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Die Erfindung betrifft eine Laborschwingmühle mit wenigstens einer schwingfähig gelagerten Mahlbecherhalterung für wenigstens einen Mahlbecher und mit einer Temperiereinrichtung zur Temperierung, d.h. Kühlung und/oder Erwärmung, des Mahlbechers durch Zuleitung und/oder Ableitung eines flüssigen oder gasförmigen Temperiermediums über wenigstens eine Temperierleitung zur bzw. von der Mahlbecherhalterung.
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Bei Schwingmühlen für den Laborbetrieb ist es bekannt, zur effizienten Zerkleinerung von insbesondere spröden Materialien eine zusätzliche Versprödung des zu zerkleinernden Materials durch Kühlung mit flüssigem Stickstoff herbeizuführen. Die Kühlung erfolgt bei bekannten Verfahren beispielsweise durch Eintauchen des Mahlbechers in flüssigen Stickstoff, mit dem eine Mahlbecherhalterung geflutet wird. Hierzu muss der flüssige Stickstoff kontinuierlich der Mahlbecherhalterung zugeführt und von dieser weggeführt werden. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die Versorgung mit dem flüssigen oder gasförmigen Medium, beispielsweise Stickstoff, mittels entsprechend angeordneter flexibler Schläuche durchzuführen. Hierbei werden die Schläuche direkt an der Mahlbecherhalterung befestigt, wobei dann eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Mahlbecherhalterung und dem eingesetzten Mahlbecher besteht.
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Neben der Stickstoffanwendung nutzen andere Anwendungen das kurzfristige lokale Freisetzen größerer Energiemengen beim Mahlvorgang zur Einleitung chemischer Reaktionen. Je nach den eintretenden Reaktionen muss der Mahlbecher unter Umständen gekühlt oder beheizt werden. Auch dies erfordert dessen kontinuierliche Versorgung mit einem Medium zur Temperierung des Reaktionsraums.
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Aus der
EP 2 391 454 B1 ist eine Labormühle mit Drehdurchführungen für die mit einem Medium zu versorgenden Mahlbecher bekannt. Hier ist es vorgesehen, dass an jedem Mahlbecher zwei Temperierleitungen zur Zufuhr und zur Abfuhr des Mediums angeschlossen und beide Temperierleitungen über die Drehdurchführung geführt sind, wobei an dem stationären Teil der Drehdurchführung zwei externe Anschlüsse für die ortsfesten Temperierleitungen der Labormühle und an dem beweglichen Teil der Drehdurchführung zwei interne Anschlüsse für die zum Mahlbecher führenden Temperierleitungen ausgebildet sind.
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Gemäß der aus der
EP 2 391 454 B1 bekannten Labormühle wird flüssiger Stickstoff über eine Stickstoffleitung und ein Schaltventil sowie über einen Anschluss in die Drehdurchführung geleitet und verlässt die Drehdurchführung über eine an dem Anschluss angeschlossene Zuleitung. Der Stickstoffstrom wird dann zur Mahlbecherhalterung und von dort wieder zurück zum beweglichen Teil der Drehdurchführung geführt und gelangt schließlich über den stationären Teil der Drehdurchführung und eine daran angeschlossene Rückleitung in ein Auffanggefäß. Sobald ein am Auffanggefäß angeordneter Sensor mit flüssigem Stickstoff in Berührung kommt, wird das Schaltventil geschlossen. Nachdem soviel Stickstoff verdampft ist, dass der Sensor nicht mehr mit Stickstoff benetzt ist, wird das Schaltventil wieder geöffnet. Damit wird zu jedem Zeitpunkt eines Mahlvorgangs die Versorgung mit flüssigem Stickstoff gewährleistet.
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Zur Kühlung der bekannten Labormühle wird die Mahlbecherhalterung mit Stickstoff geflutet und der darin befindliche Mahlbecher mit flüssigem Stickstoff umspült. Es kommt folglich zu einem direkten Kontakt zwischen dem Temperiermedium und dem Mahlbecher. Zudem wird der Mahlbecher durch die Flutung in flüssigem Stickstoff stets maximal gekühlt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laborschwingmühle mit den eingangs genannten Merkmalen zur Verfügung zu stellen, die die Temperierung des Mahlbechers bzw. einer in einem Mahlraum des Mahlbechers aufgenommenen Probe unter Verwendung unterschiedlicher Temperiermedien in konstruktiv einfacher Weise zulässt, wobei ein direkter Kontakt des Mahlbechers mit dem Temperiermedium während eines Mahlvorgangs nicht stattfindet. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Temperierung derart auszugestalten, dass die bei einer Kühlung des Mahlbechers abgeführte Wärmeenergie und/oder die bei einer Erwärmung des Mahlbechers zugeführte Wärmenergie in einem größtmöglichen Umfang an den tatsächlichen Bedarf angepasst ist.
