Kugelmühle

Februar 2009

Einleitung

Die Trommel

Der Antrieb

Im Betrieb

Drehzahlregelung

Kugelmühle - The Next Generation

Neue Software

Einleitung

Wenn man mal feines Pulver braucht oder kleine Metallteile richtig sauber haben will, braucht man eine Kugelmühle.

Im Prinzip ist das eine sich drehende Trommel, in die der zu mahlende Stoff und ein paar schwere Mahlkörper - meist Kugeln - kommen.

Um zum Beispiel feines schwarzes Pulver zum färben von Epoxidharz zu bekommen, kann man entweder Toner aus dem Laserdrucker nehmen, oder etwas Holzkohle in die Kugelmühle stecken, ein paar Stahlkugeln dazu und dann das Ganze ein paar Tage drehen lassen. Mit der Zeit kloppen die Kugeln die Kohle zu allerfeinstem Staub.

Um Eisenteile zu polieren kann man entweder Nusschalen-Granulat nehmen oder Alufolienschnipsel (ziemlich viel) mit in die Trommel geben.
Am nächsten Tag sind die Metallteile dann blitzeblank!

Die Trommel

Wie viele andere vor mir habe ich eine Rohrmuffe mit 2 Deckeln als Trommel genommen:

Die drei Stege aus alten Regalschienen dienen als Mitnehmer, damit die Kugeln aus möglichst großer Höhe auf das Mahlgut klötern.
Die Mitnehmer sind in der Mitte unterlegt und damit etwas erhöht angeschraubt, damit sich die Deckel reinschieben lassen.

Außen ist eine Holzscheibe mit eingefrästem Schlitz aufgeschraubt, in den der Mitnehmer der Welle kommt:

Auf der anderen Seite wurde die Deckeldichtung rausgenommen und eine prima Klemme mit Fahrradsattelschnellspanner als Deckelverschluss zurechtgesägt.

Der Antrieb

Ein alter Scheibenwischermotor dient als Antrieb:

Die Achse wird von einer Spannrolle aus meinem Diesel gelagert - die hatte ich nach dem Zahnriemenwechsel vorsichtshalber mitgenommen.

Auf der anderen Seite tut's auch ein altes Kugellager aus dem Inline-Skater

Zusammen sieht das dan so aus:

Die gesamte Achse läßt sich einfach nach oben rausheben.

Im Betrieb

Das Teil nervt.
Akustisch.
Also wurde die Trommel verpackt:

Nun rotiert sie schon viel ruhiger vor sich hin...

Drehzahlregelung

Bisher hatte ich die Mühle an einem Autoakku-Ladegerät betrieben. 6V=langsam 12V=schnell. Das ist natürlich viel zu primitiv.

Mit einer simplen Pulsweitenmodulation (PWM) kann man bei so einen Motor prima die Geschwindigkeit einstellen.
Aber warum simpel?

Ich habe daher eine echte Drehzahlregelung gebaut. Versucht man den Motor bei Schleichfahrt zu bremsen, so wird er kaum langsamer, aber das Amperemeter zuckt hoch!

Natürlich ist ein Prozessor und viel schöne Software drin.
Hier der Schaltplan:

Im oberen Teil sieht man einen simplen Gleichrichter mit 5V-Regler.
Der Prozessor erzeugt ein PWM-Signal welches über den Optokoppler an den FET geht.
Warum ein Optokoppler? Nun, ich missbrauche den lediglich als Treiber für den FET, weil's so schön einfach geht und das Teil grade rumlag.

Der FET schaltet nun den Motor periodisch ein und aus. Das Tastverhältnis bestimmt dabei die Leistung, die in den Motor fließt.

Um eine Drehzahlregelung hinzukriegen, messe ich die Spannung über dem Motor (Ul und Uh). Außerdem natürlich die Potispannung - damit stellt man die Drehzahl ein.
Da die Spannung UL deutlich unter Null oder über +12V gehen kann, sind 2 Schutzdioden nötig, damit der Tiny25 überlebt.

Ein Scope über dem Motor angeschlossen zeigt z.B. folgendes:

Was da im einzelnen passiert verdeutlicht dieses Bild:

Im Leerlauf lädt sich der Elko auf gut 16V auf. Nach dem Einschalten des FET zischt die Motorspannung also auf 16V hoch und lutscht Saft aus dem Elko - wodurch die Spannung langsam abfällt.

Beim Abschalten will der Strom im Motor weiterfliessen, solange sich das Magnetfeld im Motor abbaut. Der Strom fließt durch die Freilaufdiode V3. Dabei ist die Motorspannung negativ.

Wenn das Magnetfeld abgebaut ist, wird's interessant: Dann wirkt der Motor als Generator. Der Strom kann nirgendwo hin, da FET und V3 in dieser Stromrichtung sperren. Das Gute ist: Die Generatorspannung ist abhängig von der Drehzahl!

Kurz vor dem nächsten Einschalten des FET messe ich nun die Motorspannung. Und damit kennt der Tiny25 die augenblickliche Drehgeschwindigkeit.

