsignal aus einer Anzahl von in einer Speichereinheit vorgehaltenen Gegenschallsignalprofilen auswählbar ist. Die Auswahl kann in Abhängigkeit von einer aktiven Betriebsart der Labormühle und/oder in Abhängigkeit von den im Betrieb der Labormühle mit der Labormühle bearbeiteten und/oder behandelten Proben- bzw. Einsatzmaterialien erfolgen. Bei einer Labormühle kann die Auswahl beispielsweise auch in Abhängigkeit von einem zu zerkleinernden Mahlgut, insbesondere von dessen mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften, erfolgen. Bei dieser Konfiguration wird kein Schallsensor benötigt. Vielmehr werden die Gegenschallsignalprofile auf Basis einer Analyse von Störschall beim Ablauf unterschiedlicher Betriebsarten der Labormühle und/oder bei der Bearbeitung unterschiedlicher Proben- bzw. Einsatzmaterialien generiert. Die Gegenschallsignale können beispielsweise bei einer Zentrifugalmühle abhängig sein von der Rotationsgeschwindigkeit eines Mahlwerkzeuges, die sich von Betriebsart zu Betriebsart ändern kann und/oder von dem eingesetzten Mahlgut.
  • Die Schallerzeugungseinheit ist innerhalb eines Gehäuses der Labormühle angeordnet, kann aber grundsätzlich auch von außen an dem Gehäuse vorgesehen sein. Es ist nicht erforderlich und zum Teil auch gerätetechnisch nicht möglich, dass die Schallerzeugungseinheit direkt mit einem Geräte- und/oder Gehäuseteil der Labormühle verbunden ist bzw. mit diesem zusammenwirkt, das selbst Störschall emittiert. Vorzugsweise ist der Aktor auf einem zum schallemittierenden Geräte- und/oder Gehäuseteil unmittelbar oder mittelbar benachbarten weiteren Geräte- und/oder Gehäuseteil der Labormühle angeordnet und/oder wirkt mit diesem zusammen. Somit ist eine effektive Reduzierung des Störschalls unmittelbar in der Nähe der Quelle der Störschallentstehung möglich.
  • Im übrigen ist es möglich, dass die Schallerzeugungseinheit in eine Wandung eines Geräte- und/oder Gehäuseteils der Labormühle integriert ist. Beispielsweise lassen sich durch integrierte piezokeramische Aktoren aktiv Schwingungen in eine Bauteilstruktur einleiten, um diese anzuregen und ein Gegenschallfeld zu erzeugen.
  • Ein Piezoaktor kann in eine Geräte- und/oder Gehäusewandung eingegossen werden und erhält so die für die aktorische Anwendung erforderliche Vorspannung. Somit lässt sich die Piezokeramik optimal in die Materialstruktur des Geräte- und/oder Gehäuseteils einbinden und vor Verschmutzungen schützen.
  • Beispielsweise bei Rotor- bzw. Zentrifugalmühlen ist der Mahlraum Ursprung von Schallemissionen, so dass die Schallerzeugungseinheit insbesondere benachbart zum Mahlraum angeordnet sein kann. Während des Betriebs der Labormühle lässt sich so erfindungsgemäß Luftschall in unmittelbarer Umgebung des Mahlraums, vorzugsweise im Inneren des Mahlraums, durch Gegenschallmaßnahmen eliminieren oder zumindest deutlich verringern. Auch kann die Schallerzeugungseinheit in der Nähe zu einem Antriebsmotor der Labormühle angeordnet sein.
  • Weist die Labormühle ein in einem Mahlraum angeordnetes Mahlwerzeug auf, wie es bei einer Rotormühle der Fall ist, kann der Aktor auf einem den Mahlraum unmittelbar oder mittelbar umgebenden Geräte- und/oder Gehäuseteil angeordnet sein und/oder mit diesem zusammenwirken. Beispielsweise kann ein mit dem Mahlraum verbundener, insbesondere den Mahlraum umschließender, Auffangbehälter für zerkleinertes Mahlgut vorgesehen sein. Der Aktor kann dann auf dem Auffangbehälter angeordnet sein und/oder mit diesem zusammenwirken. Vorzugsweise ist der Aktor auf der Außenseite des Auffangbehälters, d.h. außerhalb von dem Aufnahmeraum des Auffangbehälters für zerkleinertes Mahlgut, angeordnet. Auch ein Deckel des Auffangbehälters kann entsprechend mit einer Gegenschalleinrichtung ausgerüstet sein.
  • Alternativ kann ein den Mahlraum umschließendes Ringsieb vorgesehen sein, wobei der Aktor auf dem Ringsieb angeordnet ist und/oder mit diesem zusammenwirkt. Auf dem äußeren Umfang des Ringsiebes kann der Auffangbehälter vorgesehen sein.
