EP4380730A1 - Planetenmühle - Google Patents

Planetenmühle

Info

Publication number
EP4380730A1
EP4380730A1 EP22758483.6A EP22758483A EP4380730A1 EP 4380730 A1 EP4380730 A1 EP 4380730A1 EP 22758483 A EP22758483 A EP 22758483A EP 4380730 A1 EP4380730 A1 EP 4380730A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
planetary
grinding
axis
rotation
sun
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22758483.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Mutter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fritsch GmbH
Original Assignee
Fritsch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fritsch GmbH filed Critical Fritsch GmbH
Publication of EP4380730A1 publication Critical patent/EP4380730A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/24—Driving mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/04—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls with unperforated container
    • B02C17/08—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls with unperforated container with containers performing a planetary movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/181—Bearings specially adapted for tumbling mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/182—Lids

Definitions

  • the invention relates to a planetary mill, in particular on a laboratory scale, for comminuting ground material, in which a grinding vessel revolves around a sun axis on a planetary orbit and at the same time rotates about at least one or more planetary axes of rotation in order to grind the material to be ground inside the grinding vessel, in particular with the aid of Grinding media, such as grinding balls, to finely comminute.
  • a grinding vessel revolves around a sun axis on a planetary orbit and at the same time rotates about at least one or more planetary axes of rotation in order to grind the material to be ground inside the grinding vessel, in particular with the aid of Grinding media, such as grinding balls, to finely comminute.
  • Laboratory-scale planetary mills are used, for example, in process analysis for grinding samples.
  • Planetary mills sometimes also referred to as ball mills or planetary ball mills, are e.g 2006 047 479 A1 and DE 10 2006 047 498 A1.
  • Newer planetary mills are described, for example, in DE 10 2010 044254 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
  • An overview of currently marketable planetary mills on a laboratory scale can also be found on the applicant's website at www.fritsch.de.
  • grinding bowls are arranged as planets eccentrically to a sun axis, sometimes also referred to as the central axis, and rotate on the one hand on a circular path around the sun axis and on the other hand rotate around their own axis, the eccentric planetary axis of rotation.
  • the axis of the sun and the axis of rotation of the planet usually run parallel. Due to the circulation and rotation of the grinding bowls, a changing centrifugal force directed radially outwards is exerted on the material to be ground that is filled into the grinding bowl.
  • grinding media for example grinding balls, are added to the material to be ground, which comminute the material to be ground with high efficiency through the impact and friction effect.
  • trajectories for the material to be ground and the grinding bodies can be generated in a planetary ball mill.
  • the material to be ground and the grinding beads then move transversely through the grinding jar until they strike the inner wall of the grinding jar.
  • the material to be ground with the grinding media can then be carried along a bit along the inner circumference of the grinding bowl until the resulting force again ensures that the transverse acceleration described above takes place and the material to be ground and the grinding media perform a flight movement through the grinding bowl. This is also referred to as the "throw regime". If a ball mill works in the throw regime, a particularly high grinding effect can be achieved at high speeds.
  • planetary ball mills are characterized by fast and effective comminution. They can be used in a variety of ways and are ideal for loss-free fine comminution down to final fineness in the nanometer range.
  • the grind can be carried out dry, in suspension or under inert gas, depending on the task at hand. They are also ideal for homogenizing emulsions and pastes or for mechanical alloying in materials research. Such nano-comminution requires a relatively high energy input.
  • a planetary ball mill is known from US Pat. No. 7,744,027 B2, in which the buckets circulate in a ring made of elastic material at the upper end of the buckets and are apparently set in rotation by friction between the buckets and the encircling elastic ring.
  • the bowls are inclined in the direction of the central axis of rotation, and the planetary ball mill can have an oscillating mechanism in order to generate an oscillating movement of the bowl, in that the angle of inclination of the rotation can change during rotation.
  • An elliptical ring is used for this purpose and the suspension has a hinge.
