DE19712905C2 - Planetenkugelmühle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Planetenkugelmühle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Planetenkugelmühlen basieren darauf, eine kombinierte Umlauf- und Drehbewegung für Mahlbecher zu erzeugen, in welchen sich Kugeln als Mahlkörper befinden. Durch den Umlauf der Mahlbecher wird eine radial nach außen gerichtete Fliehkraft auf das Mahlgut und die Mahlkugeln ausgeübt, der sich eine weitere Fliehkraftkomponente überlagert, die aus der Rotationsbewegung der Mahlbecher herrührt. Schließlich ist auch noch die Corioliskraft wirksam. Diese drei Kräfte ergeben ein resultierendes Kraftfeld, dem die Mahlkugeln und das Mahlgut folgen. Bei bestimmten Abmessungen der umlaufenden Teile und bestimmten Drehgeschwindigkeiten werden deshalb Flugbahnen für die Mahlkugeln erzeugt, die quer durch den Mahlbecher hindurchgehen, wonach die Mahlkugeln am Innenumfang des Mahlbechers mitgenommen werden, bis die resultierende Kraft erneut dafür sorgt, dass die Querbewegung stattfindet. Die Mahlwirkung der Mahlkugeln hängt von vielen Faktoren ab, unter anderem von dem Aufprall der Mahlkugeln am Mahlbecherrand und der Quetschung des Mahlgutes.

Bei einer oberbegrifflichen Kugelmühle (GB 730 494) enthält das Gehäuse an seinem oberen Rand ein Lager für die Trägereinrichtung, welche wiederum an ihrem oberen Rand Lager für die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung enthält.

Der Mahlbecher ist längs seines oberen und unteren Randes kegelstumpfförmig gestaltet, um mittels Keilen in der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung festgelegt zu werden. Diese Befestigungsart erlaubt die Aufnahme von Mahlbechern, die sich nur unwesentlich in ihrer Größe unterscheiden. Ferner ist der Abstand der Zentrumsachse von der Planetenachse merklich kleiner als der Radius der Mahlbecherkammer, so dass die Mahlbecherkammer über die Zentrumsache hinweg in den Bereich der Masseausgleichseinrichtung reicht. Dadurch soll die Ladung die Kammerwandung auskleiden, und die Kugeln sollen eine rollende Quetschbewegung ausüben. Flugbahnen für die Mahlkugeln, wie sie bei der Bauweise als Labormühle erwünscht sind, werden deshalb nicht erzeugt.

Es gibt Labormühlen für mehrere Mahlbecher (DE 18 36 885 U) in Planetenbauweise, bei denen die Trägereinrichtung relativ flach gebaut ist. Um kleinere Mengen Mahlgutes zu mahlen, verwendet man derartige Labormühlen für zwei oder vier Mahlbecher bis 500 ml oder für vier Mahlbecher mit 80 ml. Durch diese Bauweise mit beispielsweise vier Mahlbechern wird eine bestimmte Größe des Geräts bestimmt, bedingt durch die Unterbringung der vier Mahlbecher auf der scheibenförmigen Trägereinrichtung. Eine Verringerung der Baugröße ohne Verzicht auf beispielsweise Mahlbecher bis 500 ml wäre wünschenswert.

Feststelleinrichtungen für unterschiedlich große Mahlbecher bei Labormühlen sind an sich bekannt (DE 42 37 055 C1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Planetenkugelmühle mit Ausgleichsmasse zu schaffen, die für die Aufnahme unterschiedlich großer Mahlbecher geeignet ist und in Anbetracht ihrer Baugröße auch als Labormühle sehr wirkungsvoll arbeitet.

Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst und durch die weiteren Merkmale der Unteransprüche vorteilhaft ausgestaltet und weiterentwickelt.

