DE102020127239A1 - Planetenmühle mit Kühlung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Planetenmühle, manchmal auch als Planetenkugelmühle bezeichnet, die eine Kühleinrichtung mit einer Kühlmedium-Dosieröffnung zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlbecheraufnahme und/oder in einen in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbecher umfasst, um das Mahlgut während der Mahlung zu kühlen, vorzugsweise um kryogenes Mahlen mit einer Planetenmühle zu ermöglichen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Planetenmühle, manchmal auch als Planetenkugelmühle bezeichnet, mit einer Kühleinrichtung zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlstation, um das Mahlgut während der Mahlung zu kühlen, vorzugsweise um kryogenes Mahlen mit einer Planetenmühle zu ermöglichen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Planetenkugelmühlen im Labormaßstab werden z.B. in der Prozessanalytik zum Mahlen von Proben eingesetzt. Planetenmühlen, manchmal auch als Kugelmühlen oder Planetenkugelmühlen bezeichnet, sind z.B. in den Patentanmeldungen DE 197 12 905 A1 , DE 10 2006 006 529 A1 , DE 10 2006 018 325 A1 , DE 10 2006 047 481 A1 ,
    DE 10 2006 047 480 A1 und DE 10 2006 047 479 A1 beschrieben. In der
    DE 10 2006 047 498 A1 ist eine Kugelmühle mit Kühlung beschrieben, bei welcher sich Kühlkanäle zumindest teilweise innerhalb des Bodens und/oder der Ringwandung einer becherartigen Aufnahmevorrichtung erstrecken. Neuere Planetenmühlen sind z.B. in DE 10 2010 044 254 A1 , DE 10 2012 009 983 A1 , DE 10 2012 009 985 A1 ,
    DE 10 2012 009 982 A1 , DE 10 2012 009 984 A1 , DE 10 2012 009 987 A1 beschrieben. Ein Überblick über aktuell marktgängige Planetenmühlen im Labormaßstab findet sich ferner auf der Webseite der Anmelderin unter www.fritsch.de.
  • Bei Planeten(kugel)mühlen sind Mahlbecher als Planeten exzentrisch zu einer Sonnenachse, manchmal auch als Zentrumsachse bezeichnet, angeordnet und laufen einerseits auf einer Kreisbahn um die Sonnenachse um und rotieren andererseits um ihre eigenen Achse, die exzentrische Planetenachse. Durch den Umlauf und die Rotation der Mahlbecher wird eine sich verändernde radial nach außen gerichtete Fliehkraft auf das in den Mahlbecher eingefüllte Mahlgut ausgeübt. Typischerweise werden zu dem Mahlgut noch Mahlkörper, zum Beispiel Mahlkugeln hinzugegeben, die durch Schlag- und Reibwirkung das Mahlgut mit hoher Effizienz zerkleinern.
  • Bei bestimmten Abmessungen der umlaufenden Teile und bestimmten Drehgeschwindigkeiten können in einer Planetenkugelmühle Flugbahnen für das Mahlgut und die Mahlkörper erzeugt werden. Das Mahlgut und die Mahlkörper bewegen sich dann quer durch den Mahlbecher hindurch, bis sie auf die Innenwand des Mahlbechers auftreffen. Danach kann das Mahlgut mit den Mahlkörpern ein Stück weit am Innenumfang des Mahlbechers mitgenommen werden, bis die resultierende Kraft erneut dafür sorgt, dass die vorstehend beschriebene Querbeschleunigung stattfindet und das Mahlgut und die Mahlkörper eine Flugbewegung durch den Mahlbecher ausführen. Dies wird auch als „Wurfregime“ bezeichnet. Wenn eine Kugelmühle im Wurfregime arbeitet, kann bei hohen Drehzahlen eine besonders hohe Mahlwirkung erzielt werden.
  • Planetenkugelmühlen zeichnen sich jedenfalls durch eine schnelle und effektive Zerkleinerung aus. Sie sind vielseitig einsetzbar und ideal zur verlustfreien Feinstzerkleinerung bis zu Endfeinheiten im Nanometerbereich. Die Mahlung kann je nach Aufgabenstellung trocken, in Suspension oder unter Schutzgas durchgeführt werden. Auch zum Homogenisieren von Emulsionen und Pasten oder zum mechanischen Legieren in der Werkstoffforschung sind sie bestens geeignet. Eine solche Nanozerkleinerung erfordert allerdings einen relativ hohen Energiebedarf und kann durch den Mahlvorgang zu einer unerwünschten Erwärmung im Mahlgut führen. Einige Stoffe sind jedoch so temperaturempfindlich, dass sie in den derzeitigen Planetenkugelmühlen nicht zerkleinert werden können. Andere Stoffe lassen sich nur nach Versprödung zerkleinern.
  • Üblicherweise verlaufen bei einer Planetenmühle die Sonnenachse und die Planetenachse parallel. Für besondere Anwendungen kann es jedoch wünschenswert sein, die Planetenachse gegenüber der Sonnenachse zu neigen, was jedoch mit erheblichen konstruktiven Schwierigkeiten verbunden ist.
  • Aus der EP 2 457 645 A1 ist eine Zentrifuge bekannt, bei welcher die Rotationsachse des Behälterhalters geneigt ist. Die gesamte rotierende Anordnung ist in einem Kompartiment angeordnet, welches mit Kühl-/Heizrohren versehen ist. Der Antrieb des Behälterhalters erfolgt über ein Kegelzahnradgetriebe. Eine effektive Kühlung der Mahlbecher erscheint hiermit nicht möglich. Der dort gezeigte Antrieb erscheint ferner aufwändig, wartungsintensiv und wenig laufruhig. Ferner weist das rotierende System eine hohe Masse auf.
  • Aus der US 7,744,027 B2 ist eine Planetenkugelmühle bekannt, bei welcher die Becher in einem Ring aus elastischem Material am oberen Ende der Becher umlaufen und offenbar durch Reibung zwischen den Bechern und dem umlaufenden elastischen Ring reibschlüssig in Rotation versetzt werden. Ein solcher Antrieb scheint wenig zuverlässig zu sein und dürfte Schlupf sowie einen hohen Verschleiß aufweisen. Es besteht keine Synchronität und es wird davon ausgegangen, dass die Drehzahlen und die Leistung in der Praxis eng begrenzt sind.
  • Aus der EP 2 722 088 B1 ist eine zentrifugale Verarbeitungsvorrichtung zum Rühren und Entschäumen bekannt. Der Antrieb erfolgt über ein Zahnradgetriebe, welches sich oberhalb des Aufbewahrungsbehälters befindet. Die Konstruktion erscheint aufwändig, kostenintensiv und wenig laufruhig. Ferner erscheint die Befestigung des Behälters schwierig und Zugriffsmöglichkeiten auf den Behälter sind eingeschränkt. Eine solche Anordnung des Zahnradgetriebes erscheint grundsätzlich ungünstig.
  • Aus der DE 11 2004 001 671 B4 ist eine Rühr-/Entlüftungsvorrichtung bekannt, die ein durchzuknetendes Objekt durch ein gleichzeitiges Rotieren und Umlaufen eines Behälters rührt und entlüftet, wobei die Vorrichtung einen hermetisch abdichtbaren Behälter umfasst, der über ein Saugrohr mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Ein zweiter Rotationantriebsmechanismus umfasst eine Umlenkscheibe und eine Riemenscheibe sowie einen Rundriemen, wobei das Riemenscheibenverhältnis 1:1 beträgt. Ein ähnlicher Antrieb mit einem solchen Rundriemen ist in der JP 2009-268955 A gezeigt. Bei dem Rundriemen scheint es sich um eine Spezialanfertigung zu handeln, was kostenintensiv und ungünstig in Bezug auf die Ersatzteilversorgung ist. Ferner scheint ein solcher Antrieb nicht für hohe Leistungsanforderungen geeignet zu sein. Darüber hinaus ist der Antrieb zwingend auf ein Drehzahlverhältnis von 1:-1 ausgelegt. Eine Über- oder Untersetzung ist weder vorgesehen, noch ohne weiteres möglich. Ferner scheint ein solcher Antrieb verschleißanfällig und die übertragbare Kraft erscheint gering.. Weiter wird davon ausgegangen, dass Drehzahl und Leistung stark begrenzt sind, was für diese Vorrichtung, nämlich zum Rühren und Entlüften bzw. Durchkneten allerdings ausreichend sein mag.
  • Effektives kryogenes Mahlen oder eine Überwachung des Mahlvorgangs während des Betriebs erscheint mit keinem der bekannten Geräte angestrebt oder überhaupt möglich.
  • Ferner sind kryogene Schwingmühlen und kryogene Mühlen mit magnetischem Antrieb bekannt, welche aber nur sehr kleine Probenmengen mahlen können und deren Mahlleistung zu wünschen übrig lässt. Außerdem haben magnetisch angetriebene Mühlen den Nachteil, dass mit speziellen magnetischen Stößeln gemahlen wird und das Mahlgut wiederum nicht magnetisch sein sollte.
  • Allgemeine Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Planetenmühle bereit zu stellen, welche ein effektives und insbesondere dauerhaftes Kühlen des Mahlguts während des Mahlvorgangs ermöglicht.
  • Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Planetenmühle bereit zu stellen, mit welcher eine unerwünschte Mahlguterwärmung beim Mahlvorgang verhindert oder zumindest vermindert werden kann, z.B. um temperaturempfindliche Proben mit hoher Qualität und/oder hoher Mahlleistung zu mahlen, und vorzugsweise um dauerhaftes kryogenes Mahlen mit einer Planetenmühle zu ermöglichen, d.h. eine Kryo-Planetenmühle verfügbar zu machen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Planetenmühle mit nicht parallelen Achsen und geschränktem räumlichen Zahnriemenantrieb
  • Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst die Planetenmühle im Labormaßstab, manchmal auch als Planetenkugelmühle oder Labor-Planetenkugelmühle bezeichnet, eine Trägervorrichtung als Sonnenelement, welches um eine Sonnenachse rotiert und zumindest eine Mahlbecheraufnahme, die axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotiert. In die Mahlbecheraufnahme kann zumindest ein Mahlbecher eingesetzt und verspannt oder verrastet werden, damit dieser eine kombinierte Dreh- und Umlaufbewegung durchführt. Die Mahlbecheraufnahme und der damit verspannte oder verrastete Mahlbecher laufen mit der Umdrehungsgeschwindigkeit der Trägervorrichtung um die Sonnenachse um und rotieren gleichzeitig um Ihre eigene Achse, d.h. die Planetenachse.
  • Die Rotation der Trägervorrichtung als Sonnenelement um die Sonnenachse wird durch einen elektrischen Antriebsmotor, z.B. mit einem Hauptantriebsriemen angetrieben. Die Rotation der Mahlbecheraufnahme um die Planetenachse wird als Synchronantrieb durch einen Zahnriemen relativ zu der Trägervorrichtung angetrieben, um ein konstruktiv fest definiertes Drehzahlverhältnis zwischen der Sonnenrotation und der Planetenrotation zu gewährleisten. Der Hauptantriebsriemen für die Trägervorrichtung hingegen braucht nicht zwingend ein Synchronriemen zu sein, hierfür kann z.B. ein Keilriemen oder ein Keilrippenriemen oder ein anderer Hülltrieb verwendet werden, da ein Keilriemen- bzw. Keilrippenriementrieb kostengünstig ist und an dieser Stelle Schlupf vertretbar sein kann. Allerdings soll auch nicht ausgeschlossen sein, auch für den Hauptantriebsriemen einen Zahnriemen oder einen gänzlich anderen Antrieb zu verwenden.
  • Die Planetenmühle weist nicht parallele Rotationsachsen und einen schräg geneigten Mahlbecher auf, d.h. die Mahlbecheraufnahme und der daran festgespannte oder verrastete Mahlbecher sowie die Planetenachse sind um einen schiefen Winkel zu der Sonnenachse schräg geneigt, und zwar vorzugsweise von unten nach oben gesehen bzw. vom Mahlbecherboden zur Mahlbecheröffnung gesehen, schräg nach innen geneigt, so dass die Öffnung des Mahlbechers näher an der Sonnenachse liegt als der Boden des Mahlbechers. Die Planetenachse und die Sonnenachse verlaufen nicht parallel, insbesondere schräg zueinander im dreidimensionalen Raum. Unter „schräg“ wird hierin verstanden, dass die Achsen nicht parallel und nicht senkrecht zueinander verlaufen. „Schräg“ im dreidimensionalen Raum umfasst einerseits schräg in einer gemeinsamen Ebene oder andererseits windschief, aber nicht senkrecht, also nicht parallel, nicht senkrecht und im dreidimensionalen Raum nicht schneidend.
  • Um die schräg geneigte Planetenachse anzutreiben, weist der Zahnriementrieb zueinander nicht parallele Antriebs- und Abtriebsachsen bzw. zueinander nicht parallele Antriebs- und Abtriebszahnscheiben auf. Der Zahnriementrieb treibt die Mahlbecheraufnahme insbesondere direkt an, so dass kein weiteres Getriebe zwischen der Abtriebszahnscheibe und der Mahlbecheraufnahme erforderlich ist, um die Achsneigung in dem Planetenantrieb zu bewerkstelligen. Mit anderen Worten überträgt der Zahnriemen die Rotationsbewegung von der Sonnenachse direkt auf die geneigte Planetenachse, wobei die Abtriebszahnscheibe koaxial zu der Planetenachse bzw. der Mahlbecheraufnahme angeordnet und fest mit der Mahlbecheraufnahme verbunden ist. Der Zahnriemen bewerkstelligt also den Antrieb der Mahlbecheraufnahme und gleichzeitig selbst die Umlenkung des Rotationsantriebs für die Mahlbecheraufnahme um den Neigungswinkel der Mahlbecheraufnahme. Hierzu verläuft der Zahnriemen geschränkt, insbesondere mehrfach geschränkt zwischen der Sonnenachse und der geneigten Planetenachse.
  • Vorzugsweise ist die zentrale Sonnenachse als fest mit dem Gehäuse verbundene zentrale Hauptachse, auch Zentrumsachse genannt, ausgebildet, an welcher die Trägervorrichtung als Sonnenelement rotierbar gelagert ist, z.B. mittels Kugellagern. Vorzugsweise ist die Antriebszahnscheibe für den Zahnriementrieb koaxial fest mit der Zentrumsachse verbunden und somit ortsfest zum Gerätegehäuse. Eine Hauptabtriebsriemenscheibe ist koaxial fest mit der Trägervorrichtung verbunden und wird von dem Hauptantriebsriemen angetrieben, so dass die Trägervorrichtung um die feststehende Zentrumsachse mit der Antriebszahnscheibe rotiert. Dabei nimmt die Trägervorrichtung die in der Trägervorrichtung von der Zentrumsachse beabstandet gelagerte Mahlstation bzw. Mahlbecheraufnahme um die feststehende Zentrumsachse mit, so dass diese um die Sonnenachse umläuft. Der Zahnriemen zum Antrieb der Rotation der Mahlstation bzw. Mahlbecheraufnahme wird somit durch die relative Drehung der Trägervorrichtung zu der zum Gerätegehäuse feststehenden Antriebszahnscheibe angetrieben und treibt wiederum die an der Mahlbecheraufnahme befestigte und mit der Mahlbecheraufnahme gleichsam geneigte Abtriebszahnscheibe mit einem definierten Drehzahlverhältnis an. Die Rotation der Mahlbecheraufnahme erfolgt also mit einem Synchronantrieb mittels eines Zahnriemens relativ zur Rotation der Trägervorrichtung, und zwar vorzugsweise gegenläufig.
  • In vorteilhafter Weise kann für den Antrieb der Mahlbecheraufnahme relativ zu der Trägervorrichtung ein kostengünstiger, handelsüblicher, kommerziell verfügbarer Zahnriemen verwendet werden. Der Zahnriemen bildet einen schlupffreien Synchronantrieb für die Planetenrotation der Mahlbecheraufnahme gegenüber der Sonnenrotation der Trägervorrichtung und adaptiert gleichzeitig die Neigung der Planetenachse bzw. Mahlbecheraufnahme gegenüber der Zentrumsachse. Ferner können mit der Planetenmühle eine hohe Mahlleistung und eine enge Verteilungsbreite erzielt werden. Z.B. können mittlere Partikelgrößen bis zu <0.1 µm erreicht werden.
  • Gemäß fachüblicher Definition ist ein Zahnriemen (in der Motortechnik manchmal auch Synchronriemen oder Steuerriemen genannt) ein Treibriemen mit Zahnung, der formschlüssig in gezahnten Riemenscheiben läuft. Zahnriemen vereinen die Eigenschaften einer Kette und eines Flachriemens. Auf der Innenseite des Zahnriemens sind Zähne ausgeformt, die in eine spezielle Zahnscheibe eingreifen. Als Material der Zähne kommt z.B. ein Elastomer wie Gummi, Chloropren-Kautschuk, Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR[1]) oder Polyurethan in Betracht. Ein Zahnriemen hat insbesondere gegenüber einem Keilriemen und einem Flachriemen, die nur mit Kraftschluss arbeiten, Vorteile, da hohe Kräfte bei geringerer Vorspannung übertragbar sind und kein Schlupf auftritt.