  • Weist die Labormühle einen Mahlgutkanal auf, der sich durch ein Gehäuse der Labormühle bis zum Mahlraum erstreckt und für einen Mahlguteinlauf in den Mahlraum und/oder für einen Mahlgutablauf aus dem Mahlraum vorgesehen ist, kann sich über den Mahlgutkanal ein durchgehender Luftschallweg zwischen der Emissionsquelle im Bereich des Mahlwerkzeugs und der Umgebung der Zerkleinerungsvorrichtung ausbilden. Über den Mahlgutkanal gelangt Luftschall aus dem Inneren der Zerkleinerungseinrichtung in die Umgebung, so dass die Anordnung einer Gegenschalleinrichtung im Bereich des Mahlgutkanals von Vorteil ist. Es kann wenigstens ein elektroakustischer Aktor an einem den Mahlgutkanal bildenden und/oder begrenzenden Geräte- und/oder Gehäuseteil der Labormühle angeordnet sein und/oder es kann ein elektromechanischer Aktor mit dem Geräte- und/oder Gehäuseteilzusammenwirken, so dass das Geräte- und/oder Gehäuseteil selbst zu Schwingungen angeregt wird und ein Gegenschallfeld erzeugt. Beispielsweise kann ein elektroakustischer Aktor vorgesehen sein, der an einem separaten Einfülltrichter angeordnet ist, welcher in einen Mahlgutkanal der Labormühle eingesetzt ist. Alternativ kann ein elektromechanischer Aktor vorgesehen sein, der gegen den Einfülltrichter wirkt und den Einfülltrichter selbst zu Schwingungen anregt, um ein Gegenschallfeld zu erzeugen. Ein elektroakustischer Aktor kann auch an einem Gehäusedeckel der Labormühle angeordnet sein, um Anti- bzw. Gegenschall zu erzeugen. Weiter ist es möglich, dass ein elektromechanischer Aktor mit einem Gehäusedeckel zusammenwirkt, um den Deckel zu Schwingungen anzuregen und damit ein Gegenschallfeld zu erzeugen.
  • Um einen wesentlichen Anteil des Störschalls wirkungsvoll zu reduzieren, sollte die Emissionsrichtung der Gegenschallwellen vorzugsweise mit der Emissionsrichtung der Störschallwellen übereinstimmen. Dies lässt sich durch eine geeignete Anordnung des Aktors erreichen.
  • Es versteht sich, dass die bei einer aktiven Schallreduktion durch Erzeugung von Gegenschall vorgesehenen Maßnahmen und Merkmale vice versa auch in entsprechender Weise bei der oben beschriebenen aktiven Schwingungsreduktion mittels Gegenschwingungen vorgesehen sein können.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Die anhand der Fign. 1 bis 8 beschriebenen Aspekte der Erfindung sind nicht auf die in den Fign 1 bis 8 gezeigten konstruktiven Ausgestaltungen beschränkt und Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen sind bedarfsweise miteinander kombinierbar.
  • Es zeigen
    • Fig. 1
    eine Schnittansicht einer Zentrifugalmühle mit möglichen Positionen für ein Gegenschallsystem,
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer Gegenschalleinrichtung zur aktiven Schallreduktion und/oder zumindest teilweisen Auslöschung von Störschall,
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung einer Gegenschwingungseinrichtung zur aktiven Schwingungsreduktion eines störschallemittierenden Geräte- und/oder Gehäuseteils und zur zumindest teilweisen Auslöschung der störschallerzeugenden Schwingungen,
    Fig. 4
    die in Fig. 1 gezeigte Zentrifugalmühle mit möglichen Positionsstellen für ein Gegenschwingungssystem,
    Fig. 5
    eine erste Ausführungsform eines separaten Einfülltrichters zur Verwendung bei einer Zerkleinerungsvorrichtung für den Laborbetrieb, wobei schematisch mögliche Positionsstellen für ein Gegenschwingungssystem am Trichter gezeigt sind,
    Fig. 6
    eine andere Ausführungsform eines Trichters für eine Zerkleinerungsvorrichtung,
    Fig. 7
    der Trichter aus Fig. 6, eingesetzt in den Mahlgutkanal einer Zentrifugalmühle in einer Teilschnittansicht und
    Fig. 8
    eine Labormühle mit einem oberhalb von einem Mahlguttrichter der Labormühle angeordneten separaten Trichter in einer schematischen Schnittansicht.
  • Fig. 1 zeigt beispielshaft den konstruktiven Aufbau einer als Rotor-. bzw. Zentrifugalmühle ausgebildeten Labormühle 1. Die nachfolgend beschriebenen Aspekte gelten jedoch auch für andere Labormühlen mit abweichendem konstruktiven Aufbau, insbesondere für Kugelmühlen.