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Die vorgenannten Aufgaben werden durch eine Laborschwingmühle mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß weist die Mahlbecherhalterung wenigstens ein an die Temperierleitung angeschlossenes Wärmeübertragungselement auf, wobei das Wärmeübertragungselement wenigstens einen Medienkanal zur Durchleitung des Temperiermediums aufweist und wobei die Temperierung eines an und/oder in der Mahlbecherhalterung gehaltenen Mahlbechers durch Wärmeübertragung zwischen dem in dem Medienkanal geführten Temperiermedium und dem Mahlbecher über eine Wandung des Wärmeübertragungselements erfolgt. Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, ein separates Bauteil der Mahlbecherhalterung und/oder im einfachsten Fall einen Abschnitt und/oder einen Bereich der Mahlbecherhalterung für die Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermedium und dem Mahlbecher vorzusehen. Dadurch ist eine konstruktive Ausgestaltung der Mahlbecherhalterung möglich, bei der es bei der Temperierung des Mahlbechers zu keinem direkten Kontakt bzw. keiner Berührung des Mahlbechers mit dem Temperiermedium kommt. Zudem werden Medienverluste in die Umgebung verhindert. Das Temperiermedium wird in einem Medienkanal geführt, der vorzugsweise in dem Wärmeübertragungselement ausgebildet und gegenüber dem Mahlbecher, insbesondere gegenüber der Umgebung, hermetisch geschlossen ist. Das Wärmeübertragungselement wird erfindungsgemäß mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium für eine Energieabfuhr aus dem Mahlbecher oder für eine Energiezufuhr zum Mahlbecher durchspült.
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Darüber hinaus eröffnet die Führung des Temperiermediums in dem Medienkanal die Möglichkeit, unterschiedliche gasförmige oder flüssige Temperiermedien zur Temperierung des Mahlbechers einzusetzen. Bei den Kühlmedien kann es sich beispielsweise um Wasser, Thermoöle oder flüssigen Stickstoff handeln. Auch kann als Kühlmedium flüssiges Helium eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Kühlkonzept lässt sich mit beliebigen flüssigen oder gasförmigen Kühlmedien realisieren.
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Durch Veränderung des Volumenstroms des in dem Medienkanal geführten Temperiermediums und/oder der Temperatur des Temperiermediums kann der Betrag der bei der Temperierung zugeführten oder abgeführten Energiemenge in einfacher Weise an den tatsächlichen Bedarf der Probe angepasst werden.
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Die Temperierleitung ist mit einer Temperiereinrichtung verbunden, die zur Bereitstellung eines gegebenfalls gekühlten oder erwärmten Temperiermediums und zur Weiterleitung des Temperiermediums zu einer Mahlbecherhalterung und zur Ableitung des Temperiermediums von der Mahlbecherhalterung und gegebenenfalls Entsorgung des Temperiermediums ausgebildet ist.
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Das Wärmeübertragungselement kann an wenigstens zwei Temperierleitungen zur Zuleitung des Temperiermediums zum Wärmeübertragungselement und zur Ableitung des Temperiermediums vom Wärmeübertragungselement angeschlossen sein.
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Hierbei ist vorzugsweise eine zur Umgebung hin geschlossene Medienführung über die Temperierleitungen und den Medienkanal im Wärmeübertragungselement vorgesehen.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Temperierung durch Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermedium und dem Mahlbecher über vorzugsweise unmittelbar gegeneinander anliegende Kontaktflächen des Wärmeübertragungselements und des Mahlbechers erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Wärmeübertragung über metallische Kontaktflächen. Hierdurch wird ein guter Wärmeübergang sichergestellt. Die Kontaktflächen können geschliffen oder feingefräst sein und eine geringe Rauheit aufweisen, um den Wärmeübergang zu verbessern. Nicht ausgeschlossen ist, dass zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Mahlbecher ein Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitpad oder auch eine metallische Folie, angeordnet ist zur Verbesserung des Wärmedurchgangs.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Wärmeübertragungselement und der Mahlbecher im Bereich der Kontaktflächen im Wesentlichen vollflächig gegeneinander anliegen. Auch dies erfolgt zu dem Zweck, den Wärmeübergang zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Mahlbecher zu verbessern.
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Der Wärmeübergang zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Mahlbecher kann im Wesentlichen ausschließlich durch Wärmeleitung über die Kontaktflächen des Wärmeübertragungselements und des Mahlbechers erfolgen. Gleichwohl kann eine Ausführungsform realisiert sein, bei der zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Mahlbecher ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium, wie ein Thermoöl, angeordnet ist, so dass auch eine konvektive Wärmeübertragung zwischen Wärmeübertragungselement und Mahlbecher grundsätzlich nicht ausgeschlossen ist.
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Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Erfindung sieht ein als vorzugsweise ebene Temperierplatte ausgebildetes Wärmeübertragungselement vor, wobei, vorzugsweise, der Mahlbecher bei der Befestigung an der Mahlbecherhalterung auf die Temperierplatte aufstellbar und/oder seitlich gegen die Temperierplatte anlegbar ist, weiter vorzugsweise mit einer Boden- oder Seitenfläche des Mahlbechers. Das Wärmeübertragungselement erfüllt damit eine Doppelfunktion. Zum einen dient es der Wärmeübertragung. Zum anderen stellt die Temperierplatte eine stabile und ortsfeste Anordnung des Mahlbechers in und/oder an der Mahlbecherhalterung sicher.