  • Unter einem Zahnriemen wird hierin also insbesondere ein handelsüblicher Zahnriemen mit einer Mehrzahl an flach nebeneinander angeordneten Zugsträngen und insgesamt flachem Querschnitt verstanden, welcher an einer oder an beiden Flachseiten quer verzahnt ist (Einfachzahnriemen oder Doppelzahnriemen). Die Zähne greifen in entsprechende Quernuten von Zahnscheiben als Antriebszahnscheiben und Abtriebszahnscheiben formschlüssig ein und bilden einen formschlüssigen Synchrontrieb. Die Zugstränge werden typischerweise von mehreren flach nebeneinander angeordneten Zugseilen, z.B. Stahlseilen, die in einem Grundmaterial, z.B. einem Elastomer oder Polyurethan eingebettet sind, gebildet, und bilden dabei einen Trägerstreifen mit flachem Querschnitt. Die quer zu den Zugsträngen verlaufenden Zähne haben z.B. einen trapezförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt.
  • Es handelt sich bei dem vorliegend für die Mahlstation bzw. Mahlbecheraufnahme eingesetzten Zahnriementrieb um einen sogenannten räumlichen oder geschränkten Zahnriementrieb. Bei einem geschränkten Zahnriementrieb verläuft der flache Zahnriemen in den Trumen zwischen den Zahnscheiben und ggf. weiteren Rollen geschränkt. Dies hat den Vorteil, dass einerseits auf weitere Getriebe, z.B. Zahnradgetriebe zur Kompensation der Achsneigung und andererseits auf aufwändige und ggf. teure bzw. verschleißbehaftete oder schwache Spezialriemen, mit welchen wenig Leistung übertragen werden kann, verzichtet werden kann. Der Zahnriemen hat insbesondere keinen rotationssymmetrischen Querschnitt und verläuft unter anderem geschränkt, um die Achsneigung und ggf. ein Übersetzungsverhältnis in dem Antrieb zu kompensieren.
  • Solche handelsüblichen (standardisierten) Zahnriemen sind bei vielen Anbietern kommerziell erhältlich, z.B. bei Walther Flender (www.walther-flender.de), Opibelt (www.optibelt.com) oder der H. Fröhlich AG (www.hfag.ch) und können gewissen Normen unterfallen, z.B. ISO 13050, DIN 7721 oder ISO 5296. Vorliegend kann beispielsweise ein Zahnriemen T oder HDT, z.B. HTD5 zum Einsatz kommen. Die Verwendung von handelsüblichen Zahnriemen gegenüber Spezialriemen hat insbesondere Vorteile in Bezug auf Kosten, Ersatzteilverfügbarkeit und Zuverlässigkeit.
  • Darüber hinaus ist ein solcher geschränkter direkter „off-Axis-Zahnriemenantrieb“ laufruhig geräuscharm, verschleiß- und wartungsarm, zuverlässig, schlupffrei und langlebig.
  • Der Zahnriementrieb ist also insbesondere als ein geschränkter Zahnriementrieb ausgebildet. Die Antriebszahnscheibe ist vorzugsweise koaxial zur Sonnenachse angeordnet und die Abtriebszahnscheibe ist vorzugsweise koaxial zur geneigten Planetenachse unter der Mahlbecheraufnahme angeordnet und fest mit der Mahlbecheraufnahme verbunden, wobei der Zahnriemen zwischen der Antriebszahnscheibe und der Antriebszahnscheibe zumindest einfach, vorzugsweise sogar mehrfach geschränkt verläuft, wobei also die Antriebszahnscheibe und die Abtriebszahnscheibe schräg zueinander geneigt sind.
  • Vorzugsweise sind die Planetenachse bzw. die Abtriebszahnscheibe um einen Winkel α zwischen 5°, ggf. 10° und 75°, bevorzugt zwischen 25° und 60°, besonders bevorzugt um 37,5°+/-10° oder 37,5°+/-5° zu der Antriebszahnscheibe bzw. zu der Zentrumsachse geneigt.
  • Weiter vorzugsweise weist der geschränkte Zahnriemenantrieb mit nicht parallelen Achsen eine Übersetzung auf und die gegenüber der Antriebszahnscheibe schräg geneigte Abtriebszahnscheibe weist entsprechend dem Übersetzungsverhältnis einen kleineren Durchmesser mit weniger Zähnen als die Antriebszahnscheibe auf.
  • Besonders bevorzugt beträgt der Betrag des relativen Drehzahlverhältnisses zwischen der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme im Bereich von 1:1,5 und 1:5. In vorteilhafter Weise kann hiermit eine hohe Mahlleistung der Planetenmühle erzielt werden.
  • Vorzugsweise ist die Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme gegenläufig und das relative Drehzahlverhältnis zwischen der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme beträgt insbesondere zwischen 1 :-1,5 und 1 :-5. Insbesondere werden sowohl die Übersetzung als auch die Gegenläufigkeit direkt mit dem Zahnriemenantrieb mit nicht parallelen Achsen, also mit ein- und demselben Zahnriemen erzeugt, d.h. dass die zueinander schräg geneigten Antriebszahnscheibe und Abtriebszahnscheibe des Zahnriementriebs zum Antrieb der schräg geneigten Mahlbecheraufnahme mit einer Übersetzung, insbesondere mit einem Drehzahlverhältnis von 1:-1,5 bis 1:-5, gegenläufig rotieren.
  • Es hat sich gezeigt, dass insbesondere durch eine Kombination von Gegenläufigkeit, dem beschriebenen Drehzahlverhältnis und/oder der Neigung der Planetenrotation des Mahlbechers gegenüber dem Umlauf um die Sonnenachse eine hohe Mahlleistung erzielt werden kann, Insbesondere wenn bei Verwendung von Mahlkörpern, z.B. Mahlkugeln, die Mahlkörper und das Mahlgut die Mahlbecherwandung verlassen und quer durch den Mahlbecher geschleudert werden (Wurfregime). Eine gegenläufige Rotation ist diesem direkten Zahnriemenantrieb in vorteilhafter Weise inhärent.
  • Die Planetenmühle kann als Monomühle mit nur einer von unten nach oben gesehen schräg nach innen geneigten Mahlbecheraufnahme und einem, insbesondere verstellbaren Gegengewicht ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Mahlbecher soweit innen angeordnet sein kann, dass der Mahlbecher ggf. mit einer Mahlbecherverlängerung aufgrund der Kombination aus einem geringen Abstand der Planetenachse zur Sonnenachse und der Neigung des Mahlbechers am oberen Ende des Mahlbechers bzw. der Mahlbecherverlängerung die Sonnenachse schneidet. Andererseits befindet sich der Boden des Mahlbechers noch so weit weg von der Sonnenachse, dass der Mahlbecherboden die Sonnenachse nicht schneidet. Dadurch können vorteilhafte dynamische Verhältnisse bei der Rotation erreicht werden, mit der eine synergistische Kombination aus hoher Mahlleistung und dem Schneiden der Sonnenachse durch den Mahlbecher erzielt werden kann. Ggf. kann die Planetenmühle aber auch als eine Duo-Planetenmühle mit zwei gegenüberliegenden Mahlstationen ausgebildet sein oder noch weitere Mahlstationen aufweisen, z.B. als Quatro-Mühle, wobei jeweils einige oder alle der Planetenachsen relativ zur Sonnenachse schräg verlaufen.
  • Vorzugsweise umfasst der Zahnriementrieb für die Mahlbecheraufnahme eine erste und/oder zweite Umlenkrolle mit einer ersten bzw. zweiten Umlenkrollenachse. Die erste und zweite Umlenk- oder Spannrolle sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnriemenantriebs angeordnet, d.h. dass die erste Umlenkrolle (gezahnt oder ungezahnt) auf der Leertrumseite und die zweite Umlenkrolle auf der Lasttrumseite oder umgekehrt angeordnet sind. Mit den Umlenkrollen bzw. Spannrollen, die weder eine Antriebs- noch eine Abtriebsfunktion erfüllen, sondern lediglich der Umlenkung des Zahnriemens dienen, kann der Zahnriemen geeignet umgelenkt werden, um die Neigung der Antriebs- und Abtriebszahnscheibe zu kompensieren und die Schränkung des Zahnriemens beidseits der Umlenkrollen aufzuteilen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebszahnscheibe also koaxial zur Sonnenachse angeordnet und die Abtriebszahnscheibe ist koaxial zur geneigten Planetenachse angeordnet und fest mit der Mahlbecheraufnahme verbunden. Die Zahnung des Zahnriemens, der auf der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe läuft, greift formschlüssig in die Verzahnung der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe ein und der Zahnriemen weist, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, mehrere nebeneinanderliegende Zugstränge mit insgesamt flachem Querschnitt mit einer gezahnten Flachseite (Innenseite) und einer ungezahnten oder ggf. ebenfalls gezahnten Rückseite (Außenseite) auf.
  • Der Tangentenauslauf des Zahnriemens verläuft an der Antriebszahnscheibe insbesondere nicht parallel zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe und der Zahnriemen verläuft dazwischen geschränkt. Ferner verläuft der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe insbesondere nicht parallel zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe und der Zahnriemen verläuft dazwischen ebenfalls geschränkt.
  • Ferner verlaufen die erste und die zweite Umlenkrollenachse insbesondere nicht koaxial, vorzugsweise schräg zueinander und/oder zumindest eine davon oder beide windschief und schräg zu der Sonnenachse und/oder zumindest eine davon oder beide windschief und schräg zu der geneigten Planetenachse. Unter „schräg“ zueinander verlaufenden Achsen wird hierin verstanden, dass die Achsen weder parallel noch senkrecht zueinander, sondern schräg, also unter einem schiefen Winkel zueinander verlaufen. Die Achsen können schräg in einer gemeinsamen Ebene unter einem schiefen Winkel zueinander verlaufen und sich in der gemeinsamen Ebene schneiden oder schräg und windschief im dreidimensionalen Raum verlaufen. Bei windschiefen Achsen kann der Winkel bzw. Schrägstellungswinkel zwischen den Achsen in einer Projektionsebene, die senkrecht zu der kürzesten Verbindungslinie zwischen den windschiefen Achsen verläuft, bestimmt werden.
  • Der Schrägstellungswinkel der ersten und/oder zweiten Umlenkrollenachse zu der Sonnenachse und/oder zu der Planetenachse bzw. der Schrägstellungswinkel zwischen der Mittenebene der ersten und/oder zweiten Umlenkrolle zu der Mittenebene der Antriebsscheibe und/oder zu der Abtriebsscheibe beträgt jeweils zwischen 1° und 89° oder zwischen 91° und 179°.
  • Mit anderen Worten werden das Leertrum und das Lasttrum jeweils mit der ersten bzw. zweiten Umlenkrolle in zwei Trum-Abschnitte aufgeteilt. In vorteilhafter Weise kann die Schränkung des Zahnriemens in den freien Trumen in vertretbaren Grenzen gehalten und ein ruhiger Lauf des Zahnriementriebs ohne Gefahr eines „Ablaufens“ des Zahnriemens von den Zahnscheiben bzw. den Umlenkrollen erreicht werden.
  • Weiter vorzugsweise verläuft der Zahnriemen zwischen der Antriebszahnscheibe und der ersten Umlenkrolle, zwischen der ersten Umlenkrolle und der Abtriebszahnscheibe, zwischen der Abtriebszahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle, und/oder zwischen der zweiten Umlenkrolle und der Antriebszahnscheibe geschränkt, wobei die Schränkung vorzugsweise jeweils kleiner als 90°, insbesondere jeweils kleiner als 60°, insbesondere jeweils kleiner als 45°, insbesondere jeweils kleiner als 30° beträgt.
  • Gemäß einer Ausführungsform adaptiert die erste Umlenkrolle die Winkelabweichung von der Parallelität bzw. Koaxialität des Tangentenauslaufs an der Antriebszahnscheibe und des Tangenteneinlaufs an der Abtriebszahnscheibe, indem die erste Umlenkrolle die Wirklinie des Zahnriemens im dreidimensionalen Raum von der Richtung des Tangentenauslaufs an der Antriebszahnscheibe in Richtung des Tangenteneinlaufs an der Abtriebszahnscheibe umlenkt und dabei die Schränkung des Zahnriemens zwischen der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe aufteilt, und/oder die zweite Umlenkrolle adaptiert die Winkelabweichung von der Parallelität bzw. Koaxialität des Tangentenauslaufs an der Abtriebszahnscheibe und des Tangenteneinlaufs an der Antriebszahnscheibe, indem die zweite Umlenkrolle die Wirklinie des Zahnriemens im dreidimensionalen Raum von der Richtung des Tangentenauslaufs an der Abtriebszahnscheibe in Richtung des Tangenteneinlaufs an der Antriebszahnscheibe umlenkt und dabei die Schränkung des Zahnriemens zwischen der Abtriebszahnscheibe und der Antriebszahnscheibe aufteilt.
  • Vorzugsweise werden zumindest eines, mehrere oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
    • der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe,
    • der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe,
    • der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle,
    • der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle,
    verlaufen jeweils unter einem schiefen Winkel zueinander, d.h. mit einem Winkel von ungleich 90° und ungleich 180° und ungleich anderen Vielfachen von 90°, wobei der Winkel jedoch vorzugsweise kleiner ist als 180°.
  • Weiter vorzugsweise verlaufen der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe und/oder der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe unter einem schiefen Winkel zueinander, d.h. mit einem Winkel von ungleich 90° und ungleich 180° und ungleich anderen Vielfachen von 90°, wobei der Winkel jedoch vorzugsweise kleiner ist als 180°.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest eines, mehrere oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
    • der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle und der Zahnriemen zwischen der Antriebszahnscheibe und der ersten Umlenkrolle ist geschränkt,
    • der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe und der Zahnriemen zwischen der ersten Umlenkrolle und der Abtriebszahnscheibe ist geschränkt,
    • der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle und der Zahnriemen zwischen der Abtriebszahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle ist geschränkt,
    • der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe und der Zahnriemen zwischen der zweiten Umlenkrolle und der Antriebszahnscheibe ist geschränkt.
  • Vorzugsweise verlaufen die erste und/oder zweite Umlenkrollenachse windschief und insbesondere nicht senkrecht zu der Antriebszahnscheibenachse und/oder zu der Abtriebszahnscheibenachse.
  • Weiter vorzugsweise verlaufen die Antriebszahnscheibenachse und die Abtriebszahnscheibenachse in einer gemeinsamen Ebene schräg zueinander und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene und die Achsen der ersten und/oder zweiten Umlenkrolle verlaufen nicht parallel, insbesondere schräg zu der gemeinsamen Ebene der Antriebszahnscheibenachse und der Abtriebszahnscheibenachse und schneiden insbesondere diese Ebene.
  • Mit den vorgenannten bevorzugten Eigenschaften lassen sich geometrisch wünschenswerte konstruktive Verhältnisse für eine Planetenmühle mit schräg geneigter Planetenachse in vorteilhafter Weise realisieren.
  • Vorzugsweise ist zumindest eine der Umlenkrollen, also die erste und/oder die zweite Umlenkrolle, an der gezahnten Seite im Inneren des Zahnriemens angeordnet und lenkt den Zahnriemen nach außen von der Verbindungslinie der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe bzw. von der gemeinsamen Ebene der Antriebsscheibenachse und der Abtriebsscheibenachse, weg und/oder lenkt den Zahnriemen schräg nach unten bezogen auf eine gedachte Verbindungslinie zwischen Mittelpunkten der Antriebszahnscheibe und Antriebszahnscheibe heraus.
  • Gemäß einer bevorzugten Bauform des Planetenmühlenantriebs umfasst der Zahnriementrieb ein Haltekreuz mit gekreuzten Armen, wobei die Antriebszahnscheibe, die Abtriebszahnscheibe sowie die erste und zweite Umlenkrolle jeweils an gegenüberliegenden Enden der gekreuzten Arme des Haltekreuzes rotierbar gelagert sind. In vorteilhafter Weise kann so eine stabile Haltekonstruktion für den geschränkten Zahnriementrieb bereit gestellt werden.
  • Vorzugsweise weist die räumliche Anordnung aus der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe und der ersten und zweiten Umlenkrolle die Form eines im Raum um die Verbindungslinie der ersten und zweiten Umlenkrolle um einen schiefen Winkel geknickten, insbesondere nicht überschlagenen konvexen, abgerundeten Vierecks auf.