  • Die Labormühle 1 weist einen an eine Antriebswelle 2 gekuppelten Rotor 3 als Mahlwerkzeug auf, wobei ein Mahlraum 4, in dem der Rotor 3 während eines Mahlprozesses rotiert, von einem Ringsieb 5 umschlossen wird. Auf dem äußeren Umfang des Ringsiebes 5 ist ein ringförmiger Auffangbehälter 6 angeordnet für zerkleinertes Mahlgut. Der Auffangbehälter 6 ist mit einem abnehmbaren Behälterdeckel 7 verschließbar.
  • Die Mahlgutzufuhr in den Mahlraum 4 erfolgt über einen Mahlgutkanal 8, der mit einer Mahlguteinlassöffnung 9 in fluidischer Verbindung steht. Über die Mahlguteinlassöffnung 9 erfolgt die Malgutzufuhr zum Mahlraum 4. Der Mahlgutkanal 8 kann beim Betrieb der Zerkleinerungsvorrichtung 1 zur Umgebung hin geöffnet sein. Dadurch ist während des Mahlbetriebes eine sukzessive Zufuhr des Mahlgutes zum Mahlraum 4 sichergestellt.
  • Der Mahlgutkanal 8 wird bei der beispielhaft gezeigten Ausführungsform begrenzt durch einen trichterförmigen Wandabschnitt 10 eines Gehäusedeckels 11 der Labormühle 1. Der Gehäusedeckel 11 umgibt den Mahlraum 4. Zur weiteren Einhausung der Labormühle 1 ist darüber hinaus ein Gehäuse 12 vorgesehen, dass auch mehrteilig ausgebildet sein kann und einen Antrieb der Labormühle 1 umgibt. Der Gehäusedeckel 11 und das Gehäuse 12 bilden eine Umhausung bzw. Umhüllende der Labormühle 1. Über eine Grundplatte 13 steht das Gehäuse 12 auf einem Untergrund auf. Die Grundplatte 13 bildet einen Teil der Geräteaufstellung der Zerkleinerungsvorrichtung 1.
  • Beim Mahlbetrieb entwickelt die Labormühle 1 infolge der hohen Drehzahlen von Zentrifugalmühlen Schallemissionen, die als Luft- und/oder als Körperschall übertragen werden. Diese an die Drehzahl des Rotors 3 gekoppelten Signale sind infolge der meist hohen Drehzahlen im Laborbereich sehr störend. Bei Kugelmühlen kommt es dagegen insbesondere aufgrund von durch den Zerkleinerungsprozess entstehenden periodischen Stößen zu periodischen Schallemissionen. Schallemissionen können durch den Zerkleinerungsvorgang selbst oder durch eine sich entwickelnde Luftströmung entstehen, die durch den periodischen Zerkleinerungsvorgang zyklisch unterbrochen wird.
  • Über den Mahlgutkanal 8 wird Luftschall aus dem Mahlraum 4 in die Umgebung emittiert. Wenn der Mahlgutkanal 8 während des Mahlbetriebes für eine sukzessive Zufuhr des Mahlgutes zum Mahlraum 4 geöffnet ist, besteht ein durchgehender Luftschallweg zwischen der Emissionsquelle im Bereich des Mahlwerkzeugs und der Umgebung der Zerkleinerungsvorrichtung 1. Darüber hinaus treten Körperschallemissionen auf, die auf Erschütterungen und Vibrationen von Geräteteilen und/oder Gehäuseteilen der Zerkleinerungsvorrichtung 1 beruhen, die vom Mahlraum 4 ausgehen. Diese Geräte- und/oder Gehäuseteile können Umgebungsluft in Vibrationen versetzen und damit selbst Luftschall erzeugen und/oder Luftschallemissionen über den Mahlgutkanal 8 verstärken. Zudem versetzen vibrierende Geräteteile und/oder Gehäuseteile ihrerseits angrenzende Geräte- und/oder Gehäuseteile in Vibrationen, mit der Folge, dass auch die angrenzenden Geräteteile Luftschall emittieren können.
  • Zur Verringerung von Schallemissionen kann wenigstens eine in Fig. 2 schematisch gezeigte Gegenschalleinrichtung 14 vorgesehen sein. Diese umfasst eine Steuereinheit 15 zur Bereitstellung eines Gegenschallsignals 16 und wenigstens eine ansteuerbare Schallerzeugungseinheit 17, die in Fig. 2 schematisch als Lautsprecher dargestellt ist. Bei der Schallerzeugungseinheit 17 kann es sich jedoch auch um einen Piezoaktor, insbesondere eine Piezofolie, handeln. Alternativ zu einer Piezofolie können auch piezokeramische Scheibenelemente eingesetzt werden. Entsprechend der Ansteuerung erzeugt die Schallerzeugungseinheit 17 ein Gegenschallfeld 18 zur aktiven Schallreduktion und/oder zumindest teilweisen Auslöschung eines Störschallfeldes 19, das vom Mahlraum 4 ausgeht und während des Zerkleinerungsprozesses durch das rotierende Mahlwerkzeug erzeugt wird.