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Um einen guten Wärmeübergang zwischen der Mahlbecherhalterung und dem Mahlbecher zu gewährleisten, kann die Mahlbecherhalterung zum Verspannen des Mahlbechers gegen das Wärmeübertragungselement ausgebildet sein. Vorzugsweise kommt es zu einer Zwangsverspannung des Mahlbechers gegen das Wärmeübertragungselement beim Verspannen des Mahlbechers in und/oder an der Mahlbecherhalterung. Der Mahlbecher kann beim Verspannen in und/oder an der Mahlbecherhalterung in eine erste Spannrichtung bewegt werden, wobei es beim Bewegen des Mahlbechers in die erste Spannrichtung durch Kraftumlenkung automatisch zu einer Bewegung des Mahlbechers in die zweite Spannrichtung und zum Verspannen des Mahlbechers gegen das Wärmeübertragungselement kommen kann. Hierzu kann die Mahlbecherhalterung entsprechend ausgebildete Vorsprünge oder Geometrien aufweisen, die beim Verspannen des Mahlbechers gegen den Mahlbecher wirken und diesen in die zweite Spannrichtung bewegen. Die erste Spannrichtung und die zweite Spannrichtung können orthogonal zueinander verlaufen, wobei, beispielsweise, der Mahlbecher beim Verspannen in und/oder an der Mahlbecherhalterung in horizontaler Richtung und durch Kraftumlenkung automatisch in vertikaler Richtung bewegt wird, um den Mahlbecher gegen das Wärmeübertragungselement zu bewegen, bis der Mahlbecher gegen das Wärmeübertragungselement anliegt und verspannt ist.
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Das Wärmeübertragungselement kann durch zwei dauerhaft fest miteinander verbundene, insbesondere miteinander verschweißte, weiter vorzugsweise ebene plattenförmige Wandteile gebildet sein, wobei zwischen den verbundenen Wandteilen der Medienkanal ausgebildet ist. Der Medienkanal kann durch eingefräste Strömungskanäle in einem Wandteil gebildet sein, wobei das andere Wandteil dann lediglich zur Abdeckung der Strömungskanäle dient. Grundsätzlich kann das Wärmeübertragungselement auch in einem einstückigen Materialblock oder einer Materialplatte einbrachte Bohrungen als Medienkanäle aufweisen. Auch eine Herstellung des Wärmeübertragungselements durch 3D-Druck ist möglich.
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Die Erfindung betrifft gemäß einer alternativen Ausführungsform auch eine Laborschwingmühle mit wenigstens einer schwingfähig gelagerten Mahlbecherhalterung für wenigstens einen Mahlbecher und ein Temperierverfahren für Mahlbecher in Schwingmühlen.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist bei dieser alternativen Ausführungsform eine Mess-, Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur vorzugsweise automatischen Steuerung und/oder Regelung der Temperatur der Mahlbecherhalterung und/oder des Mahlbechers und/oder zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur in einem Mahlraum des Mahlbechers vorgesehen. Weiter vorzugsweise kann eine Regelung im geschlossenen Regelkreis ermöglicht werden. Die Temperaturmessung erfolgt vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zum Mahlgefäß mit wenigstens einem Temperatursensor. Die Regelung durch die örtliche Nähe von wenigstens einem Temperatursensor zum Mahlgefäß weist eine geringere Regelträgheit auf, so dass Präzision und Geschwindigkeit der Regelung zunehmen. Besonders bevorzugt lassen sich Temperaturen mit Hilfe eines PID-Reglers regeln. In diesem Zusammenhang ist wenigstens ein an der Mahlbecherhalterung und/oder in und/oder an dem Mahlbecher und/oder an und/oder in einer Temperierleitung für ein Temperiermedium angeordnetes Temperaturmesselement, insbesondere ein Temperatursensor, vorgesehen. Der Temperatursensor kann auch im Mahlraum angebracht sein, um eine Temperaturüberwachung der Mahlprobe in situ zu ermöglichen. Damit ermöglicht der Temperatursensor eine Temperaturüberwachung des Mahlgefäßes. Die ermittelte Temperatur kann als Eingabe für einen Prozessregler herangezogen werden.
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Die Temperierung, d.h. die Kühlung und/oder Erwärmung, des Mahlbechers kann, wie oben beschrieben, mit einer Temperiereinrichtung durch Zuleitung und/oder Ableitung eines flüssigen oder gasförmigen Temperiermediums, insbesondere von flüssigem Stickstoff, über die Temperierleitung zur Mahlbecherhalterung und/oder auch direkt zum Mahlbecher erfolgen. Die Steuerung und/oder Regelung der Temperatur kann insbesondere durch Veränderung des Volumenstroms des der Mahlbecherhalterung und/oder dem Mahlbecher zugeführten Temperiermediums in Abhängigkeit von einer Messtemperatur und/oder durch Veränderung direkt der Temperatur des Temperiermediums durch entsprechende Vorkühlung oder Vorwärmung des Temperiermediums erfolgen. Dieser Aspekt der Erfindung ermöglicht erstmals im Stand der Technik eine Anpassung der bei der Temperierung übertragenen Energiemengen an den tatsächlichen Bedarf, d.h. die Kühlung oder Erwärmung des Temperiermediums angepasst an die konkret bei der Vermahlung einer Probe freigesetzten oder in Zusammenhang mit der Vermahlung der Probe erforderlichen Wärmemengen. Besonders bevorzugt ist eine Temperatursteuerung und/oder Temperaturregelung vorgesehen, die eine stufenlose Einstellung und/oder Regelung der Temperatur der Mahlbecherhalterung und/oder des Mahlbechers zulässt.
