DE20112213U1 - Centrifugal mill for laboratory operation and a grinding sieve adapted for this - Google Patents
Centrifugal mill for laboratory operation and a grinding sieve adapted for thisInfo
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Description
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugalmühle für den Laborbetrieb mit einem Mahlraum, der von einem ringförmigen Mahlsieb umgeben ist, in dem ein mit einer Welle eines an einem Gehäuse befestigten Antriebsmotor lösbar verbundener Rotor aufgenommen ist und der von einem eine Einlassöffnung für Probenmaterial aufweisenden Gehäusedeckel verschlossen ist. Die Zentrifugalmühle hat ferner einen den Mahlraum umgebenden Mahlgutraum zur Aufnahme des gemahlenen Probenmaterials, dessen Innenseite durch das ringförmige Mahlsieb gebildet ist. Die vorliegende Erfindung geht ferner davon aus, dass zumindest das ringförmige Mahlsieb, vorzugsweise jedoch eine den Mahlgutraum bildendende und das ringförmige Mahlsieb enthaltende Kassette lösbar an dem Gehäuse befestigt ist.The present invention relates to a centrifugal mill for laboratory use with a grinding chamber which is surrounded by an annular grinding sieve in which a rotor is releasably connected to a shaft of a drive motor attached to a housing and which is closed by a housing cover having an inlet opening for sample material. The centrifugal mill also has a grinding material chamber surrounding the grinding chamber for receiving the ground sample material, the inside of which is formed by the annular grinding sieve. The present invention is also based on the fact that at least the annular grinding sieve, but preferably a cassette forming the grinding material chamber and containing the annular grinding sieve, is releasably attached to the housing.
Ein derartiger gattungsbildender Stand der Technik ist aus dem DE-U-295 02 787 bekannt. Such a generic prior art is known from DE-U-295 02 787.
Bei dem gattungsbildenden Stand der Technik handelt es sich um eine Zentrifugalmühle für den Laborbetrieb, in welcher Probenmaterial vor der chemischen Analyse zerkleinert wird, um die darin enthaltenen Inhaltsstoffe leichter analysieren zu können.The state of the art in this field is a centrifugal mill for laboratory use, in which sample material is crushed before chemical analysis in order to be able to analyse the ingredients it contains more easily.
Bei dem gattungsbildenden Stand der Technik hat der Rotor einen hülsenförmigen Wellenansatz, der in seinem Inneren eine Nut zur Aufnahme von Verriegelungselementen aufweist, die an der Welle des Antriebsmotors angeordnet sind und dort radial verschiebbar gelagert sind. Diese Verriegelungselemente sind als Kugeln ausgebildet, die unter dem Einfluss der Fliegkraft radial nach außen ausgelenkt werden sollen. Bei dem Stand der Technik geht man davon aus, dass hierdurch eine innige axiale Festlegung des Rotors gegenüber der Welle bewirkt wird.In the prior art, the rotor has a sleeve-shaped shaft extension, which has a groove inside it for receiving locking elements that are arranged on the shaft of the drive motor and are mounted there so that they can be moved radially. These locking elements are designed as balls that are intended to be deflected radially outwards under the influence of centrifugal force. In the prior art, it is assumed that this results in an intimate axial fixation of the rotor relative to the shaft.
Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, dass die hierfür erforderlichen Maßtoleranzen nicht einzuhalten sind. Der Rotor kann danach nicht auf diese Weise axial gegenüber der Welle festgelegt werden. Der Rotor schlingert auf der Welle, was bei den üblichenHowever, it has been shown in practice that the dimensional tolerances required for this cannot be maintained. The rotor cannot then be fixed axially relative to the shaft in this way. The rotor lurches on the shaft, which is a problem with the usual
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Drehzahlen der Zentrifugalmühlen in einem Bereich von etwas 15 000 bis 20 000 Umdrehungen pro Minute dazu führt, dass der Rotor an dem ringförmigen Sieb übermäßig schleift. Der Rotor wie auch das Sieb sind einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt.Speeds of the centrifugal mills in a range of around 15,000 to 20,000 revolutions per minute result in the rotor rubbing excessively against the annular sieve. Both the rotor and the sieve are subject to considerable wear.