  • Wie sich weiter aus Fig. 2 ergibt, können die von der Schallerzeugungseinheit 17 erzeugten Gegenschallwellen 20 nach Amplitude und Frequenz im Wesentlichen den vom Mahlraum 4 ausgehenden Störschallwellen 21 entsprechen, weisen relativ zu diesen jedoch eine Phasenverschiebung von vorzugsweise 180° auf. Auch wenn ggf. nicht das gesamte Spektrum des störenden Schalls ausgelöscht werden kann, so kann jedoch zumindest eine nennenswerte Reduzierung der Schallemissionen erzielt werden. In Fig. 2 ist schematisch dargestellt, dass es durch das Gegenschallfeld 18 zur beinahe vollständigen Auslöschung des Störschallfelds 19 kommen kann.
  • Die Messung des vom Mahlraum 4 ausgehenden Störschallfelds 19 erfolgt mit einem Mikrofon 22. Das Mikrofon 22 wandelt den Störschall in ein Störsignal 23 um, wobei die Steuereinheit 15 das Störsignal 23 auswertet und auf Grundlage der Auswertung ein Gegenschallsignal 16 generiert.
  • Im Übrigen kann ein zweites Mikrofon 24 vorgesehen sein, das als Fehlermikrofon dient und, sofern der Störschall nicht vollständig ausgelöscht sein sollte, ein Fehlersignal 25 an die Steuereinheit 15 übermittelt. Damit wird ein Regelungssystem geschaffen, um Störschall möglichst vollständig auszulöschen. In diesem Fall ist die Steuereinheit 15 als Regler ausgebildet. Grundsätzlich kann bei der Gegenschallerzeugung jedoch auch eine reine Steuerung in Abhängigkeit von den mit dem Mikrofon 22 einfallenden, störenden Schallwellen 21 vorgesehen sein. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Steuereinheit 15 so zu konfigurieren, dass das Gegenschallsignal 16 aus einer Anzahl von Gegenschallsignalprofilen auswählbar ist, die in einer nicht dargestellten Speichereinheit vorgehaltenen werden.
  • In Fig. 1 sind schematisch Möglichkeiten zur räumlichen Anordnung einer Gegenschalleinrichtung 14 an der Labormühle 1 gezeigt und mit "X" gekennzeichnet.
  • Wie sich aus Fig. 1 ergibt, kann eine Gegenschalleinrichtung 14 beispielsweise im Bereich eines den Mahlraum 4 mittelbar oder unmittelbar umgebenden Geräte- und/oder Gehäuseteils vorgesehen sein. Die Schallerzeugungseinheit 17, bzw. ein elektroakustischer und/oder elektromechanischer Aktor, kann an dem Auffangbehälter 6, insbesondere an seiner Außenwandung, angeordnet sein. Auch kann ein elektroakustischer und/oder elektromechanischer Aktor in eine Wandung des Auffangbehälters 6 integriert sein. Alternativ oder ergänzend kann ein elektroakustischer und/oder ein elektromechanischer Aktor an oder im Behälterdeckel 7 und/oder an oder im Ringsieb 5 angeordnet sein.
  • Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine Schallerzeugungseinheit 17 im Bereich des den Mahlgutkanal 8 begrenzenden Wandabschnittes 10 des Gehäusedeckels 11 und/oder an dem Gehäuse 12 anzuordnen. Auch kann eine Schallerzeugungseinheit 17 an einer Seitenwand 26 des Gehäusedeckels 11 vorgesehen sein, die beabstandet vom Mahlgutkanal 8 ist. Bei schwingfähig angeordneten Geräte- und/oder Gehäuseteilen kann auch ein elektromechanischer Aktor mit einer Geräte- oder Gehäusewand zusammenwirken und diese zu Schwingungen anregen, um somit Gegenschall zu erzeugen. Die Gehäusewand kann dann als Membran wirken und den Gegenschall erzeugen.
  • Es versteht sich, dass zusätzlich zu den in Fig. 1 gezeigten Positionen X für eine Gegenschalleinrichtung 14 weitere Möglichkeiten zur Anordnung einer Gegenschalleinrichtung 14 bestehen.
  • In Fig. 3 ist schematisch eine Gegenschwingungseinrichtung 27 für eine in Fig. 1 dargestellte Labormühle 1 gezeigt. Die Gegenschwingungseinrichtung 27 weist vorzugsweise mehrere Sensoren 28 und eine ansteuerbare Schwingungserzeugungseinheit 29 auf. Es kann auch lediglich ein Sensor 28 vorgesehen sein. Es ist ferner eine Steuereinheit 29a vorgesehen, die ein Gegenschwingungssignal 29b generiert. Die Schwingungserzeugungseinheit 29 ist ausgebildet zur Umwandlung des Gegenschwingungssignals 29b in Gegenschwingungen 30 zur aktiven Schwingungsreduktion eines im Übrigen schwingfähigen Geräte- und/oder Gehäuseteils 31 der Zerkleinerungsvorrichtung 1. Damit wird erreicht, dass beim Betrieb der Labormühle 1 erzeugte Schwingungen 32 des Geräte- und/oder Gehäuseteils 31 aufgrund der Wirkung der Schwingungserzeugungseinheit 29 verringert oder sogar vollständig ausgelöscht werden. In der Folge führt dies zu einer reduzierten Störschallemission.