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Die Temperierung kann durch vorzugsweise getaktete Zufuhr von flüssigem Stickstoff erfolgen, wobei ein Stickstoffstrom zur Mahlbecherhalterung und/oder zum Mahlbecher geführt und von dort über eine Rückleitung in ein Auffanggefäß zurückgeleitet wird. Am und/oder im Auffanggefäß kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, um über eine Temperaturerfassung den Füllstand des flüssigen Stickstoffs im Auffanggefäß zu detektieren. Wird Stickstoff detektiert, kann ein Schaltventil in der Zuleitung geschlossen werden. Nachdem soviel Stickstoff verdampft ist, dass der Temperatursensor einen deutlichen Temperaturabfall zeigt und/oder nicht mehr mit Stickstoff in Kontakt kommt, kann das Schaltventil wieder geöffnet werden, um erneut Stickstoff über die Zuleitung der Mahlbecherhalterung und/oder dem Mahlbecher zu zuführen. Die Stickstoffdetektion erfolgt somit über eine Temperaturerfassung. Nicht ausgeschlossen ist aber, dass auch ein Sensor vorgesehen ist, der das Schaltventil schließt, wenn er mit flüssigem Stickstoff in Berührung kommt.
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Zur Temperierung der Mahlbecherhalterung und/oder des Mahlbechers wird erfindungsgemäß eine Temperatur an der Mahlbecherhalterung und/oder in und/oder an dem Mahlbecher und/oder an und/oder in einer Temperierleitung für das Temperiermedium gemessen und gesteuert und/oder geregelt.
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Bei einer Laborschwingmühle mit den eingangs genannten Merkmalen, wobei die Mahlbecherhalterung ein an die Temperierleitung angeschlossenes Wärmeübertragungselement aufweist, kann in zweckmäßiger Weise wenigstens ein Temperatursensor an und/oder in dem Wärmeübertragungselement angeordnet sein. Vorzugsweise greift der Temperatursensor in einen in dem Wärmeübertragungselement ausgebildeten Medienkanal ein und wird bei der Temperaturmessung von dem im Medienkanal geführten Temperiermedium umströmt. Durch Messung der Temperatur des Temperiermediums im Inneren des Wämeübertragungselements lässt sich mit hoher Genauigkeit eine bestimmte Solltemperatur einstellen bzw. einregeln. Der Temperatursensor ermöglicht die Temperaturüberwachung der Mahlbecherhalterung und damit auch des Mahlbechers. Grundsätzlich kann jedoch auch eine Temperaturerfassung direkt am Mahlbecher und/oder in einem Mahlraum des Mahlbechers erfolgen. Damit ist eine direkte Temperaturüberwachung einer im Mahlraum befindlichen Probe möglich.
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Die gemessenen Temperaturen können als Eingabewerte für einen Prozessregler eines Mess-, Steuer- und Regelungssystems herangezogen werden. Durch die örtliche Nähe der Temperaturmessung zum Mahlgefäß lässt sich bei der Temperaturregelung eine geringere Regelträgheit erreichen, so dass die Präzision und die Geschwindigkeit der Regelung zunimmt.
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Bei einer Labormühle, die mehrere Mahlbecherhalterungen aufweist, kann die Mess-, Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur voneinander unabhängigen Steuerung und/oder Regelung der Temperaturen an den Mahlbecherhalterungen und/oder in und/oder an den Mahlbechern ausgebildet sein. Damit lassen sich die Temperaturen in den Mahlbechern unabhängig voneinander regeln und es lässt sich die von dem jeweiligen Mahlbecher abzuführende Wärmemenge bzw. die dem jeweiligen Mahlbecher zuzuführende Wärmemenge noch genauer an den tatsächlichen Wärmebedarf anpassen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen
- 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Laborschwingmühle,
- 2 eine Draufsicht auf die Labormühle aus 1,
- 3 eine Ansicht der Labormühle aus 1 von unten,
- 4 eine vergrößerte Teilansicht der rechten Mahlbecherhalterung der in 3 gezeigten Laborschwingmühle,
- 5 die perspektivische Ansicht der Mahlbecherhalterung aus 4, wobei die Mahlbecherhalterung ein zweiteiliges plattenförmiges Wärmeübertragungselement aufweist und ein außenliegender Teil des Wärmeübertragungselements auf der Anschlussseite des Wärmeübertragungselements ausgeblendet ist,
- 6 eine perspektivische Einzeldarstellung des zweiteiligen Wärmeübertragungselements der in den 4 und 5 vergrößert gezeigten Mahlbecherhalterungen,
- 7 eine perspektivische Ansicht der in 2 rechts in einer Draufsicht dargestellten Mahlbecherhalterung, vor dem Einsetzen eines Mahlbechers in die Mahlbecherhalterung,
- 8 ein schematisches Verfahrensschaubild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Temperierung von Mahlbechern in einer Schwingmühle und