  • Für die Planetenmühle hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die räumliche Anordnung aus der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe und der ersten und zweiten Umlenkrolle spiegelsymmetrisch zu der gemeinsamen Ebene der Antriebszahnscheibenachse und der Abtriebszahnscheibenachse ist. Besonders bevorzugt weist die Anordnung dabei die Form eines im Raum um die Verbindungslinie der ersten und zweiten Umlenkrolle um einen schiefen Winkel geknickten abgerundeten Drachenvierecks auf. Diesbezüglich wird hierin auch von einem „im Raum geknickten Viereck-Zahnriementrieb“ gesprochen.
  • Ein Aspekt der Offenbarung betrifft ferner ein Laborgerät mit nicht parallelen Rotationsachsen, umfassend:
    • eine Trägervorrichtung, welche um eine Sonnenachse rotierbar ist,
    • zumindest eine Becheraufnahme zum Einsetzen eines Bechers, wobei die Becheraufnahme axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotierbar ist,
    • einen Antrieb zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung und der Becheraufnahme, wobei die Rotation der Becheraufnahme relativ zu der Rotation der Trägervorrichtung synchron mittels eines Zahnriementriebs angetrieben wird,
    • und ggf. weitere Merkmale der hierin beschriebenen Planetenmühle,
    wobei die Planetenachse nicht parallel zu der Sonnenachse verläuft, und wobei der Zahnriementrieb nicht parallele Antriebs- und Abtriebsachsen aufweist.
  • Obzwar der hier offenbarte geschränkte Zahnriementrieb speziell als Synchronantrieb für die Mahlbecheraufnehme bei einer Planetenmühle mit schräg geneigter Planetenachse entwickelt wurde, hat sich gezeigt, dass ein solcher geschränkter Zahnriementrieb mit ggf. sehr speziellen schiefen Anordnungen der Zahnscheiben bzw. der Achsen auch in anderen Bereichen der Antriebstechnik angewendet werden kann. Daher betrifft ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen geschränkten Zahnriementrieb als solchen, unabhängig von seinem besonders vorteilhaften Einsatz in der Planetenmühle mit schräg geneigter Planetenachse. Andererseits werden im Folgenden auch weitere Ausführungsbeispiele und optionale Merkmale eines insbesondere schief im Raum geschränkten Zahnriementriebs offenbart, welche grundsätzlich mit den Merkmalen des Zahnriemenantriebs für die Planetenmühle kombinierbar sind und umgekehrt.
  • Geschränkter räumlicher Zahnriementrieb mit nicht parallelen Achsen
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein besonderer Zahnriementrieb mit nicht parallelen Achsen und Schränkung im Zahnriemen vorgeschlagen. Unter einem Zahnriemen wird im Einklang mit dem fachmännischen Verständnis ein Zahnriemen mit mehreren nebeneinander liegenden in Kunststoff eingebetteten Zugsträngen mit einem insgesamt flachen Querschnitt verstanden, der auf einer oder auf beiden Flachseiten quer zum Umfang gezahnt ist, um in entsprechende Nuten einer Zahnscheibe formschlüssig einzugreifen, wie dies vorstehend bereits erläutert wurde. Eine Schränkung des Zahnriemens bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Gesamtheit der Zugstränge des Zahnriemens entlang seiner Laufrichtung spiralförmig verdreht ist.
  • Der geschränkte Zahnriementrieb umfasst dabei:
    • eine erste Zahnscheibe als Antriebszahnscheibe mit einer ersten Zahnscheibenmittelebene und einer senkrecht zu der ersten Zahnscheibenmittelebene verlaufenden ersten Zahnscheibenachse, und eine zweite Zahnscheibe als Abtriebszahnscheibe mit einer zweiten Zahnscheibenmittelebene und einer senkrecht zu der zweiten Zahnscheibenmittelebene verlaufenden zweiten Zahnscheibenachse, oder umgekehrt,
    • einen Zahnriemen, der auf der ersten und zweiten Zahnscheibe läuft, und dessen Zahnung formschlüssig in die Verzahnung der ersten und zweiten Zahnscheibe eingreift, und
    • eine erste Umlenkrolle mit einer ersten Umlenkrollenachse und eine zweite Umlenkrolle mit einer zweiten Umlenkrollenachse, wobei die erste bzw. zweite Umlenkrolle jeweils gezahnt oder ungezahnt sein können und auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnriementriebs angeordnet sind, wobei also die erste Umlenkrolle auf der Leertrumseite und die zweite Umlenkrolle auf der Lasttrumseite des Zahnriemenantriebs angeordnet ist,
    • wobei die erste und zweite Zahnscheibenachse nicht parallel zueinander verlaufen und vorzugsweise einen Winkel von > 5°, insbesondere > 10°, insbesondere > 20° einschließen,
    • wobei der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe nicht parallel zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe nicht parallel zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe verlaufen,
    • wobei der Zahnriemen in den vier Trumen
      • zwischen der ersten Zahnscheibe und der ersten Umlenkrolle,
      • zwischen der ersten Umlenkrolle und der zweiten Zahnscheibe,
      • zwischen der zweiten Zahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle und
      • zwischen der zweiten Umlenkrolle und der ersten Zahnscheibe jeweils
    geschränkt verläuft, und wobei zumindest eines, mehrere oder alle der nachfolgenden Kriterien erfüllt sind:
    • i) die erste Umlenkrollenachse (144) verläuft schräg zu der ersten Zahnscheibenmittelebene (36a),
    • ii) die erste Umlenkrollenachse (144) verläuft schräg zu der zweiten Zahnscheibenmittelebene (42a),
    • iii) die zweite Umlenkrollenachse (146) verläuft schräg zu der ersten Zahnscheibenmittelebene (36a),
    • iv) die zweite Umlenkrollenachse (146) verläuft schräg zu der zweiten Zahnscheibenmittelebene (42a),
    • v) die erste und zweite Umlenkrollenachse (144, 146) verlaufen nicht koaxial, zueinander.
  • Vorzugsweise sind zumindest eines, mehrere oder alle der vorstehenden Kriterien i) bis iv) und das Kriterium v) erfüllt. Vorzugsweise sind zumindest zwei der vorstehenden Kriterien i) bis iv) und das Kriterium v) erfüllt.
  • Unter schräg wird hierin ein schiefer Winkel verstanden, d.h. ein Winkel der weder parallel noch senkrecht ist, also ein Winkel ungleich 0°, ungleich 90° und ungleich 180° und ungleich jeden anderen Vielfachen von 90°, wobei die Abweichung größer ist als übliche Toleranzen. Die Abweichung eines schiefen Winkels von 0° oder einem Vielfachen von 90° kann z.B. größer oder gleich 1°, vorzugsweise größer oder gleich 2°, vorzugsweise größer oder gleich 3° betragen, d.h. der schiefe Winkel kann z.B. zwischen 1° und 89° bzw. zwischen 91° und 179°, vorzugsweise zwischen 2° und 88° bzw. zwischen 92° und 178°, vorzugsweise zwischen 3° und 87° bzw. zwischen 93° und 177° liegen.
  • Vorzugsweise sind die erste und zweite Umlenkrolle beide an der gezahnten Seite im Inneren des Zahnriemens angeordnet und lenken den Zahnriemen jeweils nach außen von einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der ersten und zweiten Zahnscheibe bzw. von der jeweils anderen Umlenkrolle weg um, wobei insbesondere ein Drachen-Viereck entsteht.
  • Alternativ dazu ist die erste Umlenkrolle an der gezahnten Seite im Inneren des Zahnriemens angeordnet und lenkt den Zahnriemen nach außen um, also von der Verbindungslinie der ersten und zweiten Zahnscheibe bzw. von der zweiten Umlenkrolle weg, und die zweite Umlenkrolle ist am Rücken des Zahnriemens außerhalb des Zahnriemens angeordnet und den Zahnriemen nach innen, also zu der ersten Umlenkrolle hin, um, oder umgekehrt. Eine solche Anordnung kann auch als Knie-in-Knie-Anordnung bezeichnet werden.
  • Durch beide Anordnungen kann die Länge der Trume vergrößert werden, um die Querkräfte zu beschränken und die Schränkung des Zahnriemens innerhalb der zulässigen Grenzwerte zu halten.
  • Damit kann bei beiden Anordnungen auch bei ungewöhnlichen Antrieben ein Mindestverhältnis zwischen dem Achsabstand C und der Zahnriemenbreite b von mindestens 5:1 bezogen auf eine Schränkung von 90° eingehalten werden, wobei sich das Mindestverhältnis bei einer geringeren Schränkung als 90° entsprechend ebenfalls verringern kann. In vorteilhafterweise Weise können so die Querkräfte in zulässigen Grenzen gehalten werden.
  • Die erste und zweite Zahnscheibenachse verlaufen insbesondere schräg, also unter einem schiefen Winkel zueinander.
  • Vorzugsweise verlaufen die erste und zweite Zahnscheibenachse wie folgt:
    • i) Die erste und zweite Zahnscheibenachse verlaufen nicht parallel in einer gemeinsamen Ebene und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene und die erste und zweite Zahnscheibe weisen eine unterschiedliche Größen auf, so dass eine Über- oder Untersetzung erzeugt wird oder
    • ii) die erste und zweite Zahnscheibenachse verlaufen schräg zueinander in einer gemeinsamen Ebene und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene unter einem schiefen Winkel oder
    • iii) die erste und zweite Zahnscheibenachse verlaufen windschief und nicht senkrecht zueinander.
  • Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen der ersten und zweiten Zahnscheibenachse bzw. zwischen der ersten und zweiten Zahnscheibenmittelebene, zwischen 5° und 85° oder zwischen 175° und 95°, insbesondere zwischen 10° und 80° oder zwischen 170° und 100°, insbesondere zwischen 25° und 75° oder zwischen 155° und 105°, insbesondere zwischen 25° und 50° oder zwischen 155° und 130°.
  • Es können also sogar windschiefe Anordnungen umgesetzt werden. Bei windschiefen Achsen kann der Winkel zwischen den Achsen z.B. zwischen deren Projektionen in einer Projektionsebene bestimmt werden, die senkrecht zu der kürzesten Verbindunglinie zwischen den beiden windschiefen Achsen verläuft.
  • Ferner sind insbesondere zumindest eines, mehrere, insbesondere zumindest zwei, oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
    • die erste Umlenkrollenachse verläuft windschief und nicht senkrecht zu der ersten Zahnscheibenachse,
    • die erste Umlenkrollenachse verläuft windschief und nicht senkrecht zu der ersten Zahnscheibenachse,
    • die zweite Umlenkrollenachse verläuft windschief und nicht senkrecht zu der ersten Zahnscheibenachse,
    • die zweite Umlenkrollenachse verläuft windschief und nicht senkrecht zu der ersten Zahnscheibenachse.
  • Unter windschief und nicht senkrecht werden zwei Achsen verstanden, die im dreidimensionalen Raum windschief zueinander verlaufen und deren Projektionen in einer Projektionsebene, die senkrecht zu der kürzesten Verbindung zwischen den windschiefen Achsen verläuft, nicht senkrecht zueinander stehen bzw. unter einem schiefen Winkel zueinander verlaufen.
  • Der Zahnriementrieb kann zusätzlich oder alternativ mit einer Übersetzung oder Untersetzung, also einem Übersetzungs-/Untersetzungsverhältnis ungleich 1:1, realisiert werden, wobei die erste Zahnscheibe als Antriebszahnscheibe einen größeren oder kleineren Durchmesser als die zweite Zahnscheibe als Abtriebszahnscheibe, oder umgekehrt, aufweist.
  • Der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe verläuft schräg, insbesondere in einer gemeinsamen Ebene, zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und/oder der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe verläuft schräg, insbesondere in einer gemeinsamen Ebene, zum Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe.
  • Mittels einer Verschiebung der Umlenkrollen in der Konstruktion kann die Schränkung in den aufgeteilten Trumen verringert werden, wodurch eine synergistische Kombination aus Umlenkung und Adaption der schiefen Winkel einerseits und eine kompakte Bauweise andererseits ermöglicht wird. Dabei beträgt die Schränkung des Zahnriemens in den folgenden Trumen
    • zwischen der ersten Zahnscheibe und der ersten Umlenkrolle,
    • zwischen der ersten Umlenkrolle und der zweiten Zahnscheibe,
    • zwischen der zweiten Zahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle und/oder
    • zwischen der zweiten Umlenkrolle und der ersten Zahnscheibe
    jeweils kleiner als 90°, insbesondere jeweils kleiner als 45°.
  • Insbesondere adaptiert die erste Umlenkrolle die Winkelabweichung von der Parallelität bzw. Koaxialität des Tangentenauslaufs und des Tangenteneinlaufs an der ersten bzw. zweiten Zahnscheibe, indem die erste Umlenkrolle die Wirklinie des Zahnriemens im dreidimensionalen Raum von der Richtung des Tangentenauslaufs an der ersten Zahnscheibe in Richtung des Tangenteneinlaufs an der zweiten Zahnscheibe umlenkt und dabei die Schränkung des Zahnriemens zwischen dem Tangentenauslauf der ersten Zahnscheibe und dem Tangenteneinlauf der zweiten Zahnscheibe aufteilt und/oder die zweite Umlenkrolle adaptiert die Winkelabweichung von der Parallelität bzw. Koaxialität des Tangentenauslaufs und des Tangenteneinlaufs an der zweiten bzw. ersten Zahnscheibe, indem die zweite Umlenkrolle die Wirklinie des Zahnriemens im dreidimensionalen Raum von der Richtung des Tangentenauslaufs an der zweiten Zahnscheibe in Richtung des Tangenteneinlaufs an der ersten Zahnscheibe umlenkt und dabei die Schränkung des Zahnriemens zwischen dem Tangentenauslauf der zweiten Zahnscheibe und dem Tangenteneinlauf der ersten Zahnscheibe aufteilt.
  • Dabei sind insbesondere zumindest eines, mehrere oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
    • der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe,
    • der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe,
    • der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle,
    • der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle,
    verlaufen jeweils unter einem schiefen Winkel zueinander, also unter einem Winkel ungleich 90°, ungleich 180° und ungleich einem anderen Vielfachen von 90°, wobei der Winkel jedoch jeweils vorzugsweise kleiner als 180° beträgt.
  • Weiter vorzugsweise verlaufen der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und/oder der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe jeweils unter einem schiefen Winkel zueinander, also einem Winkel ungleich 90°, ungleich 180° und ungleich einem anderen Vielfachen von 90°, wobei der Winkel jedoch jeweils vorzugsweise kleiner als 180° beträgt.
  • Vorzugsweise sind zumindest eines, mehrere oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
    • der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle und der Zahnriemen zwischen der ersten Zahnscheibe und der ersten Umlenkrolle ist geschränkt,
    • der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und der Zahnriemen zwischen der ersten Umlenkrolle und der zweiten Zahnscheibe ist geschränkt,
    • der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle und der Zahnriemen zwischen der zweiten Zahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle ist geschränkt,
    • der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe und der Zahnriemen zwischen der zweiten Umlenkrolle und der ersten Zahnscheibe ist geschränkt.
  • Vorzugsweise verläuft die erste Umlenkrollenachse nicht koaxial, insbesondere schräg zu der zweiten Umlenkrollenachse.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die erste Umlenkrollenachse und die zweite Umlenkrollenachse schräg zueinander in einer gemeinsamen Ebene und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene.
  • Weiter vorzugsweise verlaufen die erste und zweite Zahnscheibenachse nicht nur in einer gemeinsamen Ebene schräg zueinander und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene, sondern die räumliche Anordnung aus der ersten und zweiten Zahnscheibe und der ersten und zweiten Umlenkrolle ist zusätzlich spiegelsymmetrisch zu dieser gemeinsamen Ebene der ersten und zweiten Zahnscheibenachse, sodass die Anordnung insbesondere die Form eines im Raum geknickten abgerundeten Drachen-Vierecks aufweist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind auf einer Seite des Riementriebs eine dritte und vierte Umlenkrolle angeordnet, wobei die erste oder zweite Umlenkrolle und die dritte und vierte Umlenkrolle nebeneinander angeordnet sind und parallele Achsen aufweisen und/oder in einer gemeinsamen Ebene liegen, und wobei der Zahnriemen zwischen diesen in einer gemeinsamen Ebene liegenden Umlenkrollen nicht geschränkt verläuft. Hier kann die mittlere der drei in einer gemeinsamen Ebene liegenden Umlenkrollen, z.B. die dritte oder vierte Umlenkrolle, als Spannrolle in der gemeinsamen Ebene linear verschiebbar sein.
  • Planetenmühle mit Kühleinrichtung
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst die Planetenmühle:
    • eine Trägervorrichtung als Sonnenelement, welche um eine Sonnenachse rotierbar ist,
    • zumindest eine Mahlstation mit einer Mahlbecheraufnahme zum Einsetzen eines Mahlbechers, wobei die Mahlbecheraufnahme axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotierbar ist,
    • einen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, so dass die Mahlbecheraufnahme und ein in die Mahlbecheraufnahme einsetzbarer Mahlbecher im Betrieb eine kombinierte Umlauf- und Rotationstrajektorie durchlaufen, und
    • eine Kühleinrichtung mit einer Kühlmediumleitung und einer Kühlmedium-Dosieröffnung zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlbecheraufnahme und/oder in einen in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbecher.