  • Bei der Schwingungserzeugungseinheit 29 kann es sich um einen Piezoaktor und/oder einen elektromechanischen Aktor in der Art eines Feder-Masse-Schwingungssystems handeln. Die Schwingungserzeugungseinheit 29 ist vorzugsweise auf das Geräte- und/oder Gehäuseteil 31 aufgesetzt und/oder wirkt gegen das Geräte- und/oder Gehäuseteil 31. Grundsätzlich kann die Schwingungserzeugungseinheit 29 auch in eine Wandung des Geräte- und/oder Gehäuseteils 31 integriert bzw. eingebettet sein.
  • Es kann auch ein modulares System vorgesehen sein, mit wenigstens einer Schwingungserzeugungseinheit 29 und wenigstens einem, vorzugsweise mehreren Sensoren 28, das bedarfsweise zur Schwingungsreduktion eingesetzt werden kann. So ist es möglich, wenigstens eine lösbar mit dem Geräte- und/oder Gehäuseteil 31 verbindbare Schwingungserzeugungseinheit 29 in Abhängigkeit von den tatsächlich beim Mühlenbetrieb auftretenden Schwingungen 32 an unterschiedlichen Stellen eines Geräte- und/oder Gehäuseteils 31 oder auch an unterschiedlichen Geräte- und/oder Gehäuseteilen 31 zu befestigen, um eine möglichst optimale Schwingungsreduktion zu erreichen.
  • Die Sensoren 28 können als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet sein und sind vorzugsweise räumlich über das hier lediglich für eine vereinfachte Darstellung plattenförmig dargestellte Geräte- und/oder Gehäuseteil 31 verteilt angeordnet. Sie sind so auf die Oberfläche des Geräte- und/oder Gehäuseteils 31 aufgesetzt, dass die durch den Mahlprozess erzeugten Schwingungen 32 des Geräte- und/oder Gehäuseteils 31 erfasst werden. Die Sensorausgangssignale 28a werden dann der Steuereinheit 29a zugeführt, die Gegenschwingungssignale 29b generiert und an die Schwingungserzeugungseinheit 29 zur aktiven Schwingungsreduktion überträgt. Als Sensor 28 kann auch ein Mikrofon vorgesehen sein, um von dem Geräte- und/oder Gehäuseteil 31 beim Laborbetrieb ausgehenden Störschall zu erfassen und in ein Sensorausgangssignal 28 umzuwandeln.
  • Die Schwingungserzeugungseinheit 29 generiert aus den Gegenschwingungssignalen 29b dann Gegenschwingungen 30, die das Geräte- und/oder Gehäusteil 31 gegenphasig anregen und den Schwingungen 32 des Geräte- und/oder Gehäuseteils 31 entgegenwirken. Vibrationen des Geräte- und/oder Gehäuseteils 31 werden gedämpft. Dadurch wird von dem Geräte- und/oder Gehäuseteil 31 abgestrahlter Störschall oder Lärm deutlich verringert oder völlig ausgelöscht. Die Signalübertragung zwischen den Sensoren 28, der Schwingungserzeugungseinheit 29 und der Steuereinheit 29a kann per Funk oder mittels Steuersignalleitungen erfolgen. Die Steuereinheit 29a kann als Regler ausgebildet sein.
  • In Fig. 4 sind schematisch mögliche Positionen für die Anordnung einer Gegenschwingungseinrichtung 27 an einer Zerkleinerungsvorrichtung 1 gezeigt. Die Gegenschwingungseinrichtung 27 dient zur aktiven gegenphasigen Anregung von Geräte- und/oder Gehäusewänden der Zerkleinerungsvorrichtung 1, um Schwingungen der Geräte- und/oder Gehäusewände, die auf den Mahlbetrieb zurückgehen, zu reduzieren. Damit wird auch Störschall reduziert.
  • Die in Fig. 4 gezeigte Labormühle 1 entspricht nach Art und Aufbau der in Fig. 1 gezeigten Labormühle 1, wobei jedoch in den Mahlgutkanal 8 ein separater Einfülltrichter 33 eingesetzt ist. Der Einfülltrichter 33 ist als Schalldämpfer ausgebildet und führt zu einer passiven Verminderung von Schallemissionen durch Reflexion von Luftschall an Querschnitts- und/oder Richtungsänderungen im Einfülltrichter 33.