- 9 ein schematisches Verfahrensschaubild einer alternativen Ausführungsform eines Verfahrens zur Temperierung der Mahlbecher in einer Schwingmühle.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine Schwingmühle 1 für zwei in horizontaler Lage kreisbogenförmige Schwingungen ausführende Mahlbecher 2, 3 auf. Ein Pendelantrieb der Schwingmühle 1 ist mehrteilig ausgebildet mit einer um eine vertikale Exzenterachse drehbar gelagerten Exzenterwelle 4 und mit zwei jeweils um vertikale Schwingachsen schwingfähig gelagerten und über Koppeln mit der Exzenterwelle 4 verbundenen Schwingen 5, 6. An den Schwingen 5, 6 sind Mahlbecherhalterungen 7, 8 für die Mahlbecher 2, 3 befestigt. Im Übrigen ist eine mit der Exzenterwelle 4 über einen Keilriemen 9 gekoppelte Motoreinheit 10 für eine Drehmomentübertragung vorgesehen. Die Exzenterwelle 4 ist an einer Grundplatte 11 drehbar gelagert. An der Grundplatte 11 sind darüber hinaus zwei Lagerbolzen 12, 13 befestigt, um die die Schwingen 5, 6 drehbar gelagert sind. Schließlich ist die Motoreinheit 10 auf der Grundplatte 11 angeordnet. Die Exzenterwelle 4, die Lagerbolzen 12, 13 und die Motoreinheit 10 bilden so zusammen mit der Grundplatte 11 eine Baueinheit, die über Dämpfungselemente auf einen Boden oder Untergrund aufstehen kann.
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Die Motoreinheit 10 überträgt ein Drehmoment über den Keilriemen 9 an die Exzenterwelle 4. Eine Drehbewegung der Exzenterwelle 4 wird über die Koppeln in eine Schwingungsbewegung der Schwingen 5, 6 umgewandelt. Die Schwingfrequenz kann zwischen 3 bis 50 Hz, vorzugsweise bis 35 Hz, betragen. Der Schwingweg (zweifache Amplitudenauslenkung) des Mahlbechers kann zwischen 20 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 30 mm, betragen.
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Über eine nicht im Einzelnen gezeigte Temperiereinrichtung ist eine Temperierung, d.h. eine Kühlung oder Erwärmung, der Mahlbecher 2, 3 möglich. Zum Transport eines Temperiermediums, das flüssig oder gasförmig sein kann, von einem stationären Teil 14, 15 der Schwingmühle 1 zu einer Mahlbecherhalterung 7, 8 und zum Ableiten des Mediums von der jeweiligen Mahlbecherhalterung 7, 8 zu dem stationären Teil 14, 15 ist jede Mahlbecherhalterung 7, 8 mit zwei Temperierleitungen 16, 17 verbunden. Jeweils eine der beiden Temperierleitungen 16, 17 ist für die Zuleitung, die andere der beiden Temperierleitungen 16, 17 für die Ableitung eines Gases oder flüssigen Temperiermediums, insbesondere von flüssigem Stickstoff, zu der jeweiligen Mahlbecherhalterung 7, 8 vorgesehen.
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Die Temperierleitungen 16, 17 sind vorzugsweise als durchgehende unterbrechungslose Rohrleitungen ausgebildet. Die Temperierleitungen 16, 17 können beispielsweise aus Edelstahl oder auch aus Kunststoff bestehen oder Edelstahl und/oder Kunststoff aufweisen.
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Der Aufbau der Leitungsführung ist bei beiden Mahlbecherhalterungen 7, 8 gleich ausgebildet, so dass nachfolgend lediglich eine Leitungsführung exemplarisch beschrieben wird. Hierbei ist es so, dass die Leitungsanordnung mit den Temperierleitungen 16, 17 einer Mahlbecherhalterung 7 spiegelsymmetrisch zur Leitungsführung der zweiten Mahlbecherhalterung 8 ausgebildet ist.
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Zum Ausgleich von Relativbewegungen, die zwischen einer Mahlbecherhalterung 7, 8 und dem über die Temperierleitungen 16, 17 zugeordneten stationären Teil 14, 15 beim Betrieb der Schwingmühle 1 auftreten, weist jede Leitung 16, 17 ein Ausgleichselement 18, 19 auf. Jede Leitung 16, 17 ist die gesamte Länge als starre Rohrleitung ausgebildet, wobei das Ausgleichselement 18, 19 durch einen Rohrleitungsabschnitt der Leitung 16, 17 gebildet wird.
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Beim Betrieb der Schwingmühle 1 kommt es infolge der Relativbewegungen zu einer oszillierenden Verformung der die Ausgleichselemente 18, 19 bildenden Rohrleitungsabschnitte, wobei die an die Ausgleichselemente 18, 19 angrenzenden Leitungsabschnitte der jeweiligen Leitung 16, 17 vergleichsweise weniger verformt werden. Durch die Ausbildung der Ausgleichselemente 18, 19 als starre Rohrleitungsabschnitte wird der Ausgleich von Relativbewegungen ermöglicht, ohne hierzu relativ zueinander drehbar und/oder schwenkbar miteinander verbundene Leitungsteile einzusetzen. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die aus dem Stand der Technik bekannten Drehdurchführungen zum Ausgleich von Relativbewegungen einzusetzen, so dass eine hermetisch geschlossene, unterbrechungsfreie Verbindung und ein dauerhaft leckagefreier Transport des Temperiermediums zwischen den Mahlbecherhalterungen 7, 8 und den stationären Teilen 14, 15 in einfacher Weise gewährleistet ist. Insbesondere ist es nicht wie bei Drehdurchführungen erforderlich, zum Ausgleich von Relativbewegungen Dichtungselemente einzusetzen.