  • the axes of rotation intersect and are always coplanar in a common plane, so that the effect of the dynamic forces that act on the contents of the bowl during planetary movement does not differ fundamentally from the planetary ball mills described at the beginning.
  • the drive seems to be in need of improvement in terms of reliability and is likely to exhibit slip and high wear. It is assumed that there is no synchronicity and that in practice the speeds and power are tightly limited.
  • the present invention has set itself the task of providing a new type of planetary mill, in particular with new structural and dynamic parameters.
  • a further aspect of the task is to provide a planetary mill which has a high grinding capacity and/or with which a rapid grinding result can be achieved
  • a further aspect of the task is to provide a planetary mill in which a high friction and, if necessary, impact effect can be achieved during operation between the material to be ground and/or between the material to be ground and grinding bodies, e.g. grinding balls.
  • Another aspect of the task is to provide a planetary mill that has a wide range of choices and adjustment options with regard to its design and dynamic parameters and that can be flexibly adapted to different grinding tasks.
  • Another aspect of the task is to provide a planetary mill that runs smoothly, is low-wear, robust and inexpensive.
  • the planetary mill for comminuting ground material has a carrier device which is mounted so that it can rotate about a sun axis, sometimes also referred to as the central axis, and whose rotation about the sun axis is driven by a drive at a sun speed US.
  • the drive of the carrier device, or solar drive can be a belt drive driven by an electric drive motor.
  • Exemplary maximum speeds of the carrier device can be, without loss of generality, for example in the range between 200 rpm or 400 rpm and 1100 rpm or more, eg 1500 rpm or 1800 rpm .
  • the carrier device can have a round sun disk, for example.
  • a laboratory planetary mill which, for example, is designed in terms of dimensions and weight such that it can be placed in a laboratory, for example, on a frame, a table, a cabinet or the like, preferably has a device housing in which the rotating Parts of the planetary mill, electronics and / or the drive motor can be accommodated.
  • a device housing preferably has a sealing cover, which allows access to the planetary grinding station(s), in particular to the grinding vessel(s), when the device housing is open and closes the device housing in accordance with safety regulations during operation, i.e. when the carrier device and /or rotate other components in the device housing.
  • a base plate can be included, e.g. as a base plate of the device housing, with a sun axis stub being attached to the base plate, on which in turn the carrier device is rotatably mounted and which thus defines the sun axis.
  • the planetary mill also includes a first planetary axis of rotation and a first planetary grinding station with a first grinding vessel receiving device for at least one grinding vessel that can be filled with the material to be ground and grinding bodies, e.g. grinding balls.
  • the first grinding vessel receiving device is therefore mounted on the carrier device eccentrically with respect to the sun axis, i.e. radially offset outwards, so that it can rotate about the first planetary axis of rotation, so that the first grinding vessel receiving device with the grinding vessel, on the one hand, moves around from the carrier device on a planetary orbit the axis of the sun is entrained and at the same time rotates about the eccentric planetary axis of rotation when the carrier device rotates about the axis of the sun.
  • the first grinding vessel holding device which can accordingly also be referred to as a planetary grinding vessel holding device, performs a combined orbital movement and rotation about its own axis with the (planetary) grinding vessel, which leads to special dynamic conditions for the material to be ground and possibly guides the grinding media inside the grinding vessel.
  • the grinding vessel preferably comprises a grinding bowl and a detachable grinding bowl cover, with which the grinding vessel can be closed by the user for the grinding process or opened before and after the grinding process in order to fill in the material to be ground and, if necessary, the grinding bodies and to remove the finely ground material to be ground after the grinding process.
  • the grinding vessels of such a laboratory mill can have an internal volume (size), for example in the range from 10 ml to 1000 ml, preferably in the range from 50 ml to 500 ml.
  • the planetary mill has a first planetary grinding station, i.e. at least one planetary grinding station, but it can also have several similar planetary grinding stations, e.g. 2 (duo mill), 3 (triple mill), 4 (quattro mill) or more similar planetary grinding stations, as can also be seen from the exemplary embodiments.