Es ist im Stand der Technik versucht worden, an dem hülsenförmigen Wellenansatz eine Nut für Verriegelungselemente auszubilden, die bezogen auf die axiale Richtung des Wellenansatzes schräg verläuft. Diese Ausgestaltung soll dazu führen, dass bei einer Beschleunigung des Rotors die Verriegelungselemente relativ zu dem Wellenansatz axial wandern und dabei den Rotor gegenüber der Welle festziehen. Nach Erreichen des Betriebspunktes, d.h. nach Erreichen der gewünschten Drehzahl wird zwischen der Welle und dem Wellenansatz jedoch kein Beschleunigungsmoment mehr übertragen, welches dem gewünschten Effekt zur Wirkung verhilft.In the prior art, attempts have been made to form a groove for locking elements on the sleeve-shaped shaft extension, which runs at an angle in relation to the axial direction of the shaft extension. This design is intended to ensure that when the rotor accelerates, the locking elements move axially relative to the shaft extension and thereby tighten the rotor against the shaft. However, after the operating point has been reached, i.e. after the desired speed has been reached, no more acceleration torque is transmitted between the shaft and the shaft extension, which would help to achieve the desired effect.
Beim Stand der Technik ist das ringförmige Sieb durch ein gestanztes und zu einem ringumbogenen Blechstreifen gebildet, der an seinen Stirnseiten verschweißt ist. Auf der Rückseite des ringförmigen Siebes ist im Bereich der Stoßstelle der beiden Stirnseiten eine Gegenplatte angeordnet. Gegen diese Platte werden die beiden Enden des Blechstreifens verschweißt.In the current state of the art, the ring-shaped sieve is formed by a sheet metal strip that is punched and bent into a ring and welded at its ends. A counter plate is arranged on the back of the ring-shaped sieve in the area where the two ends meet. The two ends of the sheet metal strip are welded to this plate.
Die Schweißverbindung führt zu einer wärmebedingten Schwächung des Blechstreifens. An dieser Stelle ist häufig ein spröder Bruch zu befürchten, welcher, sofern er beim Betrieb auftritt, zu einer Zerstörung des Rotors und gegebenenfalls auch zu einer Zerstörung des Antriebsmotors führen kann.The welded joint leads to a heat-related weakening of the sheet metal strip. At this point, a brittle fracture is often to be feared, which, if it occurs during operation, can lead to destruction of the rotor and possibly also to destruction of the drive motor.
Bei heute üblichen Zentrifugalmühlen für den Laborbetrieb werden der Rotor wie auch das ringförmige Mahlsieb als Verschleißteil angesehen. Insbesondere der Rotor ist verhältnismäßig teuer. Er wird als Edelstahlteil aus dem Vollen gefräst.In today's standard centrifugal mills for laboratory use, the rotor and the ring-shaped grinding sieve are considered wearing parts. The rotor in particular is relatively expensive. It is milled from solid stainless steel.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen die Standzeit des ringförmigen Siebes und/oder des Rotors einer Zentrifugalmühle für den Laborbetrieb erhöht werden kann.The present invention is based on the object of specifying measures by which the service life of the annular sieve and/or the rotor of a centrifugal mill for laboratory operation can be increased.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfin-To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention,
dung vorgeschlagen, dass der Rotor in axialer Richtung gegenüber der Welle durch einen Magneten fixiert ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo versucht wurde, über Zentrifugalkräfte den Rotor gegenüber der Welle zu fixieren, schlägt die vorliegende Erfindung vor, einen Magneten, vorzugsweise einen Dauermagneten zu verwenden, über den der Rotor in axialer Richtung an der Welle festgelegt ist. Der Magnet ermöglicht einen leichten Ausbau des Rotors. Dieser ist vorzugsweise formschlüssig über ein Mehrkantprofil mit der Welle verbunden. So kann der hülsenförmige Wellenansatz des Rotors einen Mehrkant, beispielsweise einen Sechskant als Innenprofil aufweisen. Die Welle hat eine da zu korrespondierende Querschnittsform. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine verdrehfeste, formschlüssige Verbindung auf der gesamten axialen Einstecklänge zwischen den hülsenförmigen Wellenansatz und der Welle gebildet werden. In the prior art, it is proposed that the rotor be fixed in the axial direction relative to the shaft by a magnet. In contrast to the prior art, where attempts were made to fix the rotor in relation to the shaft using centrifugal forces, the present invention proposes using a magnet, preferably a permanent magnet, by means of which the rotor is fixed to the shaft in the axial direction. The magnet enables the rotor to be easily removed. This is preferably positively connected to the shaft via a polygonal profile. For example, the sleeve-shaped shaft extension of the rotor can have a polygon, for example a hexagon, as an inner profile. The shaft has a cross-sectional shape that corresponds to this. Such a configuration makes it possible to form a torsion-proof, positive-locking connection over the entire axial insertion length between the sleeve-shaped shaft extension and the shaft.