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Zum Anschluss der Temperierleitungen 16, 17 an die Mahlbecherhalterungen 7, 8 einerseits und zum Anschluss an die stationären Teile 14, 15 andererseits können an sich aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungs- und Zubehörteile der Montagetechnik vorgesehen sein. Der Anschluss der Temperierleitungen als solcher, also entkoppelt von dem Ausgleich von Relativbewegungen, kann über Dichtmittel erfolgen, um eine dichtende Verbindung zwischen der jeweiligen Leitung 16, 17 und der Mahlbecherhalterung 7, 8 einerseits sowie dem stationären Teil 14, 15 andererseits zu ermöglichen.
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In den 4 und 5 ist die Mahlbecherhalterung 7 in der Ansicht gemäß 3 vergrößert dargestellt. Nicht dargestellt ist, dass eine Temperiereinrichtung zur Temperierung des Mahlbechers 2 durch Zuleitung und/der Ableitung eines flüssigen oder gasförmigen Temperiermediums über die Temperierleitungen 16, 17 zur Mahlbecherhalterung 7, 8 vorgesehen ist. Im einfachsten Fall weist die Temperiereinrichtung ein Fördermittel für das Temperiermedium und einen Behälter zur Aufnahme eines Temperiermediums auf. Weiter vorzugsweise ist eine geschlossene Kreislaufführung des Temperiermediums über die Temperierleitung 16, 17 vorgesehen.
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Jede Mahlbecherhalterung 7, 8 weist ein an die Temperierleitungen 16, 17 angeschlossenes Wärmeübertragungselement 20 auf, das bei der gezeigten Ausführungsform plattenförmig ausgebildet ist und ein innenliegendes erstes Plattenteil 21 und ein außenliegendes zweites Plattenteil 22 auf der Anschlussseite des Wärmeübertragungselements 20 aufweist. Die Temperierleitungen 16, 17 sind auf der Außenseite des außenliegenden Plattenteils 22 an das Plattenteil 22 mittels an sich aus dem Stand der Technik bekannter Verbindungselemente angeschlossen.
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5 zeigt die Mahlbecherhalterung 7 aus 4, wobei das außenliegende Plattenteil 22 ausgeblendet ist. Damit wird die Sicht frei auf das innenliegende Plattenteil 21, in dem ein Medienkanal 23 zur Durchströmung von dem Temperiermedium ausgebildet ist. Durch Verbindung der Plattenteile 21, 22, was durch Verschweißen oder Verkleben erfolgen kann, wird der Medienkanal 23 zur Umgebung hin hermetisch abgeschlossen. Auch eine Verschraubung der Plattenteile 21, 22 ist möglich.
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Bei der Temperierung eines Mahlbechers 2, 3, d.h. bei der Durchleitung eines kalten oder warmen bzw. heißen Temperiermediums durch die Temperierleitungen 16, 17, kommt es zu einer Wärmeübertragung zwischen dem in dem Medienkanal 23 geführten Temperiermedium und dem Mahlbecher 2 über eine Wandung des Wärmeübertragungselements 20, im vorliegenden Fall über das innenliegende Plattenteil 21. Durch die Führung des Temperiermediums in dem Medienkanal 23 ist eine Temperierung des Mahlbechers 2, 3 möglich, bei der dieser nicht mit dem Temperiermedium in Kontakt kommt bzw. bei der jegliche Berührung und damit die Gefahr einer Kontamination des Mahlbechers 2, 3 mit dem Temperiermedium ausgeschlossen ist. Der Medienkanal 23 ist mäanderförmig ausgebildet und mündet in zwei Sacklöchern 23a, 23b. Darüber hinaus sind Ringfräsungen 23c vorgesehen, um die Wärmeübertragung zu verbessern.
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Die Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermedium und dem Mahlbecher 2, 3 erfolgt über gegeneinander anliegende metallische Kontaktflächen des Wärmeübertragungselements 10 und des Mahlbechers 2, wobei in 7 die Mahlbecherhalterung 8 aus 2 nach der Entnahme des Mahlbechers 3 gezeigt ist. Wie sich aus 7 ergibt, ist an der Oberseite bzw. der dem Mahlbecher 2 zugewandten äußeren Seite des Plattenteils 21 eine ebene Kontaktfläche 24 vorgesehen, die beim Mahlvorgang im Wesentlichen vollflächig gegen eine äußere Bodenfläche des Mahlbechers 2 anliegt. Bei der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeübertragungselement 20 und dem Mahlbecher 2 ausschließlich durch Wärmeleitung über die Kontaktfläche 24 des Plattenteils 21 und die Bodenfläche des Mahlbechers 2.