  • the planetary mill also has a planetary drive for rotating the first grinding vessel receiving device with the grinding vessel about the first planetary axis of rotation at a first planetary speed (UP1).
  • the planetary drive can be formed by a synchronous drive, e.g. by a toothed belt drive, which is driven by the rotation of the carrier device.
  • a synchronous drive e.g. by a toothed belt drive
  • other forms of drive preferably other synchronous drives, are also conceivable. Due to the combined sun rotation of the carrier device and the planetary rotation, the first planetary grinding station with the first grinding vessel receiving device and the grinding vessel rotates during operation on the planetary orbit at the sun speed US around the sun axis and at the same time the first grinding vessel receiving device rotates with the grinding vessel the first planetary axis of rotation with planetary speed UP.
  • the first planetary axis of rotation is at least temporarily skewed to the sun's axis during rotation.
  • two axes or straight lines are skewed to one another if they neither intersect in three-dimensional space nor are parallel to one another.
  • the rotation vectors of the sun's rotation and the planetary rotation around the first planetary axis of rotation are therefore not in the same plane.
  • the first planetary axis of rotation does not run parallel to the sun axis, at least at times, and is at least not permanently in one plane with the sun axis. During the rotation, it is at least predominantly the case in time, possibly permanently, that the first planetary axis of rotation and the axis of the sun do not intersect and do not run parallel.
  • the first planetary axis of rotation P1 no longer intersects the sun's axis S as temporarily at singular points in time and otherwise runs skew to the sun's axis S.
  • the first planetary axis of rotation may be parallel to the plane of rotation of the carrier device.
  • a highly complex dynamic movement of the grinding vessel can thus be generated.
  • a further dynamic directional component can be added in the three-dimensional space to the rapidly changing force vector, which acts on the material to be ground and possibly the grinding media during the complex combined orbital movement and planetary rotation of the grinding vessel, and thus the grinding of the material to be ground by means of friction and / or effect of impact against the grinding vessel wall.
  • the carrier device XY plane
  • more special dynamic force components in the normal direction (Z-direction) perpendicular to Rotation plane (XY plane) can be added.
  • inwardly inclined cups may also produce force components in the Z direction, these are probably not comparable to a planetary rotation around a planetary axis of rotation that is skewed to the sun's axis, i.e. the rotation vectors of the sun's rotation and the planetary rotation are not in the same plane lay.
  • a toothed belt drive is preferred for driving the planetary rotation about the first planetary axis of rotation.
  • a toothed belt drive works slip-free and, on the other hand, has a certain flexibility, which can be of particular advantage with regard to the forces that occur with this special dynamic.
  • the size of the grinding vessel and the eccentric positioning of the first planetary grinding station in relation to the sun axis are preferably selected in such a way that the sun axis does not intersect the interior of the grinding vessel or only intersects it in a peripheral edge area . This can be advantageous with regard to the dynamics or the forces on the material to be ground and, if applicable, the grinding bodies and thus on the grinding effect.
  • the rotation of the carrier device around the sun's axis can be accomplished, for example, by means of a sun belt drive which is driven by a drive motor, for example a commercially available electric motor.
  • the carrier device includes a sun pulley which may have a belt groove for engaging the belt.
  • the sun belt drive can even be designed as a simple V-belt drive, since synchronicity is not essential at this point. However, a toothed belt drive or other forms of gearing should not be ruled out.
  • At least two groups of embodiments are now possible, in particular first embodiments in which the planet or the grinding vessel holding device with the grinding vessel—in addition to the orbital motion about the sun axis—rotates only about just one planetary axis of rotation, which runs skew to the sun axis and in particular second embodiments, in which the planet or the grinding vessel receiving device with the grinding vessel rotates about at least two different planetary axes of rotation, at least one of which runs skew to the sun axis - in addition to the orbital motion about the sun axis.