  • In vorteilhafter Weise kann hiermit das Mahlgut während der Rotation aktiv und dosiert gekühlt werden und es kann insbesondere kryogenes Mahlen ermöglicht werden. Kryogenes Mahlen eignet sich z.B. zum Mahlen von Lebensmitteln, Pulverbeschichtung, Additiven in der Viskositätskontrolle, Polymeren, insbesondere Thermoplasten oder beim Reifenrecycling.
  • Z.B. kann bei thermoplastischen Harzen eine zu hohe Verarbeitungstemperatur in einer Planetenkugelmühle zu Problemen mit der Partikelgröße außerhalb der Spezifikation führen. Bei Recyclingprozessen werden beispielsweise nicht spezifizierte und postindustrielle Abfälle von Thermoplasten wiederaufbereitet und anderen Verbindungen als Füllstoffe zugesetzt, um die Zähigkeits- und Festigkeitseigenschaften der Harzmatrix zu erhöhen. Dieser Prozess erfordert gleichmäßige feine Partikel. Daher können Schwankungen der Partikelgröße die Effizienz der Prozesse beeinträchtigen. Die Produktionsraten können ebenfalls sinken, wenn die Verarbeitungstemperatur in unerwünschter Weise steigt. Wenn die Temperatur zu hoch wird, kann das Harz sogar teilweise schmelzen und die Mühle verstopfen. Auch diese Probleme können mit der vorliegenden Erfindung vermieden werden.
  • Insbesondere wird das Kühlmedium während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme von oben in die Mahlbecheraufnahme und/oder in den in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbecher eindosiert, so dass beim Eindosieren ggf. die Gravitation zunutze gemacht werden kann.
  • Dabei ist die Kühlmedium-Dosieröffnung vorzugsweise oberhalb der Trägervorrichtung angeordnet, und das Kühlmedium wird durch die Kühlmediumleitung zu der Kühlmedium-Dosieröffnung oberhalb der Trägervorrichtung geleitet, und tritt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme aus der Kühlmedium-Dosieröffnung in den Luftraum über der rotierenden Trägervorrichtung aus und tritt anschließend von oben in die rotierende Mahlbecheraufnahme und/oder in den rotierenden Mahlbecher ein.
  • In vorteilhafter Weise braucht das Kühlmedium somit nicht über komplexe Drehdurchführungen, Ringverteiler oder Ähnliches von unten durch die Trägervorrichtung geleitet werden, sondern kann trotz Umlaufen und Rotation direkt von oben in die Mahlbecheraufnahme und/oder den Mahlbecher dosiert eingeträufelt werden.
  • Weiter vorteilhaft ist es, dass die Kühlmediumleitung und die Kühlmedium-Dosieröffnung ortsfest zum Gerätegehäuse der Planetenmühle angeordnet sein kann und nicht mit der Trägervorrichtung oder der Mahlbecheraufnahme mitrotiert, was die Zuleitung des Kühlmediums erheblich vereinfacht.
  • Insbesondere wird in die Mahlbecheraufnahme ein Mahlbecher mit einem Mahlbecherinnenraum, eingesetzt, in welchem im Betrieb, d.h. bei Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, das Mahlgut vorzugsweise mithilfe von Mahlkörpern, z.B. Mahlkugeln, Mahlpuck oder Mahlring, zerkleinert wird. Es handelt sich demnach um eine Vorrichtung zum Mahlen, also zum feinen Zerkleinern von Mahlgut, und nicht lediglich um eine Misch- oder Entgasungsvorrichtung o.ä.. Dabei wird das Kühlmedium während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme aus der Kühlmedium-Dosieröffnung von oben in den Mahlbecherinnenraum und/oder einen Spalt zwischen der Mahlbecheraufnahme und einer Wandung des Mahlbechers eindosiert.
  • Durch Eintropfen des Kühlmediums in den Mahlbecher kann eine direkte Kühlung der Mahlprobe und der Mahlkörper während des Zerkleinerungsvorgangs erreicht werden. Diese unmittelbare Kühlung ist besonders effektiv, da die Mahlkörper, z.B. Mahlkugeln beim Aufprall (Wurfregime) punktuell sehr hohe Temperaturspitzen, ggf. bis zu 600°C erreichen können und hierbei ebenfalls direkt gekühlt werden können. Das Einträufeln des Kühlmediums von oben in einen Spalt zwischen dem Mahlbecher und der Mahlbecheraufnahme ist dann besonders vorteilhaft, wenn das Kühlmedium nicht in Kontakt mit dem Mahlgut gelangen darf, z.B. um eine Kontamination des Mahlgutes zu vermeiden. Trotzdem kann auch so immer noch eine effektive Außenkühlung des Mahlbechers erreicht werden.
  • Vorzugsweise weisen die Mahlbecheraufnahme und/oder der in die Mahlbecheraufnahme einsetzbare Mahlbecher an ihrem jeweiligen oberen axialen Ende eine Eindosieröffnung auf und die Kühlmedium-Dosieröffnung befindet sich während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme zumindest zeitweise unmittelbar senkrecht über der Eindosieröffnung, so dass das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung, insbesondere mithilfe der Schwerkraft selbstständig, nach unten in die Eindosieröffnung gelangen kann, insbesondere fällt, tropft, fließt und/oder sprüht. Dies hat z.B. den Vorteil, dass das Kühlmedium fein dosiert werden kann.
  • Ferner wird das Kühlmedium bei einer von unten nach oben schräg nach innen geneigten Mahlbecheraufnahme bzw. des schräg nach innen geneigten Mahlbechers aufgrund einer in Bezug auf die schräg stehende Planetenachse axial wirkenden Komponente der Zentrifugalkraft aus der Rotation der Trägervorrichtung erheblich stärker als von der Gravitation zum Boden der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers hin beschleunigt.
  • Vorzugsweise ist die Planetenmühle als eine Kryo-Planetenmühle ausgebildet und die Kühlmedium-Dosieröffnung als Düse ausgebildet und das Kühlmedium ist ein flüssiges Kryogen. Das flüssige Kryogen kann aus der Düse in die Mahlbecheraufnahme und/oder in einen in die Mahlbecheraufnahme einsetzbaren Mahlbecher fließen, tropfen und/oder sprühen, was ebenfalls eine präzise Dosierung ermöglicht.
  • Das flüssige Kryogen weist einen Siedepunkt weit unterhalb der Zimmertemperatur auf, und gelangt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme vorzugsweise im flüssigen kryogenen Zustand in die Mahlbecheraufnahme und/oder in den in die Mahlbecheraufnahme einsetzbaren Mahlbecher. Dort kann es verdampfen und das dabei entstehende Gas kann durch Öffnungen in der Mahlbecheraufnahme und/oder dem Mahlbecher in die Umgebungsluft entweichen. Hierdurch kann der Mahlstation eine große Menge an Wärme, ggf. einschließlich der Energie des Phasenübergangs dosiert entzogen werden, d.h. die Kühlung weist eine hohe und dosierbare Kühlleistung auf.
  • Vorzugsweise wird das flüssige Kryogen in flüssigem Zustand in das Innere des Mahlbechers eindosiert und bleibt dort zumindest zeitweise im flüssigen Aggregatzustand, so dass zumindest zeitweise eine Nassvermahlung mit dem flüssigen Kryogen, also eine kryogene Nassvermahlung stattfindet.
  • Besonders bevorzugt enthält das flüssige Kryogen flüssigen Stickstoff oder besteht im Wesentlichen ausschließlich aus flüssigem Stickstoff.
  • Flüssiger Stickstoff hat bei Normaldruck eine Siedetemperatur von 77 K und eignet sich besonders bei der Mahlung von ansonsten schwierig zu mahlenden Materialien wie z.B. manchen Thermoplasten, Polyolefinen und manchen biologischen Proben oder Gewürzen etc.
  • Da Stickstoff die Verbrennung nicht unterstützt, kann er ferner dazu beitragen, die Mahlung sicherer zu machen. Stickstoff ist inert und reagiert unter normalen Bedingungen nicht oder kaum mit anderen Materialien. Mit flüssigem Stickstoff können somit insbesondere unerwünschte Reaktionen mit dem Mahlgut, den Mahlkörpern und/oder den Materialien der Mahlbecheraufnahme oder des Mahlbechers vermieden werden.
  • Ferner bildet flüssiger Stickstoff bei Kontakt mit Wasser keine Kohlensäure, so dass der pH-Wert des Mahlguts selbst bei direktem Kontakt nicht in unerwünschter Weise verändert wird.
  • Eine kryogene Vermahlung insbesondere unter Verwendung von flüssigem Stickstoff zur Ableitung der während des Mahlprozesses erzeugten Wärme kann bei vielen Produkten z.B. zu einer feineren, gleichmäßigeren Partikelgrößenverteilung und höheren Durchsätzen im Vergleich zu herkömmlichen Mahlmethoden führen. Die kann z.B. auf Klebstoffe, Wachse, Teppiche, Farbkonzentrate, Pigmente, Verbundwerkstoffe, Körner, Pharmazeutika, Kunststoffe, Pulverlacke, Metall, Mehrkomponentenmaterialien, Gummi, Gewürze und Kräuter zutreffen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Mahlbecheraufnahme, des Mahlbechers und/oder unmittelbar des Mahlgutes und/oder der Mahlkörper umfasst sein. Der Temperatursensor, kann z.B. an der Mahlbecheraufnahme und/oder an einem in die Mahlbecheraufnahme einsetzbaren Mahlbecher angeordnet sein oder als berührungsloser Temperatursensor, z.B. als Infrarotsensor, der in die Mahlbecheraufnahme oder in den Mahlbecher gerichtet ist, ausgebildet sein. In vorteilhafter Weise lässt sich so die Temperatur unmittelbar im Bereich des Mahlbechers und/oder an der Mahlbecheraufnahme überwachen. Die Übertragung der Messwerte von dem rotierenden Planetensystem kann z.B. mit einer Funkverbindung bewerkstelligt werden.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Planetenmühle eine elektronische Steuerungseinrichtung mit einem Benutzer-Interface. Der Benutzer kann über das Benutzer-Interface, z.B. einem Touch-Screen-Display zunächst übliche Betriebsparameter der Planetenmühle, wie z.B. Drehzahl und/oder Mahldauer einstellen. In vorteilhafter Weise kann der Benutzer nun über das Benutzer-Interface die Kühlung, z.B. mittels des Kühlmittelflusses steuern. Z.B. können bei einer einfachen Steuerung Intervalle für die Öffnungszeiten des Kühlmediumventils eingestellt werden. Bei einer aktiven Temperaturregelung kann ein Sollwert für die gewünschte Mahltemperatur, insbesondere in einem kryogenen Bereich, eingestellt werden.
  • Bestimmte Mahlgüter, z.B. Gewürze sind besonders temperaturempfindlich. Die beim Mahlen entstehende Wärme kann dazu führen, dass Gewürze ihre ätherischen Öle verlieren, ihr Aroma und ihren Geschmack verzerren und ihre Farbe verändern, was die Qualität der Gewürze beeinträchtigen kann. Wenn die Gewürze nicht bei einer ausreichend niedrigen Temperatur verarbeitet werden, können die Öle und Fette in den Gewürzen eine Agglomeration verursachen und ggf. sogar die Mühle verstopfen. Die Kühlung und eine Steuerung der Betriebstemperatur, z.B. mittels einer Steuerung der Flussmenge an flüssigem Kryogen kann dazu beitragen, diese Probleme zu vermeiden.
  • Vorzugsweise umfasst die Steuerungseinrichtung einen Regelkreis, wobei die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur als Istwert zurückgeführt und mit dem Sollwert verglichen wird, und wobei der Regelkreis die Temperatur an der Mahlbecheraufnahme und/oder dem Mahlbecher aktiv regelt, indem die Steuerungseinrichtung die Menge an flüssigem Kryogen, das über die Kühlmediumleitung der Kühlmedium-Dosieröffnung zugeführt wird, als Stellgröße verwendet. Damit kann in vorteilhafter Weise eine aktive und präzise Temperaturregelung auf einen vom Benutzer vorgewählten kryogenen Temperatur-Sollwert erreicht werden.
  • Vorzugsweise weist die Mahlbecheraufnahme und/oder der in die Mahlbecheraufnahme eingesetzte Mahlbecher am oberen axialen Ende eine Eindosieröffnung auf und die Kühlmedium-Dosieröffnung ist im Bereich der Sonnenachse zentral über der Trägervorrichtung angeordnet. Insbesondere schneidet die Mahlbecheraufnahme und/oder der in die Mahlbecheraufnahme eingesetzte Mahlbecher die Sonnenachse, so dass sich die Eindosieröffnung in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme senkrecht unter der Kühlmedium-Dosieröffnung befindet. Dadurch kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung durch die Schwerkraft, insbesondere senkrecht von oben durch die axiale Eindosieröffnung in die Mahlbecheraufnahme und/oder in den Mahlbecher eindosiert werden, insbesondere kann das Kühlmedium von oben durch die axiale Eindosieröffnung fließen, tropfen oder sprühen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Planetenmühle eine erste und zweite Mahlbechervariante wie folgt:
    • i) Die erste Mahlbechervariante schneidet die Sonnenachse, wenn sie in die Mahlbecheraufnahme eingesetzt ist, und weist eine obere axiale Eindosieröffnung auf, wobei sich die Eindosieröffnung in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, insbesondere senkrecht, unter der Kühlmedium-Dosieröffnung befindet, und das Kühlmedium wird durch die Eindosieröffnung ins Innere des Mahlbechers geleitet, so dass zu jedem Zeitpunkt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung durch die axiale Eindosieröffnung ins Innere des Mahlbechers eindosiert werden kann.
    • ii) Die zweite Mahlbechervariante schneidet die Sonnenachse nicht selbst, wenn sie in die Mahlbecheraufnahme eingesetzt ist, sondern nur die Mahlbecheraufnahme schneidet die Sonnenachse. Zumindest bei dieser zweiten Mahlbechervariante ist ferner ein Spalt zwischen einer radialen Umfangswandung des Mahlbechers und der Mahlbecheraufnahme vorhanden, und die Mahlbecheraufnahme weist eine axiale Eindosieröffnung auf, wobei sich die Eindosieröffnung in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, insbesondere senkrecht, unter der Kühlmedium-Dosieröffnung befindet, und das Kühlmedium wird durch die Eindosieröffnung in den Spalt geleitet, so dass zu jedem Zeitpunkt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung durch die axiale Eindosieröffnung in den Spalt eindosiert werden kann.
  • Dabei kann der Benutzer zwischen der ersten und zweiten Mahlbechervariante auswählen und je nachdem, welche der beiden Mahlbechervarianten in die Mahlbecheraufnahme eingesetzt wird, kann das Kühlmedium entweder in das Innere des Mahlbechers (erste Mahlbechervariante) oder an die Außenwandung des Mahlbechers, bzw. in den Spalt zwischen dem Mahlbecher und der Mahlbecheraufnahme (zweite Mahlbechervariante) eindosiert werden, je nachdem, ob das Mahlgut direkt mit dem Kühlmedium in Kontakt kommen soll oder nicht.
  • Insbesondere umfasst die Planetenmühle also ein Mahlbecherset, welches beide, nämlich die erste und die zweite Mahlbechervariante umfasst und die erste und zweite Mahlbechervariante sind wahlweise in die Mahlbecheraufnahme einsetzbar sind, um das Kühlmedium je nach eingesetzter Mahlbechervariante wahlweise ins Innere des Mahlbechers oder in den Spalt zwischen dem Mahlbecher und der Mahlbecheraufnahme zu führen. Selbstverständlich kann die Planetenmühle zunächst mit nur einer der Mahlbechervarianten geliefert werden und der Kunde kann bei Bedarf die andere Mahlbechervariante als Zubehörteil nachkaufen.
  • Vorzugsweise sind die Mahlbecheraufnahme und die Planetenachse um einen schiefen Winkel relativ zu der Sonnenachse schräg geneigt, und zwar von unten nach oben gesehen schräg nach innen zur Sonnenachse hin geneigt. Dadurch kann das obere Ende der Mahlbecheraufnahme näher an die Sonnenachse heran gebracht werden als der Boden der Mahlbecheraufnahme. Dies erleichtert die Konstruktion einer Anordnung bei welcher die Mahlbecheraufnahme und/oder der Mahlbecher am jeweiligen oberen Ende die Sonnenachse schneiden soll. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, insbesondere bei einer Monomühle, die Mahlbecheraufnahme auch bei parallelen Achsen so anzuordnen, dass die Sonnenachse geschnitten wird.