  • Beispielsweise kann eine Gegenschwingungseinrichtung 27 an oder im Bereich einer Außen- oder Innenwandung des Gehäuses 12 vorgesehen sein. Auch im Bereich des Gehäusedeckels 11, insbesondere im Bereich des den Mahlgutkanal 8 begrenzenden Wandabschnitts 10, kann eine entsprechend ausgebildete Gegenschwingungseinrichtung 27 angeordnet werden. Die Gegenschwingungseinrichtung 27 kann von außen oder von innen an der jeweiligen Wandung des Gehäuses 12 und/oder des Gehäusedeckels 11 angeordnet sein. Auch kann sie in die Wandung integriert sein. Darüber hinaus ist in Fig. 4 dargestellt, dass eine Gegenschwingungseinrichtung 27 auch direkt an dem Einfülltrichter 33 vorgesehen sein kann, vorzugsweise auf der vom Mahlgut abgewandten Außenseite des Einfülltrichters 33.
  • Bei der in Fig. 4 gezeigten Labormühle 1 steht die Grundplatte 13 über Gummielemente 34 auf einem Untergrund auf. Die Gummielemente 34 führen zu einer passiven Entkopplung der Grundplatte 13 vom Untergrund und zu einer passiven Dämpfung der Schwingungsübertragung. In Kombination damit kann wenigstens eine Gegenschwingungseinrichtung 27 vorgesehen sein, um die Grundplatte 13 gegenphasig anzuregen und damit zusätzlich aktiv zu entkoppeln. Durch eine gegenphasige Anregung der Grundplatte 13 können störschallerzeugende Schwingungen der Grundplatte 13 aktiv reduziert und/oder zumindest teilweise ausgelöscht werden. Es kann jedem Gummielement 34 eine Gegenschwingungseinrichtung 27 zugeordnet sein.
  • Die Fig. 5 und 6 zeigen alternative Ausführungsformen von Einfülltrichtern 33, die als separate Geräteteile bedarfsweise in den Mahlgutkanal 8 einer Labormühle 1 eingesetzt werden können und zur passiven Verminderung von Schallemission durch Reflexion von Luftschall an Querschnitts- und/oder Richtungsänderungen im Trichter 33 führen. Der Trichter 33 wird hierzu in den Luftschallweg zwischen dem Mahlraum 4 und der die Zerkleinerungsvorrichtung 1 umgebenden Außenluft eingebracht. Den Schallwellen werden im Trichter 33 Hindernisse in den Weg gestellt, so dass sie zurückgeworfen und umgelenkt werden. Zum Teil löschen sich die Schallwellen dabei gegenseitig auf. Durch verschiedene Querschnitte des Dämpfers kommt es zur Schallreflexion und damit zu einer Schallsenkung. Die lediglich auf die Geometrie des Trichters 33 zurückgehende Verringerung von Schallemissionen kann wenigstens 10 dB(A), vorzugsweise wenigstens 20 db(A), besonders bevorzugt wenigstens 30 dB(A) betragen.
  • Der in Fig. 5 gezeigte Einfülltrichter 33 weist einen oberen Randabschnitt 35 auf, der zum Abstützen des Einfülltrichters 33 auf dem Gehäusedeckel 11 vorgesehen ist. Der Einfülltrichter 33 weist an seinem oberen Ende einen konisch zulaufenden Trichterabschnitt 36 und einen nach unten daran anschließenden zylindrischen Halsabschnitt 37 auf. Am unteren Ende des Halsabschnitts 37 ist ein Rückspritzschutz 38 vorgesehen, der durch einen kegelförmigen Wandabschnitt 39 gebildet wird. Der Wandabschnitt 39 ist über stegförmig in axialer Richtung verlängerte Wandabschnitte 40 an dem Halsabschnitt 37 gehalten. Die Zufuhr eines Mahlgutes in den Mahlraum 4 erfolgt über eine Eintrittsöffnung 41 am oberen Ende des Einfülltrichters 33 über den Trichterabschnitt 36 und den Halsabschnitt 37 an den stegförmigen Wandabschnitten 40 vorbei in Richtung zum Mahlraum 4.
  • Wie sich nun aus Fig. 5 weiter ergibt, kann wenigstens eine Gegenschwingungseinrichtung 27, insbesondere der in Fig. 3 gezeigten Art, von außen an unterschiedlichen Stellen des Einfülltrichters 33 vorgesehen sein. Damit lässt sich der Einfülltrichter 33 beim Betrieb der Labormühle 1 aktiv gegenphasig anregen, was zur Schwingungsreduktion und zur zumindest teilweisen Auslöschung von störschallerzeugenden Schwingungen des Einfülltrichters 33 führt. Nicht gezeigt ist, dass an dem Trichter 33 alternativ oder ergänzend auch eine Gegenschalleinrichtung 14 vorgesehen sein kann.
  • Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines mehrteilig ausgebildeten Einfülltrichters 33. Gleiche Bezugszeichen der in den Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten Trichter 33 kennzeichnen gleiche und/oder funktionsgleiche Bereiche und Abschnitte. Der Einfülltrichter 33 aus Fig. 6 weist einen Einsatz 43 mit einem trichterförmigen Wandabschnitt 44 auf, der an seinem unteren Ende den Rückspritzschutz 38 ausbildet. Der Einsatz 43 kann rastend in der Eintrittsöffnung 41 des Einfülltrichters 33 gehalten sein.