  • only one planetary axis of rotation is rotated in a way so that it is skewed to the axis of the sun
  • at least one further planetary rotation is added about at least one other planetary axis of rotation, with at least one of the planetary axes of rotation being skewed to the axis of the sun, and/or preferably not parallel to the other planetary axis of rotation.
  • additional planetary rotations about additional planetary axes of rotation eg a third and/or fourth and/or additional planetary axes of rotation, are provided.
  • the first grinding vessel receiving device with the grinding vessel rotates during operation only about a single planetary axis of rotation, namely the first planetary axis of rotation, in addition to revolving on the planetary orbit around the sun axis.
  • the first planetary axis of rotation runs in particular constantly skew to the sun axis, so that the first planetary axis of rotation in particular does not intersect the sun axis at any time during the rotation.
  • the first planetary axis of rotation runs parallel to the plane of rotation of the carrier device, which is relatively easy to implement structurally in relation to the planetary drive.
  • the first planetary axis of rotation lies, in particular permanently, transversely or perpendicularly to the radius rp of the planetary orbit, called sun radius for short, of the first planetary grinding station around the sun axis.
  • the first planetary axis of rotation preferably runs tangentially to the planetary orbit, which is also relatively easy to implement in terms of construction in relation to the planetary drive.
  • the planetary rotation of the first grinding vessel receiving device is preferably driven synchronously with the rotation of the carrier device.
  • a first planetary synchronous drive between the carrier device and the first planetary grinding station, the first planetary synchronous drive driving the rotation of the grinding vessel receiving device about the first planetary axis of rotation synchronously with the rotation of the carrier device.
  • the first planetary synchronous drive includes a first planetary toothed belt drive for driving the rotation of the grinding vessel receptacle about the first planetary axis of rotation. In this way, a fixed and reproducible speed ratio can advantageously be specified in terms of design.
  • the first planetary toothed belt drive preferably includes a drive toothed belt wheel and a driven toothed belt wheel.
  • the drive toothed belt wheel is in particular firmly connected to the stationary sun axis stub, with the driven toothed belt wheel being taken along by the support device on a planetary orbit around the sun axis when the carrier device rotates and thus being driven to rotate by the first planetary toothed belt drive.
  • This type of drive is advantageous in terms of the elasticity and longevity of the planetary drive, among other things.
  • the relative speed ratio between the rotation of the first grinding vessel receiving device with the grinding vessel about the first planetary axis of rotation P1 and the rotation of the carrier device about the sun axis S is in the range between 10:1 and 0.5:1, preferably between 5: 1 and 1 : 1. In these areas, despite the exceptional dynamic conditions, the setting of a throwing regime can be expected.
  • a second planetary drive is preferably included for rotating the first planetary grinding station with the first grinding vessel receptacle and the grinding vessel about the second planetary axis of rotation at a second planetary speed UP2, so that when the planetary mill is in operation the first planetary grinding station can rotate with the first Grinding vessel holder and the grinding vessel rotates on the planetary orbit around the sun axis and at the same time rotates the first grinding vessel holder with the grinding vessel around the first and at the same time around the second planetary axis of rotation.
  • This type of triple rotation ie sun rotation and planetary rotation about at least two different or linearly independent planetary axes of rotation, can also be referred to as 3-D planetary rotation.
  • This planetary mill is therefore also referred to here as a 3-D planetary mill.
  • first and second planetary axes of rotation do not run parallel to one another.
  • the direction of the first planetary axis of rotation changes during the rotation about the second planetary axis of rotation relative to the sun axis and/or relative to the laboratory system or device housing.
  • first and second planetary axes of rotation are perpendicular to one another.
  • the first planetary axis of rotation runs, in particular permanently, parallel to the plane of rotation of the carrier device (plane of the sun) and/or the second planetary axis of rotation, in particular permanently offset parallel to the sun axis.