Indem nur eine einzige umlaufende Mahlbecheraufnahmeeinrichtung auf der rotierenden Trägereinrichtung vorhanden ist, kann ein verhältnismäßig großer Mahlbecher, gesehen relativ zum Durchmesser der scheibenförmigen Trägereinrichtung, verwendet werden. Um zu einem relativ glatten Rundlauf zu führen, ist ferner eine Ausgleichsmasse an der Trägereinrichtung befestigt, die für Masseausgleich gegenüber der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung mit Mahlbecher samt Inhalt sorgt.

Die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung ist zu einer Aufnahme unterschiedlich großer Mahlbecher ausgestaltet. Da unterschiedlich große Mahlbecher unterschiedliche Massen darstellen, ist vorgesehen, solche unterschiedlich großen Massen mit einer verstellbaren Ausgleichsmasse zu kompensieren.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die neue Planetenkugelmühle und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1

In Fig. 1 sind die wesentlichen Teile der neuen Labormühle dargestellt. Das Gerät besitzt ein Gehäuse 1, von dem ein Teil der Bodenplatte dargestellt ist, eine Trägereinrichtung 2 und eine Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3. Die Trägereinrichtung 2 ist drehbar um eine Zentrumsachse 4 gelagert und lagert selbst eine Planetenachse 5, an der die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 befestigt ist. In der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung sitzt ein Mahlbecher 6, der mit einer Verspanneinrichtung 7 verschlossen gehalten werden kann. Eine Masseausgleichseinrichtung 8 bildet eine Ausgleichsmasse zur Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 samt Mahlbecher 6 und Verspanneinrichtung 7. Das Gehäuse 1 beherbergt einen nicht dargestellten Motor für einen Gesamtantrieb 9, von dem ein Keilriemen dargestellt ist.

Die Trägereinrichtung 2 besteht aus zwei scheibenförmigen Blöcken 11 und 12, die miteinander verschraubt sind und ein Gehäuse für einen Planetenantrieb 10 bilden. Der untere scheibenförmige Block 11 ist als Keilriemenscheibe ausgebildet, um von dem Keilriemen des Antriebs 9 in Rotation versetzt werden zu können.

Die Zentrumsachse 4 ist am Gehäuse 1 befestigt und als Lagerzapfen für Kugellager 16 und 17 ausgebildet, um die Trägereinrichtung 2 reibungsarm zu lagern. Im mittleren Bereich der Achse 4 ist eine Zahnriemenscheibe 14 befestigt, die über einen Zahnriemen 13 mit einer weiteren Zahnriemenscheibe 15 in Verbindung steht, die Teil der Planetenachse 5 ist. Die Planetenachse 5 ist über Lagerkränze 18, 19 in der Trägereinrichtung 2 gelagert. Die Teile 13, 14, 15 bilden den Antrieb 10 der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3. Wie ersichtlich, ist die Riemenscheibe 14 größer als die Riemenscheibe 15, weswegen es eine Übersetzung zwischen der Rotation der Trägereinrichtung 2 und der Rotation der Planetenachse 5 und damit der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 gibt, und zwar wird eine feste Übersetzung im Bereich von 1 : 1,7 bis 1,9 eingehalten, wobei das Ausführungsbeispiel die Übersetzung von 1 : 1,82 zeigt. Wenn demgemäß die Trägereinrichtung 2 (als "Sonne") eine Umdrehung macht, dann rotiert die Planetenachse 5 in entgegengesetzter Richtung mit 1,82 Umdrehungen relativ zur Sonne.