  • Falls bei der gekühlten Planetenmühle die Planetenachse schräg zur Sonnenachse geneigt ist, ist es besonders vorteilhaft, die Rotation der Mahlbecheraufnahme relativ zu der Rotation der Trägervorrichtung synchron mittels eines geschränkten Zahnriementriebs anzutreiben, wobei der Zahnriementrieb nicht parallele Antriebs- und Abtriebsachsen aufweist, welche insbesondere koaxial zur Sonnenachse bzw. zur Planetenachse verlaufen.
  • Die hierin beschriebene Kühlung, insbesondere das Eindosieren von (kryogenem) Kühlmedium z.B. direkt in das Innere des Mahlbechers kann im Übrigen geeignet sein, auch in anderen Labormühlen eingesetzt zu werden, z.B. in Schwingmühlen oder anderen Mühlen. Die Labormühle umfasst:
    • zumindest eine Mahlbecheraufnahme zum Einsetzen eines Mahlbechers,
    • einen Antrieb zum Antreiben einer Bewegung des Mahlbechers, z.B. einer Planetenbewegung oder einer Schwingbewegung, um das in den Mahlbecher eingefüllte Mahlgut mittels Mahlkörpern zu mahlen und
    • eine Kühleinrichtung mit einer Kühlmedium-Dosieröffnung zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlbecheraufnahme und/oder direkt ins Innere des in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbechers während der Bewegung des Mahlbechers, also während des Betriebs der Labormühle,
    • und ggf. weitere Merkmale der hierin beschriebenen Planetenmühle.
  • Planetenmühle mit geneigter Planetenachse und offener Mahlbecheraufnahme bzw. offenem Mahlbecher
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst die Planetenmühle:
    • eine Trägervorrichtung als Sonnenelement, welche um eine Sonnenachse rotierbar ist,
    • zumindest eine Mahlstation mit einer Mahlbecheraufnahme zum Einsetzen eines Mahlbechers, wobei die Mahlbecheraufnahme axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotierbar ist,
    • einen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, so dass die Mahlbecheraufnahme und ein in die Mahlbecheraufnahme einsetzbarer Mahlbecher im Betrieb auf einer Kreisbahn um die Sonnenachse umläuft und gleichzeitig um die Planetenachse rotieren, also eine kombinierte Umlauf- und Rotationstrajektorie durchlaufen,
    • wobei die Mahlbecheraufnahme und die Planetenachse um einen schiefen Winkel zu der Sonnenachse schräg geneigt sind,
    • wobei die Mahlbecheraufnahme ein oberes Ende, an welchem der Mahlbecher eingesetzt wird und ein dem oberen Ende axial gegenüberliegendes unteres Ende aufweist von unten nach oben gesehen die Planetenachse schräg nach innen in Richtung der Sonnenachse geneigt ist,
    • wobei die Mahlbecheraufnahme und/oder der in die Mahlbecheraufnahme eingesetzte Mahlbecher während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme nach oben offen bleiben.
  • Durch die Schräglage des Mahlbechers, und zwar mit dem oberen Ende nach innen in Richtung der Sonnenachse, entsteht eine Komponente der Zentrifugalkraft, die die Mahlkörper sowie das Mahlgut zum Becherboden hin beschleunigt. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei einer Planetenmühle mit einem solchen nach innen geneigten Mahlbecher, ggf. sogar der Mahlbecher im Betrieb nach oben offen bleiben kann, wenn die von der Umlauf- und Rotationsbewegung erzeugten kombinierten Zentrifugalkräfte das Mahlgut und die Mahlkörper ggf. auch ohne Mahlbecherdeckel oder zumindest mit einem Mahlbecherdeckel mit einer Öffnung im Mahlbecher halten und dieses nicht, wie das bei einer Planetenmühle mit parallelen Achsen der Fall wäre, nach oben aus dem Mahlbecher herausfliegt. Dieser Effekt kann vielfältig genutzt werden. Der Effekt kann unter anderem dazu genutzt werden, dass z.B. während des Betriebs ein Kühlmedium von oben ins Innere des Mahlbechers in die oder in die Mahlbecheraufnahme eingetropft werden kann. Der Effekt kann aber auch dazu genutzt werden, den Mahlvorgang von oben, z.B. mit einer Kamera zu überwachen.
  • Vorzugsweise weist der in die Mahlbecheraufnahme eingesetzte Mahlbecher ein axiales oberes Ende und an seinem oberen Ende eine axiale Öffnung auf, welche während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme offen bleibt, wobei die axiale Öffnung des Mahlbechers die Sonnenachse schneidet, so dass in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme von oben durch die axiale Öffnung des Mahlbechers Einblick und/oder Mediumszugabe in das Innere des Mahlbechers möglich ist und/oder die Mahlbecheraufnahme weist an ihrem oberen Ende eine axiale Öffnung auf, welche während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme offen bleibt, wobei die axiale Öffnung der Mahlbecheraufnahme die Sonnenachse schneidet, so dass in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme von oben durch die axiale Öffnung der Mahlbecheraufnahme Einblick und/oder Mediumszugabe in das Innere der Mahlbecheraufnahme, insbesondere in den Bereich um die Mahlbecheraußenwand möglich ist.
  • In vorteilhafter Weise kann somit, je nach Ausführung der Mahlbecheraufnahme und des Mahlbechers während des Betriebs z.B. ein Kühlmedium senkrecht von oben wahlweise ins Innere des Mahlbechers oder in die Mahlbecheraufnahme an die Außenseite der Mahlbecherwandung eingetropft werden und/oder es kann z.B. mit einer Kamera ins Innere des Mahlbechers und/oder in die Mahlbecheraufnahme gefilmt werden.
  • Vorzugsweise ist der Mahlbecher im Betrieb der Planetenmühle verdrehsicher in der Mahlbecheraufnahme befestigt, z.B. verrastet oder verspannt, so dass ein effektiver Leistungseintrag zur Mahlung des Mahlguts in dem Mahlbecher möglich ist.
  • Insbesondere ist die Mahlleistung der Planetenmühle hinreichend groß, um mit Mahlkörpern, z.B. Mahlkugeln, die zusammen mit dem Mahlgut in den Mahlbecher eingebracht sind, das Mahlgut in dem Mahlbecher zu mahlen, d.h. signifikant zu zerkleinern und Material nicht lediglich nur zu mischen oder zu Entgasen.
  • Vorzugsweise weist der Antriebsmotor hierzu eine Motorleistung von mindestens 300 W, vorzugsweise von mindestens 500 W, vorzugsweise von mindestens 1 kW, insbesondere im Bereich von 300 W bis 3 kW, vorzugsweise im Bereich von 500 W bis 2,5 kW, vorzugsweise im Bereich von 1 kW bis 2 kW auf.
  • Vorzugsweise beträgt die maximale Drehzahl der Rotation der Trägervorrichtung mindestens 700 min-1, vorzugsweise mindestens 800 min-1, vorzugsweise mindestens 900 min-1, vorzugsweise mindestens 1000 min-1, vorzugsweise mindestens 1100 min-1 und/oder höchstens 1800 min-1, vorzugsweise höchstens 1400 min-1, vorzugsweise höchstens 1200 min-1.
  • Vorzugsweise beträgt der Betrag des relativen Drehzahlverhältnisses zwischen der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme zwischen 1:1,2 und 1:5, vorzugsweise zwischen 1:1,5 bis 1:3, vorzugsweise im Bereich von 1:2+/-0,5.
  • Weiter vorzugsweise rotieren die Trägervorrichtung und die Mahlbecheraufnahme gegenläufig und das relative Drehzahlverhältnis zwischen der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme beträgt zwischen 1:-1,2 und 1:-5, vorzugsweise zwischen 1:-1,5 und 1:-3 , vorzugsweise im Bereich von 1:-2+/-0,5.
  • In vorteilhafter Weise kann insbesondere in diesen Bereichen mit der Planetenmühle eine effektive Mahlung erreicht werden, insbesondere wenn hierbei im Wurfregime gearbeitet wird und trotzdem kann mit einem nach oben offenen Mahlbecher gemahlen werden.
  • Die relative Neigung der Planetenachse gegenüber der Sonnenachse beträgt vorzugsweise im Bereich von 15° bis 70°, vorzugsweise im Bereich von 25° bis 60°, vorzugsweise im Bereich von 37,5° +/-10°, insbesondere im Bereich von 37,5° +/-5°.
  • Die räumliche Anordnung lässt sich in vorteilhafter Weise gut mit einer Monomühle realisieren, d.h. mit einer Planetenmühle mit nur einer Mahlbecheraufnahme und einem, insbesondere verstellbaren Gegengewicht zur Kompensation der Unwucht der Trägervorrichtung.
  • Vorzugsweise weist die Mahlbecheraufnahme einen Boden auf und der Boden der Mahlbecheraufnahme schneidet die Sonnenachse insbesondere nicht. Gleichermaßen schneidet der Mahlbecherboden des in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbechers die Sonnenachse vorzugsweise nicht. Damit können konstruktive Vorteile als auch Vorteile in Bezug auf die Mahlleistung erzielt werden.
  • Bevorzugt ist der Antrieb für die Mahlbecheraufnahme, insbesondere ein Zahnriemenantrieb, unterhalb der Mahlbecheraufnahme angeordnet.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die Mahlbecheraufnahme einen Boden auf und vom Boden der Mahlbecheraufnahme erstreckt sich ein Wellenfortsatz koaxial zur Planetenachse schräg nach unten. Der Wellenfortsatz ist unterhalb des Bodens der Mahlbecheraufnahme an der Trägervorrichtung rotierbar gelagert, z.B. mit einem Kugellager, und unterhalb des Bodens der Mahlbecheraufnahme ist ein Abtriebsrad des Planetenantriebs an dem Wellenfortsatz befestigt, um die Mahlbecheraufnahme um die schräg geneigte Planetenachse rotierend anzutreiben, wenn die Trägervorrichtung rotiert.
  • Vorzugsweise wird also die Rotation der Mahlbecheraufnahme relativ zu der Rotation der Trägervorrichtung synchron und direkt mittels eines geschränkten Zahnriementriebs angetrieben und der Zahnriementrieb weist vorzugsweise nicht parallele schräg zueinander verlaufende Antriebs- und Abtriebsachsen auf.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Kamera und/oder ein berührungsloser Temperatursensor, z.B. ein Infrarotsensor umfasst sein, welche oberhalb der Mahlbecheraufnahme angeordnet sind und, ggf. senkrecht oder schräg von oben in die Mahlbecheraufnahme und/oder ins Innere des in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbechers gerichtet sind, um dauerhaft während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme das Innere der Mahlbecheraufnahme und/oder das Innere des in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbechers optisch oder temperaturmäßig zu überwachen und/oder aufzunehmen. Mit einer optischen Überwachung des Mahlvorgangs können z.B. besondere Erkenntnisse über die Mahlparameter bzw. Eigenschaften der Mahlung ermittelt werden. Mit einem Temperatursensor kann unmittelbar die Temperatur des Mahlgutes gemessen werden.
  • Zum Mahlen bestimmter Proben, kann wiederum eine Kühleinrichtung zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlbecheraufnahme und/oder in das Innere des Mahlbechers vorteilhaft sein.
  • Wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, kann die Kühleinrichtung eine Kühlmediumleitung und eine Kühlmedium-Dosieröffnung zentral im Bereich der Sonnenachse umfassen, und das Kühlmedium wird durch die Kühlmediumleitung in den zentralen Bereich an der Sonnenachse oberhalb der Mahlbecheraufnahme bzw. oberhalb des Mahlbechers geleitet und kann während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung durch die obere Öffnung der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers von oben in die Mahlbecheraufnahme und/oder ins Innere des Mahlbechers eindosiert werden.
  • Wie ebenfalls vorstehend bereits ausgeführt wurde, kann die Kühlmedium-Dosieröffnung als Düse ausgebildet und das Kühlmedium ein flüssiges Kryogen sein, z.B. flüssiger Stickstoff. Vorzugsweise fließt tropft oder sprüht das flüssige Kryogen von oben aus der Düse in die Mahlbecheraufnahme und/oder in den Mahlbecher und verdampft in der Mahlbecheraufnahme bzw. dem Mahlbecher. Das dabei entstehende Gas kann durch Öffnungen in der Mahlbecheraufnahme und/oder dem Mahlbecher in die Umgebungsluft entweichen.
  • Ein Aspekt der Offenbarung betrifft ferner ein Laborgerät, umfassend:
    • eine Trägervorrichtung, welche um eine Sonnenachse rotierbar ist,
    • zumindest eine Becheraufnahme zum Einsetzen eines Bechers, wobei die Becheraufnahme axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotierbar ist,
    • einen Antrieb zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung und der Becheraufnahme, so dass die Becheraufnahme und ein in die Becheraufnahme einsetzbarer Becher im Betrieb eine kombinierte Umlauf- und Rotationstrajektorie durchlaufen,
    • und ggf. weitere Merkmale der hierin beschriebenen Planetenmühle, wobei insbesondere
      • die Becheraufnahme und die Planetenachse um einen schiefen Winkel (α) zu der Sonnenachse schräg geneigt sind,
      • die Becheraufnahme ein oberes Ende und ein dem oberen Ende gegenüberliegendes unteres Ende aufweist und von unten nach oben gesehen die Planetenachse schräg nach innen in Richtung der Sonnenachse geneigt ist, und/oder
      • die Becheraufnahme und/oder der in die Becheraufnahme eingesetzte Becher mit deren jeweiligem oberen Ende die Sonnenachse schneiden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. In manchen Zeichnungen außer in den 8-11 sind der Einfachheit halber die Zähne des Zahnriemens nicht dargestellt.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform der Planetenkugelmühle,
    • 2 eine dreidimensionale Darstellung der rotierenden Teile und des Antriebs einer weiteren Ausführungsform der Planetenkugelmühle,
    • 3 eine Frontansicht der rotierenden Teile und des Antriebs der Planetenkugelmühle aus 2,
    • 4 eine teilweise geschnittene Frontansicht der Planetenkugelmühle mit einer Ausführungsform der Mahlbecheraufnahme und des Mahlbechers,
    • 5 wie 4, aber mit einer abgewandelten Ausführungsform der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers,
    • 6 wie 5, aber mit einer abgewandelten Ausführungsform der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers,
    • 7 wie 6, aber mit einer abgewandelten Ausführungsform der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers,
    • 8 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform des direkten geschränkten Zahnriemenantriebs mit nicht parallelen Achsen für die Planetenkugelmühle,
    • 9 eine Frontansicht des Zahnriemenantriebs aus 8,
    • 10 eine dreidimensionale Darstellung einer weiterer Ausführungsform des direkten geschränkten Zahnriemenantriebs mit nicht parallelen Achsen für die Planetenkugelmühle,
    • 11 eine Ansicht von unten auf den Zahnriemenantrieb aus 10,
    • 12 verschiedene Darstellungen einer Ausführungsform des direkten geschränkten Zahnriemenantriebs mit nicht paralleler Antriebs- und Abtriebsachse für die Planetenkugelmühle,
    • 13 verschiedene Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des direkten geschränkten Zahnriemenantriebs mit nicht paralleler Antriebs- und Abtriebsachse für die Planetenkugelmühle,
    • 14 verschiedene Darstellungen einer Ausführungsform eines direkten geschränkten Zahnriementriebs mit schräg verlaufender, windschiefer Antriebs- und Abtriebsachse und Übersetzungsverhältnis,
    • 15 verschiedene Darstellungen einer weiteren Ausführungsform eines direkten geschränkten Zahnriementriebs mit schräg verlaufender Antriebs- und Abtriebsachse, die sich in einer Ebene schneiden, und Übersetzungsverhältnis,
    • 16 eine beispielhafte schematische Konstruktionsdarstellung der räumlichen Anordnung der Mittenebenen einer Antriebszahnscheibe und einer Abtriebszahnscheibe,
    • 17 eine schematische Konstruktionsdarstellung wie 16 mit Konstruktionspunkten A und B für die Umlenkrollen,
    • 18 eine schematische Konstruktionsdarstellung wie 17 mit Ausrundung für die Umlenkrolle am Konstruktionspunkt B,
    • 19 eine schematische Konstruktionsdarstellung wie 17 mit hinzu konstruierter Umlenkrolle,
    • 20 eine schematische Konstruktionsdarstellung wie 19, aber für eine Knie-in-Knie-Anordnung,
    • 21 eine Seitenansicht der Trägervorrichtung einer weiteren Ausführungsform der Planetenkugelmühle in Form einer Duo-Planetenmühle mit zwei schräg geneigten Mahlstationen bzw. Mahlbecheraufnahmen und zwei direkten geschränkten Zahnriemenantrieben,
    • 22 eine Frontansicht der rotierenden Teile und des Antriebs der Planetenkugelmühle aus 21,
    • 23 eine Draufsicht auf die rotierenden Teile und den Antrieb der Planetenkugelmühle aus 21,
    • 24 ein komplexer geschränkter Zahnriementrieb mit Übersetzungsverhältnis und linearer Spannrolle,
    • 25 ein Foto hinein in den rotierenden Mahlbecher einer Ausführungsform der Kryo-Planetenkugelmühle,
    • 26 eine gemessene Korngrößenverteilung einer PP-Probe, gemahlen mit einer Ausführungsform der Kryo-Planetenkugelmühle,
    • 27 eine gemessene Korngrößenverteilung einer PP-Probe, gemahlen mit einer gekühlten magnetisch angetriebenen Mühle,
    • 28 eine gemessene Korngrößenverteilung einer PP-Probe, gemahlen mit einer gekühlten Schwingmühle.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Bezugnehmend auf 1 weist die Planetenmühle oder Planetenkugelmühle 1 im Labormaßstab ein Gerätegehäuse 12 mit einem Benutzerinterface 14 mit einem Display, z.B. Touchscreen-Display auf. Innerhalb des Gerätegehäuses 12 befinden sich die rotierenden Teile der Planetenkugelmühle 1, wie zum Beispiel die Trägervorrichtung 28 mit einer oder mehreren rotierenden Mahlstationen 2 bzw. Planeten, der motorische Antrieb und eine elektronische Steuerungseinrichtung zum Steuern der Funktion der Planetenkugelmühle 1. Das Gerätegehäuse 12 ist mit einem Gehäusedeckel 13 öffenbar und verschließbar, um einerseits bei stehender Trägervorrichtung 28 Zugriff auf die im Gehäuseinnenraum 15 angeordneten Mahlstationen 2 zu gewährleisten und andererseits im Betrieb der Planetenmühle 1 den Gehäuseinnenraum 15, in dem die Trägervorrichtung 28 rotiert und die eine oder mehrere Mahlstationen 2 umlaufen und rotieren, sicher zu verschließen. Die Planetenkugelmühle 1 ist als Laborgerät dimensioniert und kann mit Standfüßen 16 zum Beispiel auf einem Labortisch aufgestellt werden. Derartige Labor-Planetenkugelmühlen 1 werden insbesondere zum feinen Zerkleinern von insbesondere spröden Proben in der Prozessanalytik verwendet. Das Volumen der Mahlbecher 64 der Labor-Planetenmühle 1 beträgt zwischen 50 ml und 1000 ml, vorzugsweise zwischen 80 ml und 500 ml.