Vorzugsweise ist an dem stirnseitigen Ende der Welle ein erster Dauermagnet und an der Stirnseite eines hülsenförmigen Wellenansatzes des Rotors ein zweiter Dauermagnet angeordnet. Bei dieser bevorzugten Weiterbildung ist die magnetische Sicherung des Rotors gegenüber der Welle auf einfache Weise ausgebildet.Preferably, a first permanent magnet is arranged on the front end of the shaft and a second permanent magnet is arranged on the front side of a sleeve-shaped shaft extension of the rotor. In this preferred development, the magnetic securing of the rotor with respect to the shaft is designed in a simple manner.
Gemäß ihrem zweiten Aspekt schlägt die vorliegende Erfindung vor, die Welle in beiden Drehrichtungen antreibbar auszubilden. Beim Stand der Technik kann der Antriebsmotor der Zentrifugalmühle nur in einer Richtung angetrieben gedreht werden. Dementsprechend ergibt sich an dem Rotor ein definierter Verschleiß in Drehrichtung. Der Rotor weist üblicherweise mehrere, an seiner Umfangsfläche ausgebildete Zähne auf. Diese verschleißen beim gattungsbildenden Stand der Technik an ihrer in Drehrichtung vorderen Stirnseite.According to its second aspect, the present invention proposes that the shaft be designed to be drivable in both directions of rotation. In the prior art, the drive motor of the centrifugal mill can only be driven in one direction. Accordingly, the rotor is subject to defined wear in the direction of rotation. The rotor usually has several teeth formed on its circumferential surface. In the prior art that forms the generic type, these wear on their front face in the direction of rotation.
Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt ein Verschleiß an beiden Stirnseiten der jeweiligen Zähne. Durch diese sehr einfache Maßnahme kann die Standzeit des Rotors verdoppelt werden.With the present invention, wear occurs on both front sides of the respective teeth. This very simple measure can double the service life of the rotor.
Es können Bedienelemente vorgesehen sein, mit denen der Benutzer wahlweise die erste oder zweite Drehrichtung einstellen kann. Ein gleichmäßiger Verschleiß wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung jedoch da-Control elements can be provided with which the user can optionally set the first or second direction of rotation. However, according to a further preferred embodiment of the present invention, uniform wear is ensured by
durch geschaffen, dass eine die Drehrichtung überwachende und steuernde Regeleinrichtung vorgesehen wird. Die Regeleinrichtung überwacht die jeweilige Drehrichtung und ändert vorzugsweise zyklisch selbsttätig die Drehrichtung, so dass sich auf beiden Stirnseiten der Zähne des Rotors ein gleichmäßiger Verschleiß einstellt.by providing a control device that monitors and controls the direction of rotation. The control device monitors the respective direction of rotation and preferably changes the direction of rotation automatically on a cyclic basis so that even wear occurs on both faces of the rotor's teeth.
