Das Prinzip der Zerkleinerung in einer Kugelmühle wird in erster Linie durch die Mechanismen des Aufpralls und der Reibung erreicht.
Bei diesem Verfahren werden die Materialien zerkleinert oder gemischt, indem Kugeln aus der Nähe des oberen Teils des rotierenden zylindrischen Mantels fallen gelassen werden.
Dadurch werden die Materialien zerkleinert und in kleinere Partikel zerrieben.
Prall-Mechanismus
In einer Kugelmühle erfolgt die Zerkleinerung in erster Linie durch den Aufprall der Mahlkörper (Kugeln) auf das Mahlgut.
Während sich der zylindrische Mantel dreht, hebt er die Kugeln auf eine bestimmte Höhe.
Sobald die Kugeln den oberen Rand des Mantels erreicht haben, fallen sie aufgrund der Schwerkraft frei und schlagen auf das Material am Boden auf.
Diese Aufprallkraft zerkleinert die Materialien in kleinere Partikel.
Die Wirksamkeit dieses Mechanismus hängt von der Größe, der Dichte und der Anzahl der Kugeln sowie von der Rotationsgeschwindigkeit der Mühle ab.
Abrieb-Mechanismus
Neben dem Aufprall spielt auch die Abrasion eine Rolle bei der Zerkleinerung.
Abrieb entsteht, wenn die Kugeln übereinander und gegen das Material rollen und dabei eine Reib- oder Scherwirkung verursachen.
Diese Wirkung trägt dazu bei, die Materialien durch Abrieb in kleinere Partikel zu zerlegen.
Der Abrieb ist bei der Feinzerkleinerung effektiver, wenn die Partikel bereits relativ klein sind und leicht abgerieben werden können.
Optimale Betriebsbedingungen
Für eine effektive Zerkleinerung muss die Kugelmühle mit ihrer kritischen Drehzahl arbeiten.
Bei niedrigen Drehzahlen gleiten oder rollen die Kugeln ohne nennenswerten Aufprall übereinander, was die Effizienz der Zerkleinerung verringert.
Bei hohen Drehzahlen hingegen werden die Kugeln aufgrund der Zentrifugalkraft gegen die Wand des Zylinders geschleudert.
Dadurch werden sie daran gehindert, herunterzufallen und auf das Material aufzuschlagen, so dass keine Zerkleinerung stattfindet.
Bei der optimalen Drehzahl, der so genannten kritischen Drehzahl, werden die Kugeln bis nahe an den oberen Rand der Mühle befördert und fallen dann in einer Kaskade herab, wodurch der Aufprall und damit die Zerkleinerung maximiert wird.
Anwendungen und Vorteile
Kugelmühlen sind vielseitig einsetzbar und eignen sich sowohl für Nass- als auch für Trockenmahlverfahren.
Besonders nützlich sind sie in Branchen wie der Pharmaindustrie, in denen die Sterilität aufgrund des geschlossenen Behältersystems entscheidend ist.
Dieses System trägt nicht nur zur Aufrechterhaltung der Sterilität bei, sondern ermöglicht auch eine genaue Kontrolle der Partikelgröße, was bei der Herstellung von Produkten wie parenteralen und ophthalmischen Lösungen unerlässlich ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Prinzip der Zerkleinerung in einer Kugelmühle auf den kombinierten Effekten von Aufprall und Abrieb beruht, die durch die kontrollierte Rotation eines mit Mahlkörpern gefüllten zylindrischen Mantels unterstützt werden.
Die Effizienz dieses Prozesses wird bei der kritischen Drehzahl optimiert, wodurch sichergestellt wird, dass die Kugeln die Materialien effektiv auf die gewünschte Partikelgröße zerkleinern und abreiben.
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