  • Bezugnehmend auf die 2 und 3 weist die Planetenkugelmühle 1 eine Basisplatte 18 auf, auf welcher die rotierenden Teile und der Antrieb montiert und gelagert sind. Auf der Basisplatte 18 ist ein Antriebsmotor 22 montiert, welcher über einen Hauptantriebsriemen 24 eine Hauptriemenscheibe 26 rotierend antreibt. Bei dem Hauptantriebsriemen 24 kann es sich um einen Keilriemen oder einen Keilrippenriemen handeln. An der Stelle des Hauptantriebsriemens 24 ist Schlupf von untergeordneter Bedeutung, daher ist die Verwendung eines Synchronriemens hier nicht zwingend erforderlich, soll jedoch auch nicht ausgeschlossen werden. Es ist also auch denkbar, dass der Hauptantriebsriemen 24 als Zahnriemen ausgebildet ist.
  • Die Hauptantriebsriemenscheibe 26 ist starr mit der Trägervorrichtung 28 verbunden, welche die Sonnenrotation um die Sonnenachse S ausführt. Hierzu sind die Trägervorrichtung 28 und die Hauptriemenscheibe 26 zentraler Kugellager 32 an der Zentrumsachse 34 gelagert. Die Zentrumsachse 34 ist wiederum starr mit der Grundplatte 18 bzw. dem Gerätegehäuse 12 verbunden. Somit treibt der Antriebsmotor 22 über den Riemenantrieb 24, 26 die Rotation der Trägervorrichtung 28 als Sonnenelement um die feststehende Zentrumsachse 34 an.
  • Die Antriebszahnscheibe 36 ist koaxial und starr mit der Zentrumsachse 34 verbunden. Wenn die Trägervorrichtung 28 von dem Riemenantrieb 24, 26 in Rotation versetzt wird, wird der Zahnriemen 38 von der ortsfesten Antriebszahnscheibe 36 angetrieben und treibt wiederum die Abtriebszahnscheibe 42 an der Mahlstation 2 an. Dadurch wird die Mahlstation 2 von der Trägervorrichtung 28 um die Zentrumsachse 34 bzw. Sonnenachse S, umlaufend mitgenommen und rotiert gleichzeitig zusätzlich um ihre eigene Achse, die Planetenachse P. Die Planetenmühle 1 ist als Planetenmühle 1 mit nicht parallelen Rotationsachsen S und P ausgebildet. Die Abtriebszahnscheibe 42 ist schräg geneigt zu der Antriebszahnscheibe 36 bzw. zur Zentrumsachse 34 und koaxial zur Planetenachse P angeordnet, so dass ein direkter geschränkter Zahnriementrieb 50 mit nicht paralleler Antriebs- und Abtriebsachse gebildet wird. Die schräg zur Antriebszahnscheibe 36 geneigte Abtriebszahnscheibe 42 weist einen kleineren Durchmesser als die Antriebszahnscheibe 36 auf, so dass ein direkter geschränkter Zahnriementrieb 50 mit nicht paralleler Antriebs- und Abtriebsachse und integriertem Übersetzungsverhältnis in ein und demselben direkten Zahnriementrieb 50 gebildet wird. Im vorliegenden Beispiel wird der Zahnriemen 38 ferner von zwei gezahnten Umlenkrollen 44, 46 umgelenkt und nach außen gespannt, um die Schiefheit des Zahnriementriebs 50 zwischen den schief zueinander angeordneten Antriebs- und Abtriebszahnscheiben 36, 42 zu adaptieren. Dabei verlaufen die Achsen der Umlenkrollen 44, 46 schräg, genauer sogar windschief, sowohl zur Antriebsachse (Sonnenachse S) als auch zur Abtriebsachse (Planetenachse P), um die Tangenteneinläufe und Tangentenausläufe des Zahnriemens 38 sauber ineinander überzuführen. Der Zahnriemen 38 verläuft dabei in allen vier Trumen 52a-d geschränkt.
  • Mit dem so geschaffenen direkten geschränkten räumlichen Zahnriemenantrieb für die schräggestellte Mahlstation 2 bzw. schräggestellte Mahlbecheraufnahme 62 kann ein einfacher, zuverlässiger, kostengünstiger, laufruhiger und wartungsarmer Antrieb für eine Planetenkugelmühle mit schräggestellter Planetenachse geschaffen werden.
  • Bei dem in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine sogenannte Mono-Mühle mit lediglich einer einzigen Mahlstation 2 bzw. Mahlbecheraufnahme 62 und einem auf der gegenüberliegenden Seite der Sonnenachse S angeordneten Gegengewicht 63. In der vorliegenden Darstellung ist das Gegengewicht 63 fix, es ist jedoch zweckmäßig ein radial und ggf. noch axial verstellbares Gegengewicht 63 zu verwenden, um die Laufruhe zu erhöhen.
  • Bezugnehmend auf die 4 bis 7 ist die Planetenmühle 1 als eine Kryo-Planeten(kugel)mühle ausgebildet. Die Kryo-Planetenmühle 1 weist eine Kühleinrichtung 110 auf, mit welcher ein kryogenes Kühlmedium 6, zum Beispiel flüssiger Stickstoff (LN2), unmittelbar in den Mahlbecher 64 und/oder in die Mahlbecheraufnahme 62 eingetropft werden kann. Hierzu weist die Kühleinrichtung 110 ein Kühlmediumreservoir 112 auf, in welchem eine Vorratsmenge des kryogenen Kühlmediums 6, zum Beispiel flüssigem Stickstoff (LN2), eingefüllt und über einen gewissen Zeitraum gespeichert werden kann. Das Kühlmediumreservoir 112 kann zum Beispiel ein Dewargefäß oder ein anderes thermisch isolierendes Gefäß umfassen. Von dem Kühlmediumreservoir 112 führt eine Kühlmediumleitung 114 zu einer Kühlmedium-Dosieröffnung in Form einer Kühlmediumdüse 116, aus welcher das kryogene Kühlmedium 6, insbesondere flüssiger Stickstoff, heraus und in die Mahlstation 2 eingetropft wird. Die Menge an Kühlmedium 6 kann zum Beispiel mit einem Magnetventil 118 gesteuert werden, z.B. von der Steuereinrichtung 4 der Kryo-Planetenmühle 1 gesteuert bzw. geregelt werden. Um eine aktiv rückgekoppelte Temperaturregelung vorzusehen, kann der Mahlbecher 64 oder die Mahlbecheraufnahme 62 einen Temperatursensor 122 aufweisen, welcher die gemessenen Temperaturdaten zum Beispiel über eine Funkverbindung an eine Funkschnittstelle 124 der Steuereinrichtung 4 übermittelt. Hiermit kann ein aktiv rückgekoppelter Regelkreis für die Temperaturregelung gebildet werden. Der Benutzer kann am Benutzer-Interface 14 eine gewünschte kryogene Solltemperatur einstellen, die von dem Regelkreis aktiv eingeregelt wird, indem die Menge an eingetropftem flüssigem Stickstoff als Stellgröße über das Magnetventil 118 geregelt wird.
  • Der Kühlmediumauslass bzw. die Kühlmediumdüse 116 kann, wie vorliegend dargestellt, koaxial zur Sonnenachse angeordnet sein, so dass das flüssige Kühlmedium 6 durch die Gravitation koaxial entlang der Sonnenachse S nach unten tropft. Aufgrund der Neigung der Planetenachse P relativ zur Sonnenachse S ist das obere Ende 62a der Mahlbecheraufnahme 62 bzw. das obere Ende 64a des Mahlbechers 64 dichter an der Sonnenachse S als der Boden 62b der Mahlbecheraufnahme bzw. der Mahlbecherboden 64b.
  • In dem Beispiel in 4 weist der Mahlbecher 64 eine rohrförmige Verlängerung 66 auf, so dass das obere Ende 64a des Mahlbechers in Form der Verlängerung 66 die Sonnenachse S schneidet. Der Mahlbecher 64 bzw. die Mahlbecherverlängerung 66 weist an deren oberen freien Ende 64a eine Öffnung 64c auf, welche ebenfalls die Sonnenachse S schneidet, so dass das Kühlmedium unmittelbar senkrecht durch die Öffnung 64c tropfen und so ins Innere 64d des Mahlbechers gelangen kann. In dem gezeigten Beispiel weist der Mahlbecher 64 einen Mahlbecherdeckel 68 mit einer zentralen Öffnung 68c auf, welche in Kommunikationsverbindung mit der Verlängerung 66 und der oberen Mahlbecheröffnung 64c steht, so dass das in die oberen Mahlbecheröffnung 64c eingetropfte Kühlmedium in das Innere 64d des Mahlbechers 64 gelangt.
  • Obzwar im vorliegenden Beispiel ein flüssiges kryogenes Kühlmedium verwendet wird, welches bei Zimmertemperatur und Normaldruck gasförmig ist bzw. verdampft, und das entstehende Gas aus dem Mahlbecher 64 entweichen kann, sind, je nach Anwendung, auch andere kryogene Kühlmedien, wie z.B. Trockeneis möglich, sofern dies mit den Materialien des Mahlbechers, der Mahlkörper (vgl. 25) und des Mahlguts (nicht dargestellt) kompatibel ist.
  • Bezugnehmend auf 5 weist die dort dargestellte Ausführungsform einen geschlossenen Mahlbecherdeckel 68 auf und die Kommunikationsverbindung für die Zufuhr des Kühlmediums führt von der oberen Öffnung des Verlängerungsrohrs 66 in einen Spalt 72 zwischen der umlaufenden radialen Außenwand 64e des Mahlbechers 64 und der umlaufenden radialen Außenwand 62e der Mahlbecheraufnahme 62. Der Spalt 72 kann sich auch in einen Zwischenraum 74 zwischen dem Mahlbecherboden 64b und dem Mahlbecheraufnahmeboden 62b erstrecken.
  • Im vorliegenden Beispiel ist die axiale Öffnung am oberen Ende der Mahlstation 2 bzw. des Planeten, durch welche das Kühlmedium in die Mahlstation 2 gelangt, demnach eine axiale Öffnung 62c der Mahlbecheraufnahme, wobei auch hier die Öffnung 62c die Sonnenachse S schneidet, damit das Kühlmedium koaxial zur Sonnenachse S senkrecht in die Mahlbecheraufnahme 62 eindosiert bzw. eingetropft werden kann. Es ist jedoch auch denkbar, die Kühlmediumdüse 116 exzentrisch anzuordnen und in die Öffnung 62c bzw. 64c mit gewissem Kühlmediumdruck schräg hinein zu sprühen.
  • Ferner kann die Planetenkugelmühle 1 eine Kamera 76 und/oder einen Infrarotsensor 77 aufweisen, welche mit einer Haltevorrichtung 78 an der Trägervorrichtung 28 befestigt sind und mit der Trägervorrichtung 28 bzw. der Sonnenscheibe mitrotieren. Die Kamera 76 bzw. der Infrarotsensor 77 können koaxial zur Planetenachse P durch die obere Öffnung 62c bzw. 64c unmittelbar in den Mahlbecher 64 oder in die Mahlbecheraufnahme 62 „hineinsehen“, und zwar dauerhaft während des Betriebs der Planetenmühle, also während der Rotation der Trägervorrichtung 28 und der Mahlbecheraufnahme 62.
  • Bezugnehmend auf 6 ist der Mahlbecher 64 axial so lang ausgebildet, dass er auch ohne Verlängerung 66 die Sonnenachse S schneidet, um das Kühlmedium 6 unmittelbar ins Innere 64d des Mahlbechers 64 eintropfen zu können. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann demnach auf die Verlängerung 66 verzichtet werden. Mit anderen Worten weist der Mahlbecher 64 mit oder ohne Verlängerung 66 eine obere axiale Öffnung 64c auf, welche die Sonnenachse S schneidet und durch welche das Kühlmedium eingeführt werden kann.
  • Bezugnehmend auf die 7 kann auch die Mahlbecheraufnahme 62 so lang ausgebildet werden, dass sie, bzw. ihre obere Öffnung 62c auch ohne Verlängerung 66 die Sonnenachse S schneidet, um das Kühlmedium in den Spalt 72 zwischen der Mahlbecheraufnahme 62 und dem Mahlbecher 64 zu befördern. Der Mahlbecherdeckel 68 kann entweder geschlossen (5) oder offen (7) ausgebildet sein.
  • Ein weiterer Vorteil des schräg nach innen zur Sonnenachse S hin geneigten Mahlbechers 64 ist im Übrigen, dass überhaupt mit einem offenen Mahlbecher 64 gearbeitet werden kann. Aufgrund der Achsenneigung des Planeten, bei welcher sich der obere Rand 64a des Mahlbechers 64 näher an der Sonnenachse S befindet als der Mahlbecherboden 64b, können das Mahlgut und die Mahlkörper trotzdem den Mahlbecher 64 nicht verlassen, wie dies bei einer achsparallelen Anordnung der Fall wäre.
  • Zusammenfassend, kann die Mahlprobe also entweder im direkten Kontakt mit dem flüssigen Stickstoff versprödet werden (4 und 6) oder indirekt über die Mahlbecherwand 64e (5 und 7). Beim offenen Mahlbecher 64 und Einbringen des LN2 direkt ins das Innere 64d des Mahlbechers 64 kann die Probe schneller und mit weniger Einsatz von LN2 heruntergekühlt werden. Andererseits kann es hierbei vorkommen, dass ab einer gewissen Partikelgröße (je kleiner desto stärker) die Probenpartikel mit dem austretendem Stickstoff nach außen mitgerissen werden können. Auch aus diesem Grund kann die indirekte Kühlung über die Mahlbecherwand 64e (5 und 7) vorteilhaft sein, oder wenn die Probe nicht direkt mit dem flüssigen Stickstoff in Kontakt kommen soll. Ggf. brauchen zum Umrüsten von direkter zu indirekter Kühlung weder die Mahlbecheraufnahme 62 noch das Mahlgefäß verändert werden, sondern ggf. genügt ein anderer Mahlbecherdeckel 68 und/oder eine andere Verlängerung 66 um den Mahlbecher von außen zu kühlen (z.B. 4 -> 5).
  • Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, befindet sich der geschränkte Zahnriementrieb 50 unterhalb der Trägervorrichtung 28 und unterhalb der Mahlbecheraufnahme 62. Die Abtriebszahnscheibe 42 ist an einem unteren Ende 82a eines Wellenfortsatzes 82 befestigt, welcher Mahlbecheraufnahme-seitig in eine obere Grundplatte 84 mündet und auf welcher die Mahlbecheraufnahme 62 befestigt, zum Beispiel aufgeschraubt ist. Unterhalb der Mahlbecheraufnahme 62, genauer zwischen dem Boden 62b der Mahlbecheraufnahme 62 und der Abtriebszahnscheibe 42 ist die gesamte Mahlstation 2 bzw. Planetenanordnung 90 mit Kugellagern 92 koaxial zur schräg stehenden Planetenachse P an der Trägervorrichtung 28 rotierbar gelagert. Nach oben rotiert die Mahlbecheraufnahme 62 frei. Es befindet sich hier insbesondere keine Lagerung für die Mahlbecheraufnahme 62 oberhalb des Mahlbechers 64. Insbesondere ist hier die Mahlbecheraufnahme 62 nur am unteren Ende gelagert.
  • Der hier vorgestellte geschränkte räumliche Zahnriemenantrieb einerseits und die schräge Lagerung unterhalb der Mahlbecheraufnahme 62 andererseits weisen gegenüber den in der Beschreibungseinleitung zitierten Lagerungen und Antrieben vielschichtige Vorteile auf.
  • Bezugnehmend auf 8-11 sind Ausführungsbeispiele für den geschränkten Zahnriemenantrieb mit nicht paralleler Antriebs- und Abtriebsachse dargestellt. Die Antriebszahnscheibe 36, die Abtriebszahnscheibe 42 sowie die erste und zweite Umlenkrolle 44, 46 sind jeweils an freien Enden 154 von zwei gekreuzten Haltearmen 152 eines Haltekreuzes 150 angeordnet und dort kugelgelagert. Das Haltekreuz 150 ist im vorliegenden Beispiel mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt. Die gekreuzten Arme 152 sind teilweise abgewinkelt, um die erwünschte Achsneigung zwischen der Sonnenachse S und der Planetenachse P zu erzielen. In dem in 8-9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste und zweite Umlenkrolle 44, 46 gezahnte Umlenkrollen und spannen den Zahnriemen 38 nach außen. Dies hat den Vorteil, dass die Trume 52a-d des Zahnriemens 38 verlängert werden können, so dass die Schränkung des Zahnriemens 38 reduziert werden kann. Nichtsdestotrotz kann bezugnehmend auf 10-11 die Umlenkung auch mit nicht gezahnten Umlenkrollen 44, 46 an der Rückseite 38b des Zahnriemens 38 erfolgen. Die Innenseite 38a oder innere Flachseite des Zahnriemens 38 ist, wie üblich, mit Zähnen 39 quer gezahnt, wobei vorliegend ein handelsüblicher HTD5-Zahnriemen mit standardisierten nicht umlaufenden Zähnen 39 entweder nur auf der inneren Flachseite 38a (Einfachzahnriemen) oder auf der inneren und äußeren Flachseite 38a, 38b (Doppelzahnriemen) verwendet wird. Die verschiedenen Zahnriemenscheiben bzw. Umlenkrollen können je nach Anordnung mit oder ohne Bordscheiben 162 ausgebildet sein. Die Anordnung und Neigung der ersten und zweiten Umlenkrolle 44, 46 ist in beiden Beispielen der 8-11 so gewählt, dass die Tangenteneinläufe und Tangentenausläufe koaxial ineinander übergeführt werden, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird.
  • Bezugnehmend auf 12 sind die Antriebsachse 136 und die Abtriebsachse 142 unter einem schiefen Winkel schräg zueinander geneigt. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Neigungs- oder Schrägstellungswinkel α etwa 35° (vgl. auch 3). Bezogen auf die Planetenmühle 1 entspricht die Antriebsachse 136 der Sonnenachse S und die Abtriebsachse 142 der Planetenachse P. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein derartiger geschränkter räumlicher Zahnriementrieb 50 mit nicht parallelen Achsen 136, 142 und gegebenenfalls Übersetzung oder Untersetzung ≠ 1 von grundsätzlicher Bedeutung sind und auch in anderen Gebieten der Antriebstechnik oder generell als Zahnriementriebe 50 verwendet werden können, und nicht nur für eine Planetenmühle 1.
  • Grundsätzlich steht die Antriebsachse 136 der Antriebszahnscheibe 36 senkrecht auf der Mittelebene 36a der Antriebszahnscheibe und die Abtriebsachse 142 steht senkrecht auf der Mittelebene 42a der Abtriebszahnscheibe 42. In dem in 12 dargestellten Beispiel sind die Antriebsachse 136 und die Abtriebsachse 142 zwar schräg unter einem schiefen Winkel α ≠ 0 zueinander angeordnet, liegen jedoch in einer gemeinsamen Ebene, welches in der Darstellung links oben in der 12 die Papierebene ist. Mithin sind in diesem Beispiel die Antriebsachse 136 und Abtriebsachse 142 zwar im Raum schräg zueinander geneigt und schneiden sich in einer gemeinsamen Ebene, sind also nicht windschief zueinander.
  • Bei anderen Anordnungen, wie zum Beispiel in 14, können die Antriebsachse 136 und die Abtriebsachse 142 jedoch auch windschief (und nicht senkrecht), also im dreidimensionalen Raum schräg und windschief zueinander verlaufen, d.h. dass die Antriebsachse 136 und die Abtriebsachse 142 nicht parallel (und nicht senkrecht) zueinander sind und sich im dreidimensionalen Raum nicht schneiden.
  • 15 zeigt ein weiteres Beispiel, bei welchem die Antriebsachse 136 und die Abtriebsachse 142 schräg zueinander in einer gemeinsamen Ebene verlaufen und sich in der gemeinsamen Ebene schneiden.
  • Wieder bezugnehmend auf die 12 sind die Umlenkrollenachsen 144, 146 ebenfalls schräg zueinander geneigt. Die Umlenkrollenachsen 144, 146 sind im vorliegenden Beispiel nicht windschief zueinander, sondern schneiden sich ebenfalls in einer gemeinsamen Ebene, welche im Beispiel der 12 aufgrund der Symmetrie der Anordnung senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Antriebsachse 136 und Abtriebsachse 142 verläuft. Jedoch können auch die Umlenkrollenachsen 144, 146 windschief zueinander sein. Auch in dem in 12 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Umlenkrollenachsen 144, 146 aber beide jeweils windschief und nicht senkrecht sowohl zur Antriebsachse 136, als auch zur Abtriebsachse 142. Mittels der ersten und zweiten Umlenkrolle 44, 46 wird der Zahnriemen in den vier Trumen 52a, 52b, 52c, 52d derart umgelenkt und ist derart geschränkt, dass die Tangentenausläufe und die Tangenteneinläufe an den Zahnscheiben bzw. Rollen 36, 42, 44, 46 koaxial ineinander überführt werden. So wird der Tangentenauslauf 36b an der Antriebszahnscheibe 36 koaxial in den Tangenteneinlauf44c an der ersten Umlenkrolle 44 überführt. Ferner wird der Tangentenauslauf 44b an der ersten Umlenkrolle 44 koaxial in den Tangenteneinlauf42c an der Abtriebszahnscheibe 42 überführt. Ferner wird der Tangentenauslauf42b an der Abtriebszahnscheibe 42 koaxial in den Tangenteneinlauf46c an der zweiten Umlenkrolle 46 überführt und der Tangentenauslauf 46c an der zweiten Umlenkungsrolle wird koaxial in den Tangenteneinlauf 36c an der Antriebszahnscheibe 36 überführt. Somit kann mittels der mehrfach schrägen, teilweise windschiefen Anordnung aus schräg geneigter Antriebs- und Abtriebsachse 136, 142 und schräg geneigten Umlenkrollen 44, 46 ein sauberer Lauf des vierfach geschränkten Zahnriemens 38 auf dem schrägen räumlichen Zahnriementrieb 50 erreicht werden, ohne dass der Zahnriemen 38 von den Zahnscheiben bzw. Rollen 36, 42, 44, 46 abläuft.
  • Die 13-15 zeigen weitere Ausführungsbeispiele eines schiefen geschränkten räumlichen Zahnriementriebs 50 in unterschiedlichen Anordnungen.
  • Bezugnehmend auf die 16-20 werden zur Konstruktion des schrägen, in diesem Beispiel sogar windschiefen, räumlichen Zahnriementriebs 50 zunächst die Antriebszahnscheibe 36 und die Abtriebszahnscheibe 42 schräg zueinander frei im Raum platziert, entsprechend der antriebsseitig gewünschten Anordnung der Antriebsachse 136 und der Abtriebsachse 142. Die Achsen 136 und 142 können, je nach Anwendung schräg in einer gemeinsamen Ebene oder schräg und windschief zueinander sein.
  • Durch die schiefe Anordnung der beiden Achsen 136, 142 stellt sich eine Schnittlinie 172 der beiden Zahnscheibenmittelebenen 36a, 42a ein. Anschließend wird die räumliche Positionierung der Umlenkrollen 44, 46 ermittelt. Hierzu werden die Verläufe in die Zahnscheiben 36, 42 hinein bzw. aus diesen heraus tangential an die jeweilige Zahnscheibe 36, 42 angetragen. Der Verlauf des Zahnriemens 38 wird auf die jeweilige Mittelebene 36a, 42a der Zahnscheiben 36, 42 skizziert. Zur Umschlingung des Zahnriemens 38 nimmt man sinnvollerweise statt des Kopfkreisdurchmessers der Zahnscheiben 36, 42 den Wirkdurchmesser derselben. Das hat Vorteile bei der späteren Ermittlung der Gesamtlänge des Zahnriemens 38. Die „freien“ Enden der aus den Zahnscheiben 36, 42 herauslaufenden „Zahnriemenstrahlen“ treffen sich in jeweils einem Punkt, der auf der Schnittlinie 172 der beiden Mittelebenen 36a, 42a liegt. Dies sind die Punkte A und B auf der Schnittlinie 172 in 17.
  • Dann wird für jede zu erstellende Umlenkung des Zahnriemens 38 eine Hilfsebene konstruiert. Bezugnehmend auf 18 wird dies am Beispiel des Punktes B beschrieben. Es wird eine Fläche 174 durch die beiden „Zahnriemenstrahlen“, die sich in dem Punkt B treffen, aufgespannt. Die so konstruierte Ebene wird dann die Mittelebene 46a für die zu konstruierende Umlenkrolle 46. Weiter wird nun auf dieser Fläche eine „Ausrundung“ der beiden „Strahlen“ vorgenommen, die sich in dem Punkt B treffen. Diese Ausrundung ist mit dem Wirkkreisdurchmesser der zu konstruierenden Umlenkrolle 46 anzunehmen. Dazu wird der Durchmesser der Umlenkrolle 46 plus das Doppelte des Abstandes des Zahnriemenrückens 38b zur Zahnriemenwirklinie (neutrale Faser) verwendet. Diese Ausrundung, bzw. der Mittelpunkt dieser Ausrundung, stellt nun einen Achsenpunkt der zu konstruierenden Umlenkrolle 46 dar. Mit der Mittelebene 46a, auf der die Achse 146 per Definition senkrecht steht, und diesem Achsenpunkt ist nun die Achslage der zu konstruierenden Umlenkrolle 46 eindeutig gegeben. Die Umlenkrolle 46 kann also entsprechend eingesetzt werden.
  • Für die in 12 dargestellte beispielhafte Anordnung mit zwei Umlenkrollen 44, 46 wird für die Umlenkrolle 44 im Punkt A anschließend in gleicher Weise verfahren.
  • Mit den so konstruierten Umlenkrollen 44, 46 weist der Zahnriemen 38 nun an allen Zahnscheiben bzw. Umlenkrollen 36, 42, 44, 46 nun optimale Tangenteneinläufe 36c, 42c, 44c, 46c und Tangentenausläufe 36b, 42b, 44b, 46b, auf. Vorteilhaft ist, dass mit den Umlenkrollen 44, 46 die Zahnriemenschränkung in den Trumen 52a-d beeinflusst, insbesondere verringert werden kann. Wandert nämlich z.B. in der rechten oberen Darstellung die Umlenkrolle 46 nach rechts, so werden die beiden Trume 52c, 52d aufwärts und abwärts der Umlenkrolle 46 länger und zusätzlich wird die Schränkung in den Trumen 52c, 52d geringer, was beides vorteilhaft für die Lebensdauer des Zahnriemens 38 ist. Bei der Positionierung der Umlenkrollen 44, 46 sollte lediglich darauf geachtet werden, dass die Umschlingung der Antriebszahnscheibe 36 und der Abtriebszahnscheibe 42 nicht zu gering wird, was jedoch bei der vorstehend beschrieben Konstruktion entsprechend eingestellt werden kann. Somit kann die Schränkung jedes einzelnen Trums 52a-d relativ klein gehalten werden und ist, wie vorstehend beschrieben, vom Konstrukteur in bestimmten Grenzen konstruktiv beeinflussbar.
  • Somit kann der Konstrukteur den schiefen geschränkten räumlichen Zahnriemenantrieb 50 relativ frei nach den gewünschten geometrischen Antriebs- und Abtriebsverhältnissen konstruieren. Dabei kann immer eine Konstruktion für den schrägen geschränkten räumlichen Zahnriementrieb 50 gefunden werden, bei der der Zahnriemen 38 korrekt umlenkt und an keiner Stelle in eine Richtung drängt, sondern der Zahnriemen 38 immer das Bestreben hat, in den Mittelebenen 36a, 42a, 44a, 46a der Zahnscheiben bzw. Umlenkrollen 36, 42, 44, 46 zu bleiben. Dadurch kann gegebenenfalls sogar auf Bordscheiben 162 verzichtet werden.
  • Es ist auch möglich, wie zum Beispiel in 15 und 20 dargestellt ist, eine der Umlenkrollen, in dem Beispiel die erste Umlenkrolle 44, auf den Zahnriemenrücken 38b zu verlegen und den Zahnriemen 38 dort nicht nach außen, sondern nach innen zu spannen in 20: Konstruktionspunkt A), so dass eine „Knie-in-Knie-Anordnung“ entsteht.
  • Die Umlenkrollen 44, 46 können auch zum Nachspannen des Zahnriemens 38 verwendet werden, dies ist jedoch je nach Anwendung nicht notwendig. Falls dies gewünscht sein sollte, kann eine oder können gegebenenfalls beide Umlenkrollen 44, 46 ortsveränderlich befestigt werden und der Zahnriemen 38 kann durch Verschiebung einer oder beider Umlenkrollen 44, 46 nachgespannt werden. Demnach kann zumindest eine ggf. beide Umlenkrollen 44, 46 jeweils eine verstellbare Spannrolle bilden.
  • Bezug nehmend auf 24 können ggf. eine dritte und eine vierte, also zwei weitere Umlenkrollen 202, 204 in eines der Trume eingefügt werden. In dem dargestellten Beispiel sind die dritte und vierte Umlenkrolle 202, 204 zwischen der zweiten Umlenkrolle 46 und der Antriebszahnscheibe 36 eingefügt. Die zweite Umlenkrolle 46 und die beiden zusätzlichen Umlenkrollen 202, 204 sind dabei mit parallelen Achsen und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Das hat den Vorteil, dass wenn eine Spannrolle gewünscht ist, hier z.B. die dritte Umlenkrolle 202 als Spannrolle zum Spannen in dieser gemeinsamen Ebene geradlinig nach außen geschoben werden kann, ohne die Neigung verändern zu müssen.
  • Bezugnehmend auf die 21-23 kann mit dem schiefen geschränkten räumlichen Zahnriementrieb 50 auch eine Planetenkugelmühle mit mehr als einer Mahlstation 2, d.h. mehr als einem Planeten, gebaut werden. Das in den 21-23 dargestellte Beispiel zeigt eine Duo-Planetenmühle 1, bei welcher zwei Mahlstationen 2 mit jeweils einer Mahlbecheraufnahme 62 mit Planetenachsen P jeweils schräg zueinander und schräg geneigt zur Sonnenachse S angeordnet sind. In dem dargestellten Beispiel sind zwei Antriebsscheiben 36 an der zentralen Sonnenachse 34 befestigt, welche über zwei unabhängige schiefe geschränkte räumliche Zahnriemenantriebe 50, wie vorstehend beschrieben, die Rotation der Mahlstationen 2 bzw. Mahlbecheraufnahmen 62 antreiben.
  • Bei diesem Beispiel ist es vorteilhaft, die Sonnenachse S so schräg zur Basisplatte 18 bzw. zum Gerätegehäuse 12 zu neigen, dass an einer bestimmten Stelle 182 die gerade dort befindliche Planetenachse P senkrecht zur Basisplatte 18 verläuft. Dies kann Vorteile in Bezug auf das Einsetzen und Entnehmen der Mahlbecher 64 haben.
