Kugelmühle

    Die Kugelmühle ist eine Mühle zur Feinstzerkleinerung oder Homogenisierung. Sie bestehen aus einem in Rotation versetzten Mahlbecher, in den das zu zerkleinernde Mahlgut gefüllt wird. Zusätzlich werden Mahlkugeln hinzugefügt, die aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein können.

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Arbeitsprinzip

Die gegenläufigen Drehbewegungen der Mahlbecher zum Sonnenrad führen zu Mahlkugelbewegungen, die hohe Zerkleinerungsenergien bewirken. Zunächst entstehen Reibkräfte, da die Kugeln durch die auf sie wirkende Fliehkraft in Drehrichtung beschleunigt werden. Schreitet diese Bewegung fort, entwickeln sich Corioliskräfte und die Kugeln lösen sich von der Mahlbecherwand. Sie bewegen sich auf einer Flugbahn durch den Mahlbecher und treffen unter Freisetzung dynamischer Prallkräfte auf das Mahlgut an der gegenüberliegenden Mahlbecherwandung. Das Zusammenspiel dieser Reib- und Prallkräfte bewirkt den hohen Zerkleinerungsgrad. Aufgrund dieser Abläufe, die der Bewegung von Planeten ähnelt, werden diese Mühlen auch Planetenkugelmühlen genannt. Die Plattform, auf der die Mahlbecher befestigt ist, wird als Sonnenrad bezeichnet.

Ausführungen

Planetenkugelmühlen gibt es in verschiedenen Ausführungen, je nachdem, wie viele Mahlstellen zur Verfügung stehen. Gängig sind Mühlen mit 1, 2 oder 4 Mahlstellen, in denen man gleichzeitig Proben vermahlen kann. Da man Mahlbecher mit geringen Volumina auch stapeln kann, ist sogar die Vermahlung von bis zu 8 Proben gleichzeitig möglich. Außerdem kann das Verhältnis der Sonnenrad-Drehung zu der des Mahlbechers variieren. Normalerweise handelt es sich um ein Verhältnis von 1 : -2, das heißt, während eines Umlaufs des Sonnenrades dreht sich der Mahlbecher zweimal um die eigene Achse. Zum Mechanischen Legieren sind allerdings höhere Kräfte nötig, weshalb auch Drehverhältnisse von 1 : -3 möglich sind.

Werkstoffe

Sowohl die Mahlbecher als auch die Mahlkugeln können aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass es bei jeder Art von Vermahlung zu Abrieb kommt. Da man aber vermeiden sollte, den für die Analyse relevanten Stoff quantitativ zu verändern, muss man basierend auf die Analyse einen entsprechenden Werkstoff wählen, dessen Abrieb nicht stört.

Beispiel

Wenn man in einer Probe den Chromgehalt messen will, darf man keine Mahlwerkzeuge aus Stahl benutzen, da diese anteilmäßig Chrom enthalten und somit den vorherigen Chromgehalt quantitativ verändern würden.

Mahlbecher und –kugeln werden meist aus verschiedenen Stahlarten (Chromstahl, Wolframcarbid, Keramiken, Zirkonoxid , Sinterkorund) oder aus Achat angeboten. Bei Vermahlungen sollten Mahlbecher und –kugeln aus dem gleichen Werkstoff sein.

Verwendung

Generell können mittelharte bis extrem harte, spröde und faserige Materialien zerkleinert werden. Außerdem sind Nassvermahlungen und Vermahlungen unter inerter Atmosphäre (mit entsprechenden Begasungsdeckeln) möglich.

Anlagentechnik

Kugelmühlen kommen großtechnisch als Trommelmühlen zum Zerkleinern von Erzen, Kohle usw. in Bergbau, Hüttentechnik und Keramikindustrie zum Einsatz

Laborgeräte

Im Labor dienen Kugelmühlen meist der Zerkleinerung von Proben (siehe Analytische Chemie), beispielsweise in der Chemie, Metallurgie oder in der Bodenforschung.