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Die Mahlbecherhalterung 7, 8 der gezeigten Labormühle 1 weist jeweils einen mit einer Schwinge 5, 6 fest verbundenen Haltebügel 25 auf, der mit einem horizontal verstellbaren weiteren Haltebügel 26 zusammenwirkt. Durch Verstellen der Spannschraube 27 lässt sich der außenliegende Haltebügel 26 gegen den innenliegenden Haltebügel 25 verspannen und damit ein Mahlbecher 2, 3 zwischen den Haltebügeln 25, 26 horizontal verspannen.
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An dem außenliegenden Haltebügel 26 sind in den Eckbereichen angeordnete Klemmstücke 28 vorgesehen, die beim horizontalen Verspannen des Mahlbechers 2, 3 in der Mahlbecherhalterung 7, 8 dazu führen, dass der Mahlbecher 2, 3 durch Kraftumlenkung automatisch nach unten gegen das innenliegende Plattenteil 21 des Wärmeübertragungselements 20 gedrückt wird. Zu diesem Zweck können die Klemmstücke 28 auf der dem Plattenteil 21 zugewandten Innenseite angefast sein bzw. eine entsprechende Klemmschräge aufweisen.
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In unmittelbarer Nähe zum Mahlgefäß, nämlich an jedem Wärmeübertragungselement 20, sind vorzugsweise zwei Temperatursensoren 29 zur Messung von Temperatur am Wärmeübertragungselement 20 angeordnet. Die Temperatursensoren 29 sind über nicht dargestellte elektrischen Leitungen mit einer Auswerteeinheit einer nicht gezeigten Mess-, Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur automatischen Regelung der Temperatur der Mahlbecherhalterung 6, 7 verbunden. Die Temperatursensoren 29 können hierbei zur Messung der Temperatur eines Plattenteils 21, 22 vorgesehen sein und/oder über Bohrungen in dem außenliegenden Plattenteil 22 des Wärmeübertragungselements 20 auch bis in den Bereich des Medienkanals 23 eingreifen, so dass ein Messfühler des jeweiligen Temperatursensors 29 in das im Inneren des Medienkanals 23 geführte Temperiermedium eingreift bzw. vom Temperiermedium umspült wird. Dadurch ist es möglich, auch direkt die Temperatur des Temperiermediums im Bereich der Mahlbecherhalterung 6, 7 zu messen. Durch die Anordnung der Temperatursensoren 29 in örtlicher Nähe zu dem Mahlbecher 2, 3 ist eine Temperaturregelung der Temperaturen an und/oder in den Mahlbechern 2, 3 bei geringer Regelträgheit möglich, so dass eine hohe Präzision und hohe Geschwindigkeit der Temperaturregelung erreicht werden kann.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform einer Schwingmühle 1 ist ein Temperatursensor 29 je Wärmeübertragungselement 20 vorgesehen. Die Temperatursensoren 29 sind über nicht dargestellte elektrische Leitungen mit eine Auswerteeinheit einer nicht gezeigten Mess-Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 30 zur automatischen Regelung der Temperatur der Mahlbecherhalterung 6, 7 verbunden.
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In den 8 und 9 sind schematisch zwei alternative Verfahren zur Temperierung von zwei Mahlbechern 2, 3 einer nicht im Einzelnen gezeigten Laborschwingmühle 1 dargestellt. Zur automatischen Regelung der Temperatur von zwei Mahlbecherhalterungen 7, 8 der Schwingmühle 1 ist eine Mess-, Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 30 vorgesehen. Die Temperaturregelung erfolgt mit Hilfe von wenigstens zwei Temperatursensoren 29, mit denen die Temperaturen von zwei Wärmeübertragungselementen 20 der Mahlbecherhalterungen 7, 8 während des Betriebs der Schwingmühle 1 bzw. während eines Mahlvorgangs ermittelt werden. Beim Mahlvorgang stehen die Mahlbecher 2, 3 auf dem Wärmeübertragungselement 20 auf. Die Wärmeübertragung erfolgt vorzugsweise ausschließlich durch Wärmeleitung über sich berührende Kontaktflächen.
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Zur Zuleitung und Ableitung eines flüssigen oder gasförmigen Temperiermediums, bei den Ausführungsbeispielen von flüssigem Stickstoff, zu den Wärmeübertragungselementen 20 bzw. zu der jeweiligen Mahlbecherhalterung 7, 8 ist jede Mahlbecherhalterung 7, 8 mit zwei Temperierleitungen 16, 17 verbunden. Die Temperierleitungen 16, 17 einer Mahlbecherhalterung 7, 8 sind mit einer Drehdurchführung 31 verbunden, um den Ausgleich von Relativbewegungen zwischen dem schwingenden Mahlbecher 2, 3 und einem stationären Teil der Labormühle 1 zu ermöglichen.