  • Bezugnehmend auf die 25 ist zu sehen, wie mit der Kamera 76 z.B. bei der in 6 dargestellten Ausführungsform während der Rotation der Trägervorrichtung 28 und der Mahlstation 2 direkt in den offenen Mahlbecher 64 hinein fotografiert (oder gefilmt) werden kann. Auf dem Foto ist gut zu erkennen, wie die Mahlkugeln 70 (hier in einem Testlauf ohne Mahlgut) bei gegenläufiger Rotation und im Wurfregime durch den Mahlbecher 64 fliegen. Bei solchen Untersuchungen hat sich z.B. gezeigt, dass die Zerkleinerung mit einem Mahlpuck besonders effektiv sein kann, wenn der Puck an der Mahlbecherwand abrollt und die Probe um ihn rotiert. Derartige Foto- oder auch Filmaufnahmen erlauben ungeahnte Überwachungs- und Untersuchungsmöglichkeiten und ein tiefgreifendes Verständnis des Mahlprozesses in einer Planetenmühle 1.
  • Bezugnehmend auf die 26 zeigt die Kurve 192 die mit einer Analysette® 22 gemessene Partikelgrößenverteilung einer Probe aus Polypropylen-Pellets (PP), welche mit einem ersten Funktionsmuster der Kryo-Planetenkugelmühle 1 kryogen gemahlen wurde. 27 und 28 zeigen Partikelgrößenverteilungen 194, 196 nach ähnlichen Mahlungen jedoch mit einer magnetisch angetriebenen kryogenen Mühle bzw. einer kryogenen Schwingmühle. Es ist gut zu erkennen, dass mit der vorliegend offenbarten Planetenmühle 1 eine höhere Feinheit bzw. ein erheblich besseres Mahlergebnis erzielt werden kann.
  • Ferner kann bei der vorliegend offenbarten Planetenmühle 1 in vorteilhafter Weise mit offenem Mahlbecher gemahlen und/oder ein Kryogen bedarfsgerecht dosiert, falls gewünscht sogar direkt ins Innere des Mahlbechers eindosiert werden. Weiter kann auch mit nicht-metallischen Mahlkörpern, z.B. keramischen Mahlkugeln oder Achatmahlkugeln gemahlen werden, was für bestimmte Proben vorteilhaft sein kann und z.B. mit einer magnetisch angetriebenen Mühle so nicht möglich ist. Wenn der flüssige Stickstoff das Mahlgut umspült, kann das sogar - zumindest temporär - zu einer kryogenen Nassvermahlung führen. Dadurch kann die Durchmischung des Mahlguts verbessert werden. Ferner kann die Bildung von Agglomeraten und/oder die Anhaftung des Mahlguts an der Mahlbecherwand vermindert werden.
  • Darüber hinaus können bei der vorliegend offenbarten Planetenmühle 1 anders als z.B. bei Schwingmühlen oder magnetisch angetriebenen Mühlen erheblich größere Probenmengen auf einmal gemahlen werden. Allgemein kann das Mahlvolumen des vorliegenden Mahlbechers 64 größer oder gleich 50 ml, größer oder gleich 100 ml, größer oder gleich 250 ml, größer oder gleich 500 ml, ggf. sogar bis zu 1000 ml oder mehr betragen.
  • Zusammenfassend wird hiermit eine Planetenmühle 1 bzw. ein Zahnriementrieb 50 bereitgestellt, welche mehrere vorteilhafte technische Aspekte aufweisen, die gemeinsam oder unabhängig voneinander realisierbar sind. Der Zahnriementrieb 50 kann z.B. auch anderweitig als für eine Planetenmühle 1 verwendet werden. Die Planetenmühle 1 kann mit einer kryogenen Kühlung versehen werden, welche Kühlmedium unmittelbar in die Mahlbecheraufnahme 62 bzw. den Mahlbecher 64 einzubringen vermag. Der Mahlbecher 64 kann gegebenenfalls beim Mahlvorgang oben offen bleiben und es kann ein Kryogen in den Mahlbecher 64 und/oder die Mahlbecheraufnahme 62 eindosiert und/oder der Mahlvorgang während der Rotation videotechnisch überwacht werden. Ggf. kann sogar während der Rotation der Trägervorrichtung 28 und des Mahlbechers 64 Mahlgut in den Mahlbecher 64 eingefüllt, bzw. nachgefüttert werden. All diese Aspekte wirken zwar gegebenenfalls vorteilhaft zusammen, sind aber insbesondere auch unabhängig voneinander umsetzbar und lösen ein technisches Problem und weisen jedes für sich alleine genommen bereits bestimmte Vorteile auf.
  • Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.
  • Ferner können insbesondere Merkmale, die in Zusammenhang mit den Aspekten einer Planetenmühle mit nicht parallelen Achsen und einem geschränkten räumlichen Zahnriemenantrieb, mit einem geschränkten räumlichen Zahnriementrieb mit nicht parallelen Achsen als solchem, mit einer Planetenmühle mit Kühleinrichtung und/oder mit einer Planetenmühle mit geneigter Planetenachse und offener Mahlbecheraufnahme bzw. offenem Mahlbecher beschrieben sind, wechselweise miteinander kombiniert werden.
  • Die Anmeldung offenbart andererseits mehrere Erfindungsaspekte wie z.B. eine Planetenmühle mit einem besonderen geschränkten räumlichen Zahnriemenantrieb, den Zahnriementrieb als solchen, eine Mahlstation, die mit nach oben offener Mahlbecheraufnahme und/oder nach oben offenem Mahlbecher betrieben werden kann und/oder eine kryogene Kühleinrichtung zum aktiven Kühlen während des Mahlvorgangs in einer Planetenmühle. Es ist ersichtlich, dass insbesondere diese Erfindungsaspekte sowohl gemeinsam aber auch separat voneinander umgesetzt werden können und entsprechende Vorteile mit sich bringen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19712905 A1 [0002]
    • DE 102006006529 A1 [0002]
    • DE 102006018325 A1 [0002]
    • DE 102006047481 A1 [0002]
    • DE 102006047480 A1 [0002]
    • DE 102006047479 A1 [0002]
    • DE 102006047498 A1 [0002]
    • DE 102010044254 A1 [0002]
    • DE 102012009983 A1 [0002]
    • DE 102012009985 A1 [0002]
    • DE 102012009982 A1 [0002]
    • DE 102012009984 A1 [0002]
    • DE 102012009987 A1 [0002]
    • EP 2457645 A1 [0007]
    • US 7744027 B2 [0008]
    • EP 2722088 B1 [0009]
    • DE 112004001671 B4 [0010]
    • JP 2009268955 A [0010]

Claims (20)

  1. Planetenmühle (1), umfassend: eine Trägervorrichtung (28), welche um eine Sonnenachse (S) rotierbar ist, zumindest eine Mahlbecheraufnahme (62) zum Einsetzen eines Mahlbechers (64), wobei die Mahlbecheraufnahme (62) axial versetzt zu der Sonnenachse (S) an der Trägervorrichtung (28) angeordnet und um eine Planetenachse (P) relativ zu der Trägervorrichtung (28) rotierbar ist, einen Antrieb (22) zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62), so dass die Mahlbecheraufnahme (62) und ein in die Mahlbecheraufnahme (62) einsetzbarer Mahlbecher (64) im Betrieb eine kombinierte Umlauf- und Rotationstrajektorie durchlaufen, und eine Kühleinrichtung (112-118) mit einer Kühlmedium-Dosieröffnung (116) zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlbecheraufnahme (62) und/oder in einen in die Mahlbecheraufnahme (62) eingesetzten Mahlbecher (64).
  2. Planetenmühle (1) nach Anspruch 1, wobei das Kühlmedium während der Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) von oben in die Mahlbecheraufnahme (62) und/oder in den in die Mahlbecheraufnahme (62) eingesetzten Mahlbecher (64) eindosiert wird.
  3. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlmedium-Dosieröffnung (116) oberhalb der Trägervorrichtung (28) angeordnet ist, und das Kühlmedium durch eine Kühlmediumleitung (114) zu der Kühlmedium-Dosieröffnung (116) oberhalb der Trägervorrichtung (28) geleitet wird, und während der Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) aus der Kühlmedium-Dosieröffnung (116) in den Luftraum über der rotierenden Trägervorrichtung (28) austritt und von oben in die rotierende Mahlbecheraufnahme (62) und/oder in den rotierenden Mahlbecher (64) eintritt.
  4. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlmedium-Dosieröffnung (116) ortsfest zum Gerätegehäuse (12) der Planetenmühle (1) angeordnet ist und nicht mit der Trägervorrichtung (28) oder der Mahlbecheraufnahme (62) mitrotiert.
  5. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in die Mahlbecheraufnahme (62) ein Mahlbecher (64) mit einem Mahlbecherinnenraum (64d), in welchem bei Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) das Mahlgut vorzugsweise mithilfe von Mahlkörpern zerkleinert wird, einsetzbar ist und wobei das Kühlmedium während der Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) aus der Kühlmedium-Dosieröffnung (116) von oben in den Mahlbecherinnenraum (64d) und/oder einen Spalt (72, 74) zwischen der Mahlbecheraufnahme (62) und einer Wandung (64e, 64b) des Mahlbechers (64) eindosiert wird.
  6. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mahlbecheraufnahme (62) und/oder ein in die Mahlbecheraufnahme (62) einsetzbarer Mahlbecher (64) an einem oberen axialen Ende (62a, 64a) eine Eindosieröffnung (62c, 64c) aufweist und sich die Kühlmedium-Dosieröffnung (116) während der Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) zumindest zeitweise unmittelbar über der Eindosieröffnung (62c, 64c) befindet, so dass das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung (116), insbesondere mithilfe der Schwerkraft selbstständig, in die Eindosieröffnung (62c, 64c) gelangt.
  7. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlmedium-Dosieröffnung (116) als Düse ausgebildet ist und das Kühlmedium ein flüssiges Kryogen ist, und wobei das flüssige Kryogen aus der Düse in die Mahlbecheraufnahme (62) und/oder in einen in die Mahlbecheraufnahme (62) einsetzbaren Mahlbecher (64) insbesondere fließt, tropft und/oder sprüht.
  8. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kühlmedium ein flüssiges Kryogen ist, und wobei das flüssige Kryogen während der Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) im flüssigen kryogenen Zustand in die Mahlbecheraufnahme (62) und/oder in einen in die Mahlbecheraufnahme (62) einsetzbaren Mahlbecher (64) gelangt, dort verdampft und das dabei entstehende Gas durch Öffnungen in der Mahlbecheraufnahme (62) und/oder dem Mahlbecher (64) in die Umgebungsluft entweicht.
  9. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kühlmedium ein flüssiges Kryogen ist, und wobei das flüssige Kryogen in flüssigem Zustand in das Innere (64d) des Mahlbechers (64) eindosiert wird und dort zumindest zeitweise eine Nassvermahlung mit dem flüssigen Kryogen stattfindet.
  10. Planetenmühle (1) nach einem der Ansprüche 7-9, wobei das flüssige Kryogen flüssigen Stickstoff enthält.
  11. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Temperatursensor (77, 122), insbesondere berührungslos oder an der Mahlbecheraufnahme (62) und/oder an einem in die Mahlbecheraufnahme (62) einsetzbaren Mahlbecher (64), zum Messen der Temperatur in der Mahlbecheraufnahme (62) und/oder dem Mahlbecher (64).
  12. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Planetenmühle (1) eine Steuerungseinrichtung (4) mit einem Benutzer-Interface (14) umfasst, wobei der Benutzer Betriebsparameter der Planetenmühle (1), z.B. Drehzahl und/oder Mahldauer, über das Benutzer-Interface (14) einstellen kann, und wobei der Benutzer über das Benutzer-Interface (14) auch die Kühleinrichtung (112-118) steuern, insbesondere einen Sollwert für die gewünschte Mahltemperatur, insbesondere in einem kryogenen Bereich, einstellen kann.
  13. Planetenmühle (1) nach Anspruch 11 und 12, wobei die Steuerungseinrichtung (4) einen Regelkreis umfasst, wobei die von dem Temperatursensor (77, 122) gemessene Temperatur als Istwert zurückgeführt und mit dem Sollwert verglichen wird, und wobei der Regelkreis die Temperatur an der Mahlbecheraufnahme (62) und/oder dem Mahlbecher (64) aktiv regelt, indem die Steuerungseinrichtung (4) die Menge an flüssigem Kryogen, das aus der Kühlmedium-Dosieröffnung (116) eindosiert wird, als Stellgröße verwendet.
  14. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mahlbecheraufnahme (62) und/oder ein in die Mahlbecheraufnahme (62) einsetzbarer Mahlbecher (64) an einem oberen axialen Ende (62a, 64a) eine Eindosieröffnung (62c, 64c) aufweist und die Kühlmedium-Dosieröffnung (116) im Bereich der Sonnenachse (S) zentral über der Trägervorrichtung (28) angeordnet ist, und wobei die Mahlbecheraufnahme (62) und/oder der in die Mahlbecheraufnahme (62) eingesetzte Mahlbecher (64) die Sonnenachse (S) schneidet und sich die Eindosieröffnung (62c, 64c) in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) unter der Kühlmedium-Dosieröffnung (116) befindet, so dass zu jedem Zeitpunkt während der Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung durch die axiale Eindosieröffnung (62c, 64c) in die Mahlbecheraufnahme (62) und/oder den Mahlbecher (64) eindosiert werden kann.
  15. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer ersten und/oder zweiten Mahlbechervariante, wobei: i) die erste Mahlbechervariante die Sonnenachse (S) schneidet, wenn sie in die Mahlbecheraufnahme (62) eingesetzt ist, und eine obere axiale Eindosieröffnung (64c) aufweist, wobei sich die Eindosieröffnung (64c) in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) unter der Kühlmedium-Dosieröffnung (116) befindet, und wobei das Kühlmedium durch die Eindosieröffnung (64c) ins Innere (64d) des Mahlbechers (64) geleitet wird, so dass zu jedem Zeitpunkt während der Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung (116) durch die axiale Eindosieröffnung (64c) ins Innere (64d) des Mahlbechers (64) eindosiert werden kann, und ii) die zweite Mahlbechervariante die Sonnenachse (S) nicht schneidet, wenn sie in die Mahlbecheraufnahme (62) eingesetzt ist, und ein Spalt (72) zwischen einer radialen Umfangswandung (64e, 62e) des Mahlbechers (64) und der Mahlbecheraufnahme (62) gebildet wird, und die Mahlbecheraufnahme (62) eine axiale Eindosieröffnung (62c) aufweist, wobei sich die Eindosieröffnung (62c) in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) unter der Kühlmedium-Dosieröffnung (116) befindet, und wobei das Kühlmedium durch die Eindosieröffnung (62c) in den Spalt (72) geleitet wird, so dass zu jedem Zeitpunkt während der Rotation der Trägervorrichtung (28) und der Mahlbecheraufnahme (62) das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung (116) durch die axiale Eindosieröffnung (62c) in den Spalt (72) eindosiert werden kann.
  16. Planetenmühle (1) nach Anspruch 15, umfassend ein Mahlbecherset, welches beide, die erste und die zweite Mahlbechervariante umfasst und die erste und zweite Mahlbechervariante wahlweise in die Mahlbecheraufnahme (62) einsetzbar sind, um das Kühlmedium je nach eingesetzter Mahlbechervariante wahlweise ins Innere des Mahlbechers (64) oder in den Spalt (72) zwischen dem Mahlbecher (64) und der Mahlbecheraufnahme (62) zu führen.
  17. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mahlbecheraufnahme (62) und die Planetenachse (P) um einen schiefen Winkel (α) relativ zu der Sonnenachse (S) schräg geneigt sind, und zwar von unten nach oben gesehen schräg nach innen zur Sonnenachse (S) hin geneigt sind, um das obere Ende (62a) der Mahlbecheraufnahme (62) näher an die Sonnenachse (S) heran zu bringen als den Boden (62b) der Mahlbecheraufnahme (62).
  18. Planetenmühle (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Betrieb der Planetenmühle das Kühlmedium von einer Komponente der Zentrifugalkraft stärker als von der Gravitation in Richtung des Bodens (62b) der Mahlbecheraufnahme (62) und/oder des Mahlbecherbodens (64b) beschleunigt wird.
  19. Planetenmühle (1) nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Rotation der Mahlbecheraufnahme (62) relativ zu der Rotation der Trägervorrichtung (28) synchron mittels eines geschränkten Zahnriementriebs (38) angetrieben wird und/oder wobei der Zahnriementrieb (50) nicht parallele Antriebs- und Abtriebsachsen (136, 142) aufweist.
  20. Labormühle, insbesondere mit weiteren Merkmalen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: zumindest eine Mahlbecheraufnahme (62) zum Einsetzen eines Mahlbechers (64), einen Antrieb (22) zum Antreiben einer Bewegung des Mahlbechers (64) zum Mahlen von in dem Mahlbecher (64) eingefülltem Mahlgut mittels Mahlkörpern (70) und eine Kühleinrichtung (112-118) mit einer Kühlmedium-Dosieröffnung (116) zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlbecheraufnahme (62) und/oder in den in die Mahlbecheraufnahme (62) eingesetzten Mahlbecher (64) während der Bewegung des Mahlbechers (64) im Betrieb der Labormühle.
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