Die Software filtert nun die Messwerte und regelt die Pulsweite so, dass die am Poti geforderte Sollgeschwindigkeit eingehalten wird.
Damit ein Messen möglich ist, kann das Tastverhältnis bei dieser Auslegung nur bis gut 90% gehen, was aber locker reicht.
Hier ein Bild bei höherer Drehzahl:

Wie man sieht, ist das Filtern notwendig, denn der alte Kollektor des Schweibenwischermotors haut hie und da mal ziemlichen Schrott raus. Manchmal ist das auch echt extrem:

Daher ist in der Software eine recht aufwändige Filterung eingebaut.
Selbst mit blöden Signalen wie diesen kommt der Regler noch gut zurecht:

Der Aufbau sieht nun so aus:

Das Poti hängt vorne lose an den 3 Leitungen.

Den Schaltplan und die Software gibt's hier: 98_motor_pwm.zip

Irgendwann muss ich noch mal ein Gehäuse für den ganzen Krempel zimmern. Aber mit eingepackter Trommel klötert die Maschine tagelang unbemerkt im hintersten Teil der Werkstatt. Also eigentlich kein Grund etwas zu ändern.
Allerdings mußte ich feststellen, dass das feine Mahlgut überall raussifft und sich nach und nach prima im ganzen Haus verteilt. Das ist toll, wenn man mal verdeckte Spinnweben suchen soll - Aber unpraktisch wenn man ebensolche nun dauernd ungefragt findet.

Eine neue Version der Platine ist fertig.

Hier das Layout als PDF und Protel-Datei zusammen mit der Software zum Download:

98_motor_pwm2.zip

Kugelmühle - The Next Generation

Die durchlaufende Achse ist bei der Mühle irgendwie störend. Und außerdem ist die 110er Trommel echt zu klein: Ich habe schöne große Mahlkörper bekommen, aber leider verklemmen die sich zwischen Mitnehmer und Achse.
Der Trend geht zur Zweitmühle - also los!

Die Lagerung bilden jetzt 4 gummierte Bockrollen auf denen eine fette 125er Trommel lose liegt.

Der Antrieb erfolgt über eine simple Kupplung: Schraubenköpfe, die in zwei Schlitze greifen.

Die Kupplung muss relativ lose erfolgen, da die Trommel ziemlich unrund ist. Natürlich nutzt sich das Holz durch die Reibung langsam ab - es dürfte aber Jahre dauern, bis ich die Holzscheibe ersetzen muss.

Die Motorbefestigung besteht aus Blech und ist mit 2 Alu-Streben stabil gemacht.

Weil's Spaß macht ist alles hübsch rot lackiert...

Der Trommeldeckel wird an eine eingeklemmte Strebe angeschraubt.

Zur Montage der Strebe habe ich die Trommel im Schraubstock einfach ein wenig oval gedrückt.

Die Schraube hat eine große Rändelmutter.

Zur Montage dreht man die Schraube am Inbus-Kopf mit den Fingern ein und knallt den Deckel dann mit der Rändelmutter richtig fest.

So sieht das neue Schätzchen nun aus:

Praktisch ist, dass man die Trommel selbst im laufenden Betrieb einfach abnehmen kann. Dann stellt man sie auf die ebene Spanplattenscheibe und öffnet den Deckel bequem, ohne dass gleich alles rausklötert.

Und ein Tragegriff ist auch schon drin...

Im Aldi gab's ein O-Ring Sortiment:

Das habe ich nutzbringend zum Abdichten benutzt. Jetzt sind die Spax-Schrauben, welche die Spanplattenscheibe halten, abgedichtet:

Und die Mitnehmer sollten auch dicht sein:

Da es immer noch zu Verklemmungen in der Trommel kam, sind die Mitnehmer nun etwas schmaler. Ich habe sie auf der Dekupiersäge abgesägt und nicht entgratet. Das sollen mal schön die Kugeln für mich machen...

Nach ein paar Tagen sind die Kanten rundgekloppt und aus der Alufolie ist allerfeinstes Pulver geworden:

Das Zeug ist teilweise so fein, dass sich beim öffnen der Trommel Rauchschwaden bilden. Also immer hübsch die Atemmaske tragen!
Die Partikel verteilen sich prima in der Gegend.

Aluminiumoxyd ist ein astreines Poliermittel - Und jedes Alu-Partikelchen ist ja von einer Oxydschicht überzogen. Deshalb polieren die Stahlkugeln zusammen mit dem Alu-Pulver jeden Dreck weg!
Die ollen Wälzkörper sehen nach 2 Tagen rumgeklöter nicht mehr aus wie vom Schrott, sondern als wenn sie nagelneu wären. Hier sieht man zwei unbehandelte und 7 polierte:

Neue Software

Eine kleine Verbesserung: Jetzt schaltet die Kiste ab, wenn der Motor blockiert wird. Hier der Quelltext:
98_mit_blockadeschutz.zip
Zusätzlich braucht man noch den Rest vom Projekt. Hier nochmal der Link:
98_motor_pwm2.zip