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Jede Drehdurchführung 31 ist mit einer Zuleitung 32 und mit einer Ableitung 33 zur Zufuhr des Temperiermediums aus einem Medienbehälter 34, beispielsweise einem Stickstofftank, bzw. zur Ableitung des Temperiermediums nach dem Durchströmen des Wärmetauscherelements 20 in eine Entsorgungseinrichtung für das Temperiermedium, im vorliegenden Fall ein Entspannungsrohr 35, verbunden. Zur Temperaturmessung der Medientemperatur in den Ableitungen 33 sind weitere Temperatursensoren 36 vorgesehen. Die weiteren Temperatursensoren 36 dienen insbesondere zur Fehlerbehandlung. Mit einem zu jeder Ableitung 33 zugehörigen Messwert kann je Ableitung 33 und zugehörigem Wärmeübertragungselement 20 sowie den zugehörigen Leitungen 32 und Drehdurchführungen 31 auf Leckage geschlossen werden. Hierdurch kann ein ordnungsgemäßer Betrieb effizient über Messwerte überwacht werden, ohne die Leitungen physisch überprüfen zu müssen. Die Leitungsführung zum Entspannungsrohr 35 erfolgt schließlich über eine Drossel 37.
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In einer nicht dargestellten und bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, die Ableitungen 33 zusammenzuführen, um sie über eine Drossel 37 zum Entspannungsrohr 35 zu führen. Bei dieser Ausführungsform ist eine Temperaturmessung mit wenigstens einem Sensor 36 nach der Zusammenführung vorgesehen.
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Die Zufuhr des Temperiermediums aus dem Medienbehälter 34 über die Zuleitungen 32 zu der jeweiligen Drehdurchführung 31 erfolgt mit einem Magnetventil 38 als Stellglied eines geschlossenen Regelkreises in Abhängigkeit von den an den Mahlbecherhalterungen 7, 8 über die Temperatursensoren 29 ermittelten Temperaturen. Das Magnetventil 38 ist somit vorgesehen, um die getaktete Zugabe bzw. Einspeisung des Temperiermediums in die Zuleitungen 32 zu den beiden Mahlbecherhalterungen 7, 8 zu bewirken. Mittels eines weiteren Temperatursensors 39 kann die Medienvorlauftemperatur bestimmt werden.
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Im Übrigen weist die Mess-, Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 30 eine nicht gezeigte Auswerte- bzw. Rechnereinheit auf, mit der ein Vergleich der gemessenen Temperaturen mit vorgegebenen Sollwerten erfolgt, wobei auf der Grundlage des Sollwert-Istwert-Vergleichs anschließend das Stellglied des Regelkreises betätigt wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Taktung des Magnetventils 38 in Abhängigkeit von dem Sollwert-Istwert-Vergleich entsprechend verändert.
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Es versteht sich, dass der anhand von 8 beschriebene Verfahrensablauf zur Temperierung der Mahlbecher 2, 3 über die Temperierung der Mahlbecherhalterungen 7, 8 in entsprechender Weise auch bei Verwendung anderer Temperiermedien vorgesehen sein kann. Darüber hinaus lässt es das beschriebene Regelungsverfahren auch zu, die Temperatur der Mahlbecher 2, 3 direkt zu ermitteln und zu regeln. Zu diesem Zweck können Temperatursensoren an und/oder in den Mahlbechern 2, 3 angeordnet sein.
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Die Datenübertragung zwischen den Sensoren und einer Auswertungseinrichtung der Mess-, Steuer- und/oder Regelungseinrichtung kann drahtgebunden oder drahtlos, beispielsweise über Funk, erfolgen.
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In 9 ist schematisch der Verfahrensablauf bei einem alternativen Verfahren zur Temperierung der Mahlbecher 2, 3 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 8 gezeigten und oben beschriebenen Verfahrensablauf sind gemäß 9 zwei Magnetventile 38 vorgesehen, um die Taktung des jeweiligen Magnetventils 38 in Abhängigkeit von der an der jeweiligen Mahlbecherhalterung 7, 8 gemessenen Temperatur einzustellen. Dies ermöglicht es, die Mahlbecher 2, 3 unterschiedlich stark zu kühlen oder zu erwärmen und die Temperaturen in und/oder an den Mahlbechern unabhängig voneinander zu regeln.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingmühle
- 2
- Mahlbecher
- 3
- Mahlbecher
- 4
- Exzenterwelle
- 5
- Schwinge
- 6
- Schwinge
- 7
- Mahlbecherhalterung
- 8
- Mahlbecherhalterung
- 9
- Keilriemen
- 10
- Motoreinheit
- 11
- Grundplatte
- 12
- Lagerbolzen
- 13
- Lagerbolzen
- 14
- stationärer Teil
- 15
- stationärer Teil
- 16
- Temperierleitung
- 17
- Temperierleitung
- 18
- Ausgleichselement
- 19
- Ausgleichselement
- 20
- Wärmeübertragungselement
- 21
- Plattenteil
- 22
- Plattenteil
- 23
- Medienkanal
- 23a
- Sackloch
- 23b
- Sackloch
- 23c
- Ringfräsung
- 24
- Kontaktfläche
- 25
- Haltebügel
- 26
- Haltebügel
- 27
- Spannschraube
- 28
- Klemmstück
- 29
- Sensor
- 30
- Mess-, Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
- 31
- Drehdurchführung
- 32
- Zuleitung
- 33
- Ableitung
- 34
- Medienbehälter
- 35
- Entspannungsrohr
- 36
- Sensor
- 37
- Drossel
- 38
- Magnetventil
- 39
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2391454 B1 [0004, 0005]