Die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 ist am oberen Ende der Planetenachse 5 befestigt und macht deren Drehbewegungen mit. Gleichzeitig wird die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 in die Umlaufbewegung der Trägereinrichtung 2 mitgenommen, so daß insgesamt eine überlagerte Bewegung aus der Umlaufbewegung der Trägereinrichtung 2 und der Rotation der Planetenachse 5 in Gegenrichtung entsteht. Der Mahlbecher 6 und sein Inhalt machen diese Bewegung mit, so daß es zu einer Umlaufbewegung der Mahlkugeln 20 kommt, wie in Fig. 2 durch Pfeile 21 und 22 dargestellt. Der Pfeil 24 kennzeichnet die auf die Kugeln 20 einwirkende Fliehkraft infolge Drehung der Trägereinrichtung 2 um die Achse 4. Der Pfeil 25 symbolisiert die Drehung des Mahlbechers 6 um die Planetenachse 5. Der Pfeil 26 schließlich kennzeichnet die Rotationsbewegung des Bechers um die Zentrumsachse 4. Das Mahlgut selbst ist bei 27 angedeutet.

Der Mahlbecher 6 kann durch einen Deckel 28 (Fig. 1) verschlossen werden und so mit einer Spindel 29 der Verspanneinrichtung 7 gegen den scheibenförmigen Boden 30 der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 gedrückt werden. Die Verspanneinrichtung 7 weist einen Bügel 31 auf, der in Ausnehmungen einer Mahlbecherhalterung 32 eingreift, um die Stützkraft aufzubringen. Zwischen den beiden Schenkeln der Mahlbecherhalterung 32 erstreckt sich der nutzbare Innenraum 33 der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3. Der Boden 30 weist Stufenbohrungen 34 auf, um Imbusschrauben 35 aufzunehmen, mit denen die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 an der Planetenachse 5 festgeschraubt ist.

Es können unterschiedlich große Mahlbecher 6 eingesetzt werden, und in Fig. 1 ist ein solcher mit 250 ml Inhalt sowie in Fig. 2 ein solcher mit 500 ml Inhalt skizziert. Statt des einen, größeren Mahlbechers 6 von 250 bzw. 500 ml Inhalt können auch zwei oder mehrere kleinere Mahlbecher von z. B. 80 ml Inhalt übereinander verwendet werden, gegebenenfalls unter Einsatz von Adaptern, um den von der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 zur Verfügung gestellten Innenraum 33 mehr oder weniger auszufüllen. Bemerkenswert ist die relative Größe des Innenraums 33 im Verhältnis zur Dreheinrichtung 2, wenn die jeweiligen Durchmesser in Betracht gezogen werden. Wie ersichtlich, ist der Durchmesser des Innenraums 33 etwa gleich dem Radius des scheibenförmigen Blocks 12 der Trägereinrichtung 2, über dem die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 über die Zentrumsachse 4 hinweg in kurzem Abstand schwebt. Die radiale Ausdehnung der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 über die Zentrumsachse 4 hinweg kann deshalb erzielt werden, weil der Abstand der Achsen 4 und 5 voneinander relativ eng ist und für die dargestellten Verhältnisse (Mahlbechergröße bis 500 ml) 60 mm beträgt. (Bei früheren, vergleichbaren Laborplanetenmühlen mit zwei oder vier Mahlbechern bis 500 ml betrug der Radius der Becherbewegung 125 bzw. 150 mm.)