Ein ringförmiges Mahlsieb mit verbesserter Standzeit zur Trennung eines Mahlraumes von einem Mahlgutraum in einer Zentrifugalmühle der eingangs genannten Art, das in an sich bekannter Weise durch einen gestanzten und zu einem ringumbogenen Blechstreifen gebildet ist, wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch geschaffen, dass die stirnseitigen Enden des Blechstreifens formschlüssig gegeneinander festgelegt sind.An annular grinding screen with improved service life for separating a grinding chamber from a grinding material chamber in a centrifugal mill of the type mentioned at the outset, which is formed in a manner known per se by a punched sheet metal strip bent into a ring, is created according to a further aspect of the present invention in that the front ends of the sheet metal strip are fixed against one another in a form-fitting manner.
Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass durch eine formschlüssige Anlage der stirnseitigen Enden des Blechstreifens, d.h. durch Verhaken der Enden gegeneinander die an der Stoßstelle auftretenden tangentialen Kräfte über den Formfluss gehalten werden können. Somit kann auf eine Schweißverbindung verzichtet werden. Diese formschlüssige Verbindung kann stoffschlüssig fixiert werden, beispielsweise durch Verkleben oder Hart- bzw. Weichlöten. Dadurch ist ein ringförmiges Mahlsieb geschaffen, bei dessen Herstellung auf ein die Festigkeit verminderndes Schweißen verzichtet werden kann. Das erfindungsgemäße Mahlsieb weist somit eine höhere Festigkeit auf und bietet eine bessere Standzeit. Ferner kann auf die im Stand der Technik erforderliche Gegenplatte verzichtet werden, welche die wirksame Durchtrittsfläche des Siebes vermindert. It has surprisingly been shown that by means of a positive fit between the front ends of the sheet metal strip, i.e. by hooking the ends against each other, the tangential forces occurring at the joint can be held by the mold flow. This means that a welded connection can be dispensed with. This positive fit connection can be fixed in place by means of a material bond, for example by gluing or hard or soft soldering. This creates an annular grinding screen, during the manufacture of which welding, which reduces the strength, can be dispensed with. The grinding screen according to the invention therefore has greater strength and offers a longer service life. Furthermore, the counter plate required in the prior art, which reduces the effective passage area of the screen, can be dispensed with.
Zur besseren Führung des Mahlsiebes beim Einbau in die Zentrifugalmühle wird das Mahlsieb regelmäßig über ringförmige, an dem Gehäuse und dem Gehäusedeckel ausgebildete Kragen gehalten. Es hat sich gezeigt, dass die Standzeit des ringförmigen Siebes dadurch verbessert werden kann, dass das ringförmige Sieb mit hoher Genauigkeit in der Zentrifugalmühle aufgenommen ist. Hierzu wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, einen oberen und einen unteren in Umfangsrichtung umlaufenden Randbereich an dem ringförmigen Sieb vorzusehen, der durch nichtgestanztes Blechmaterial gebildet ist. An der Innenfläche, wie auch an der Außenfläche des ringförmigen Siebes ist damit eine glatte Umfangsfläche geschaffen,To better guide the grinding screen when installing it in the centrifugal mill, the grinding screen is regularly held by ring-shaped collars formed on the housing and the housing cover. It has been shown that the service life of the ring-shaped screen can be improved by accommodating the ring-shaped screen with high precision in the centrifugal mill. For this purpose, according to a further aspect of the present invention, it is proposed to provide an upper and a lower peripheral edge region on the ring-shaped screen, which is formed by non-punched sheet metal material. A smooth peripheral surface is thus created on the inner surface as well as on the outer surface of the ring-shaped screen.