  • Die Gegenschwingungseinrichtung 27 kann beispielsweise an einem Außenrand 42 des Randabschnitts 35 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann eine Gegenschwingungseinrichtung 27 an dem Trichterabschnitt 36 und/oder an dem Halsabschnitt 37 und/oder im Bereich des Rückspritzschutzes 38 vorgesehen sein.
  • Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform kann eine Gegenschwingungseinrichtung 27 auch an dem Einsatz 43 vorgesehen sein, wobei Gegenschwingungen 30 auf den Einsatz 43 übertragen werden, um die Vibrationen des Einsatzes 43 zu dämpfen und Schwingungen und damit Störschall, der von dem Einsatz 43 beim Betrieb der Labormühle 1 ausgeht, zu reduzieren oder sogar vollständig auszulöschen.
  • Fig. 7 zeigt den Einfülltrichter 33 aus Fig. 6 nach dem Einsetzen in den Mahlgutkanal 8 einer Labormühle 1. Wie sich aus Fig. 7 ergibt, kann eine außermittige Zufuhr eines Mahlguts zum Einfülltrichter 33 vorgesehen sein. Die Mahlgutzufuhr kann über eine Rinne 45 erfolgen, die durch eine Abdeckung 46 hindurch geführt ist. Die Abdeckung 46 überdeckt den in den Mahlgutkanal 8 eingesetzten Einfülltrichter 33 und kann auf dem Außenrand 42 des Einfülltrichters 33 aufliegen. An der Abdeckung 46 und/oder an der Rinne 45 kann ebenfalls eine Gegenschwingungseinrichtung 27 vorgesehen sein. Nicht gezeigt ist, dass an der Abdeckung 46 und/oder an der Rinne 45 auch eine Gegenschalleinrichtung 14 vorgesehen sein kann.
  • Die in Fig. 8 gezeigte Labormühle 1 entspricht nach Art und Aufbau der in den Fig. 1, 4 und 7 gezeigten Labormühle 1. Baugleiche und/oder funktionsgleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet worden.
  • Die Labormühle 1 aus Fig. 8 weist einen Einfülltrichter 33 auf, der eine außermittige Zufuhr eines Mahlguts ermöglicht. Der Einfülltrichter 33 ist vorzugsweise drehbar in ein Trichtergehäuse 47 eingesetzt. Das Trichtergehäuse 47 ist vorzugsweise auf dem Gehäusedeckel 11 abgestützt und überdeckt damit den Mahlgutkanal 8. Die gezeigte Geometrie der Anordnung aus Einfülltrichter 33 und Trichtergehäuse 47 führt zu einer passiven Reduzierung von Schallemissionen beim Betrieb der Zerkleinerungsvorrichtung 1. Um die Erzeugung von Schallemissionen zu verringern, kann wenigstens eine Gegenschwingungseinrichtung 27 beispielsweise am Gehäusedeckel 11, am Trichtergehäuse 47 oder auch direkt am Einfülltrichter 33 angeordnet sein.
  • Die Merkmale der in den Fign. 1 bis 8 gezeigten Labormühlen 1 sind nicht auf die jeweils gezeigten Merkmalsgesamtheit beschränkt und es können Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen bedarfsweise miteinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht im Einzelnen gezeigt und beschrieben ist. Bezugszeichenliste:
    1 Labormühle 27 Gegenschwingungseinrichtung
    2 Antriebswelle 28 Sensor
    3 Rotor 28a Schwingungssignal
    4 Mahlraum 29 Schwingungserzeugungseinheit
    5 Ringsieb 29a Steuereinheit
    6 Auffangbehälter 29b Gegenschwingungssignal
    7 Behälterdeckel 30 Gegenschwingung
    8 Mahlgutkanal 31 Geräte-und/oder Gehäuseteil
    9 Mahlguteinlassöffnung 32 Schwingung
    10 Wandabschnitt 33 Einfülltrichter
    11 Gehäusedeckel 34 Gummielement
    12 Gehäuse 35 Randabschnitt
    13 Grundplatte 36 Trichterabschnitt
    14 Gegenschalleinrichtung 37 Halsabschnitt
    15 Steuereinheit 38 Rückspritzschutz
    16 Gegenschallsignal 39 Wandabschnitt
    17 Schallerzeugungseinheit 40 Wandabschnitt
    18 Gegenschallfeld 41 Eintrittsöffnung
    19 Störschallfeld 42 Außenrand
    20 Gegenschallwelle 43 Einsatz
    21 Störschallwelle 44 Wandabschnitt
    22 Mikrofon 45 Rinne
    23 Störsignal 46 Abdeckung
    24 Mikrofon 47 Trichtergehäuse
    25 Fehlersignal
    26 Seitenwand

Claims (15)

  1. Labormühle (1) mit wenigstens einer Gegenschwingungseinrichtung (27), die wenigstens eine Steuereinheit (29a) zur Bereitstellung eines Gegenschwingungssignals (29b) und wenigstens eine ansteuerbare Schwingungserzeugungseinheit (29) zur Umwandlung des Gegenschwingungssignals (29b) in Gegenschwingungen (30) aufweist, wobei die Schwingungserzeugungseinheit (29) gegen ein Geräte- und/oder Gehäuseteil (31) der Labormühle wirkt und wobei durch die Gegenschwingungen (30) eine aktive Schwingungsreduktion des Geräte- und/oder Gehäuseteils (31) und/oder eine zumindest teilweise Auslöschung von Störschall erzeugenden Schwingungen des Geräte- und/oder Gehäuseteils (31) durch destruktive Interferenz bewirkt wird.