Die Massenausgleichseinrichtung 8 umfaßt einen stationären Teil 40 und eine bewegliche Ausgleichsmasse 41. Der stationäre Teil 40 ist eine Verschiebeeinrichtung für die Ausgleichsmasse 41, um deren Abstand von der Zentrumsachse 4 verändern und damit das wirksame Trägheitsmoment zur Achse 4 auf ungefähr den Wert einstellen zu können, den das Trägheitsmoment der Trägereinrichtung 3 zusammen mit Mahlbecher 6, Füllung und Verspanneinrichtung 7 bietet. Im einzelnen sind zwei in Abstand voneinander auf dem Block 12 befestigte Ständer 42 und 43 vorgesehen, die über zwei Führungen 44 miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Ständern erstreckt sich ferner eine Spindel 45, die über einen Rändelknopf 46 gedreht werden kann. Die Ausgleichsmasse 41 besitzt zwei Führungsbohrungen 47, welche die Führungen 44 umgreifen, und eine Gewindebohrung 48, die mit der Spindel 45 zusammenarbeitet. Somit kann die Ausgleichsmasse 41 durch Drehen am Rändelknopf 46 in der Zeichnung nach rechts oder links verschoben werden, um ein größeres oder kleineres Trägheitsmoment einzustellen.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Ausgleichsmasse 41. Diese hat im wesentlichen eine Trogform, d. h. ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und weist abgespreizte Schenkel 51 und 52 und einen Verbindungssteg 50 auf. Die Schenkel 51 und 52 öffnen sich in Richtung auf den Mahlbecher, um eine möglichst gleichmäßige Masseverteilung über den Block 12 zu ergeben. Die Grundfläche (oder Schnittfläche) der Ausgleichsmasse ist unter Zugrundelegung eines vorbestimmten Gewichts rechnerisch ermittelt worden, ebenso die Lage des Masseschwerpunktes der Ausgleichsmasse 41. In Fig. 2 ist die innere Extremstellung 41' der Ausgleichsmasse 41 dargestellt, wobei Teile der Schenkel 51 und 52 bis jenseits der bei 53 angedeuteten Mittellinie reichen, die eine Masseausgleichsebene symbolisiert. Auf diese Weise hebt sich die Massewirkung der Schenkel 51 und 52 weitgehend gegenseitig auf, und es sind nur der Verbindungssteg 50 und die stationären Teile 40 als Ausgleichsmasse wirksam. Wenn der verschiebliche Teil 41 in die Stellung 41" gefahren wird, gelangen alle Masseteile rechts von der Mittellinie 53 und sind hinsichtlich des Masseausgleichs zur Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 samt Becher 6 wirksam. Die Ausgleichsmasse 41 verbleibt praktisch in jeder ihrer Stellungen innerhalb des Umrisses des scheibenförmigen Blockes 12. Es ist auch die Höhenausdehnung der Ausgleichsmasse 41 von Bedeutung, da man anstrebt, den Masseschwerpunkt der Massenausgleichseinrichtung 8 auf dem gleichen Niveau über dem Block 12 zu halten, wie der Masseschwerpunkt der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung 3 samt Mahlbecher 6 und Aufbauten 7 liegt. Um in dieser Beziehung eine Einstelleinrichtung zur Verfügung zu haben, wäre es möglich, an der Ausgleichsmasse 41 eine Zusatzmasse anzubringen, die beispielsweise durch Verschrauben mehr oder weniger weit nach oben oder unten verschoben wird, um den gesamten Masseschwerpunkt der Ausgleichsmassevorrichtung in der Höhe zu verschieben.

Das Gehäuse 1, von dem nur ein Teil der Basisplatte dargestellt ist, weist schwingungsdämpfende Füße zur Auflage auf einem Tisch auf, ferner auch Aufbauten zur Unterbringung eines nicht dargestellten Motors zum Antrieb des Keilriemens 9. Ferner kann eine wegklappbare Abdeckhaube vorgesehen sein, um die rotierenden Teile im Betrieb abzudecken. Schließlich kann das Gehäuse einen Bereich zur Aufnahme der Steuerung des Geräts umfassen, was nicht näher beschrieben werden muß.

Claims (11)

1. Planetenkugelmühle mit folgenden Merkmalen:
ein Gehäuse (1);
eine Trägereinrichtung (2), die am Gehäuse (1) um eine Zentrumsachse (4) drehbar gelagert ist;
eine einzige Mahlbecheraufnahmeeinrichtung (3), die um eine Planetenachse (5) drehbar zur Trägereinrichtung (2) gelagert ist und von dieser mitgeführt wird;
ein Antrieb (9) für die Trägereinrichtung (2);
ein Antrieb (10) für die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung (3);
wenigstens ein Mahlbecher (6), der auf der Mahlbecheraufnahmeeinrichtung (3) gehaltert ist und Mahlkugeln (20) enthält;
eine Masseausgleichseinrichtung (8), die an der Trägereinrichtung (2) vorgesehen ist und; gesehen von der Zentrumsachse (4) bzw. von einer Masseausgleichsebene (53) aus, der umlaufenden Mahlbecheraufnahmeeinrichtung (3) gegenüber angeordnet ist, um ein Gegenträgheitsmoment relativ zum Mahlbecher (6) zu bilden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung (3) als Halterung für verschieden große Mahlbecher (6) ausgebildet ist, und
dass das Gegenträgheitsmoment veränderbar ausgebildet ist, um die Masse unterschiedlich großer Mahlbecher (6) auszugleichen.

2. Planetenkugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum auch des größten Mahlbechers (6) nicht die Masseausgleichsebene (53) überschreitet.

3. Planetenkugelmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseausgleichseinrichtung (8) einen stationären, mit der Trägereinrichtung (2) fest verbundenen Vorrichtungsteil (40) und einen bewegbaren Ausgleichsmasseteil. (41) aufweist, wobei der stationäre Vorrichtungsteil (40) als Verschiebeeinrichtung für den bewegbaren Ausgleichsmasseteil (41) ausgebildet ist, um den Abstand des beweglichen Ausgleichsmasseteils (41) von der Zentrumsachse (4) bzw. der Masseausgleichsebene (53) einstellen zu können.

4. Planetenkugelmühle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebeeinrichtung zwei in Abstand voneinander auf der Trägereinrichtung befestigte Ständer (42, 43), zwei sich zwischen den Ständern erstreckende Führungen (44) für den bewegbaren Ausgleichsmasseteil (41) und eine Verstellspindel (45) aufweist, die in wenigstens einem der Ständer (42) gelagert ist und an dem bewegbaren Ausgleichsmasseteil (41) angreift.

5. Planetenkugelmühle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegbare Ausgleichsmasseteil (41) einen U-förmigen Querschnitt mit abgespreizten Schenkeln (51, 52) und einen plattenförmigen Verbindungssteg (50) aufweist, wobei die Schenkel (51, 52) die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung (3) in solchem Abstand umgreifen, dass sie in jeder Stellung des bewegbaren Ausgleichsmasseteils (41) innerhalb des Umrisses der Trägereinrichtung (2) liegen oder diesen Umriß nur minimal übersteigen.

6. Planetenkugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägereinrichtung (2) einen scheibenförmigen Block (12) aufweist, der einen ersten Durchmesser besitzt,
dass die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung (3) einen Innenraum (33) mit einem zweiten Durchmesser besitzt und dass der zweite Durchmesser etwa die Größe des halben ersten Durchmessers aufweist.

7. Planetenkugelmühle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrumsachse (4) und die Planetenachse (5) einen Abstand definieren, welcher etwa dem halben zweiten Durchmesser entspricht oder kleiner ist.

8. Planetenkugelmühle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Innenraum (33) für Mahlbechergrößen bis 500 ml der Abstand zwischen Planetenachse (5) und Zentrumsachse (4) im Bereich zwischen 50 und 70 mm liegt.

9. Planetenkugelmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10) für die Mahlbecheraufnahmeeinrichtung (3) eine erste (14) und eine Zweite (15) Riemenscheibe und einen Zahnriemen (13) über beide Riemenscheiben enthält, wobei die erste Riemenscheibe (14) mit der Zentrumsachse (4) und die zweite Riemenscheibe (15) mit der Planetenachse (5) verbunden sind.

10. Planetenkugelmühle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrumsachse (4) fest mit dem Gehäuse (1) verbunden ist und dass die Übersetzung zwischen rotierender Trägereinrichtung (2) und umlaufender Mahlbecheraufnahmeeinrichtung (3) einen festen Wert im Bereich von 1 : 1,7 bis 1 : 1,9 aufweist.

11. Planetenkugelmühle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert 1 : 1,82 beträgt.