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über welche das ringförmige Mahlsieb mit hoher Genauigkeit in der Zentrifugalmühle flächig fixiert werden kann. Durch diese Fixierung wird zwischen dem Rotor und dem ringförmigen Sieb ein Ringspalt mit hoher Genauigkeit ausgebildet. Ein erhöhter Verschleiß des ringförmigen Mahlsiebes durch Lagefehler bei dem Einbau desselben können damit weitgehend vermieden werden. Auch kann eine exzentrische Bewegung des Rotors in einem Toleranzbereich auftreten, ohne dass zu befürchten ist, dass der Rotor unmittelbar gegen das ringförmige Sieb reibt.by means of which the ring-shaped grinding screen can be fixed flat in the centrifugal mill with high precision. This fixation creates a ring gap with high precision between the rotor and the ring-shaped screen. Increased wear of the ring-shaped grinding screen due to positioning errors when installing it can thus be largely avoided. An eccentric movement of the rotor can also occur within a tolerance range without there being any fear that the rotor will rub directly against the ring-shaped screen.
Zur weiteren Erläuterung des dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:To further explain the third aspect of the present invention, an embodiment is described below in conjunction with the drawing. In this drawing:
Figur 1 den endseitigen Bereich eines gestanzten Ringbleches vor dem Biegen;Figure 1 shows the end area of a punched ring sheet before bending;
undand
Figur 2 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Ringsiebes unterFigure 2 is a side view of an embodiment of a ring screen under
Verwendung des in Figur 1 gezeigten Ausgangsmaterials.Using the starting material shown in Figure 1.
In Figur 1 ist das Ende eines gestanzten Blechstreifens 1 zur Herstellung eines Ringsiebes, welches in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 2 versehen ist, gezeigt. Der Blechstreifen 1 weist endseitig mehrere keilförmig ausgebildete Federn 3 auf, die zwischen sich entsprechend keilförmig ausgebildete Nuten 4 bilden. Auf dem Blechstreifen 1 ist eine Reib- und Sieboberfläche 5 ausgestanzt. Die gestanzte Lochung 5 geht nicht bis zu dem oberen und unteren Ende 6, 7 des Blechstreifens 1. Vielmehr befindet sich jeweils ein oberer Rand 8 und ein unterer Rand 9 zwischen der Reib- und Sieboberfläche 5 und dem jeweiligen Ende 6, 7.Figure 1 shows the end of a punched sheet metal strip 1 for producing a ring sieve, which is provided with the reference number 2 in Figure 2. The sheet metal strip 1 has several wedge-shaped springs 3 at the end, which form correspondingly wedge-shaped grooves 4 between them. A friction and sieve surface 5 is punched out on the sheet metal strip 1. The punched perforation 5 does not extend to the upper and lower ends 6, 7 of the sheet metal strip 1. Instead, there is an upper edge 8 and a lower edge 9 between the friction and sieve surface 5 and the respective ends 6, 7.
Auch stirnseitig ist ein nicht gestanzter Randbereich ausgespart, der sich zwischen dem Grund der Nuten 4 und der Reib- und Sieboberfläche 5 erstreckt.A non-punched edge area is also recessed on the front side, which extends between the bottom of the grooves 4 and the friction and sieve surface 5.
Der in Figur 1 gezeigte Blechstreifen wird zu einem ringförmigen Mahlsieb umbogen. Zur Befestigung der freien Enden des Blechstreifens 1 wird dabei die in Figur 1 dargestellte stirnseitige Ausgestaltung mit einer entsprechenden Ausgestaltung an der ande-The sheet metal strip shown in Figure 1 is bent into a ring-shaped grinding screen. To secure the free ends of the sheet metal strip 1, the front design shown in Figure 1 is connected to a corresponding design on the other side.
ren Stirnseite des Blechstreifens 1 verhakt. Hierdurch werden die stimseitigen Enden des Blechstreifens formschlüssig gegeneinander festgelegt. Diese formschlüssige Verbindung kann auf beliebige Art und Weise gesichert werden, beispielsweise durch Hartlöten, Weichlöten oder Kleben.The front ends of the sheet metal strip 1 are thereby secured against one another in a form-fitting manner. This form-fitting connection can be secured in any way, for example by brazing, soft soldering or gluing.
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| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20050201 |