  2. Labormühle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräte- und/oder Gehäuseteil (31) ein einen Mahlraum (4) umgebender Gehäusedeckel (11) oder ein auf einem Untergrund aufstellbares Gehäuse (12) der Labormühle (1) ist.
  3. Labormühle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenschwingungseinrichtung (27) zur gemeinsamen aufeinander abgestimmten gegenphasigen Anregung des Gehäuses (12) und des Gehäusedeckels (11) ausgebildet und angeordnet ist.
  4. Labormühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinheit (29) ein Piezoaktor oder ein elektromechanischer Aktor ist, der auf das Geräte- und/oder Gehäuseteil (31) aufgesetzt ist und/oder mit dem Geräte- und/oder Gehäuseteil (31) zusammenwirkt.
  5. Labormühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinheit (29) in eine Wandung des Geräte- und/oder Gehäuseteils (31) integriert ist.
  6. Labormühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (28) zum Erfassen von Störschall erzeugenden Schwingungen (32) und/oder von Störschall und zur Generierung eines Schwingungssignals (28a) vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit (29a) zur Generierung des Gegenschwingungssignals (29b) durch Auswertung des Schwingungssignals (28a) konfiguriert ist.
  7. Labormühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinheit (29) lösbar mit einem Geräte- und/oder Gehäuseteil (31) verbindbar und/oder bedarfsweise an unterschiedlichen Geräte- und/oder Gehäuseteilen (31) befestigbar ist.
  8. Labormühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeugungseinheit (29) zur aktiven gegenphasigen Anregung eines Einfülltrichters (33) und/oder einer Geräteaufstellung der Labormühle (1) ausgebildet und angeordnet ist.
  9. Labormühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (29a) wenigstens ein Stellglied aufweist, um manuell ein Gegenschwingungssignal (29b) zu generieren und/oder die Phasenlage und/oder die Amplitude der Gegenschwingungen (30) zu modifizieren.
  10. Labormühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor zum Erfassen einer Betriebskenngröße der Labormühle (1), insbesondere der Motordrehzahl einer Antriebseinheit der Labormühle (1), vorgesehen ist und dass die Steuereinheit (29a) zur Bereitstellung des Gegenschwingungssignals (29b) in Abhängigkeit von der erfassten Betriebskenngröße der Labormühle (1) ausgebildet ist.
  11. Labormühle (1), vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer Gegenschalleinrichtung (14), die eine Steuereinheit (15) zur Bereitstellung eines Gegenschallsignals (16) und wenigstens eine ansteuerbare Schallerzeugungseinheit (17) zur Umwandlung des Gegenschallsignals (16) in Gegenschall aufweist zur aktiven Schallreduktion und/oder zumindest teilweisen Auslöschung von Störschall durch destruktive Interferenz.
  12. Labormühle (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallerzeugungseinheit (17) ein Piezoaktor, insbesondere eine Piezofolie, oder ein Lautsprecher ist, der entsprechend seiner Ansteuerung ein Gegenschallfeld (18) erzeugt.
  13. Labormühle (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallerzeugungseinheit (17) ein elektromechanischer Aktor ist, der mit einem schwingfähigen Geräte- und/oder Gehäuseteil zusammenwirkt, wobei das Geräte- und/oder Gehäuseteil durch Auslenkungen des Aktors in Schwingung versetzt wird und hierdurch ein Gegenschallfeld (18) erzeugt.
  14. Labormühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schallsensor zur Umwandlung von Störschall in ein Störsignal (23) vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit (15) zur Generierung des Gegenschallsignals (16) durch Analyse des Störsignals (23) konfiguriert ist.
  15. Labormühle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallerzeugungseinheit (17) an einem zu einem schallemittierenden Geräte- und/oder Gehäuseteil unmittelbar oder mittelbar benachbarten weiteren Geräte- und/oder Gehäuseteil angeordnet ist und/oder mit diesem zusammenwirkt.
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