  • the second planetary axis of rotation is perpendicular to the carrier device, and/or the first planetary axis of rotation is horizontal, ie parallel to the plane of the sun.
  • the first and second planetary axes of rotation preferably intersect at a point located eccentrically to the sun's axis within the first planetary grinding station, in particular within the grinding vessel, ie radially offset from the sun's axis.
  • the crossing point of the first and second planetary axis of rotation thus defines the center of the planet around which the grinding vessel holder with the grinding vessel rotates about two different planetary axes of rotation.
  • the crossing point is preferably at a predefined height h, preferably a few centimeters to a few tens of centimeters, above the carrier device or the sun disk.
  • the first grinding vessel receiving device is preferably cardanically suspended from the carrier device or in the first planetary grinding station, in order to allow simultaneous rotation about the first and second planetary axis of rotation, ie around both planetary axes of rotation.
  • the two cardanic rotations can be driven either at the same or at different speeds.
  • the first grinding vessel receiving device is gimballed on the carrier device or in the first planetary grinding station so that it can rotate about the first and second planetary axis of rotation, the gimbaled bearing of the first grinding vessel receiving device being arranged as a planet eccentric to the sun axis.
  • the first grinding vessel receiving device with the grinding vessel is, in addition to the orbital movement of the first planetary grinding station or of the planetary planetary orbit around the planetary orbit, at a first planetary speed UP1 around the first planetary axis of rotation and at the same time at a second planetary speed UP2 around the second planetary Axis of rotation driven in rotation.
  • the first planetary grinding station can have a holding device, preferably on both sides, with a first rotary bearing, preferably on both sides, for the grinding vessel receiving device, with the first rotary bearing, preferably on both sides, defining the first planetary axis of rotation. More preferably, the first planetary grinding station can have a second planetary shaft, which can be firmly connected to the planetary grinding station, e.g. on its underside.
  • the carrier device can have a second rotary bearing in the area of the first planetary grinding station, which defines the second axis of rotation, such that the first planetary grinding station is mounted in the carrier device such that it can rotate by means of the second planetary shaft concentrically to the second planetary axis of rotation - wherein So the rotation around the second planetary shaft defines the second planetary axis of rotation.
  • the grinding vessel receiving device is cardanically mounted on the carrier device eccentrically to the sun axis and can be driven to rotate about the first and the second planetary axis of rotation during operation.
  • the planetary rotation is preferably driven about one or preferably about both planetary axes of rotation P1, P2 synchronously with the sun's rotation.
  • the planetary mill preferably comprises a first and/or second planetary synchronous drive, wherein the first planetary synchronous drive rotates the grinding vessel receiving device about the first planetary axis of rotation synchronously with the rotation of the carrier device and/or the second planetary synchronous drive rotates the Grinding vessel receiving device drives around the second planetary axis of rotation synchronously with the rotation of the carrier device.
  • a first and/or second planetary toothed belt drive is preferred for driving the rotation of the grinding vessel receiving device about the first or second planetary axis of rotation.
  • the first planetary synchronous drive is designed as a first planetary toothed belt drive and includes a drive toothed belt wheel and an output toothed belt wheel.
  • the drive toothed belt wheel is preferably firmly connected to the carrier device in the area of the rotating first planetary grinding station, e.g. coaxially to the second planetary shaft, which can be designed, for example, as a shaft extension mounted in the carrier device (roller bearing) on the underside of the planetary grinding station.
  • the first planetary (toothed belt) drive At Rotation of the first planetary grinding station is driven by the first planetary (toothed belt) drive, the rotation of the grinding vessel receiving device with the grinding vessel about the first planetary axis of rotation.
  • the second planetary synchronous drive is designed as a second planetary toothed belt drive and includes a drive toothed belt wheel and a driven toothed belt wheel, wherein the drive toothed belt wheel can be firmly connected to the stationary sun axle stub.
  • the output toothed belt wheel is preferably attached to the first planetary grinding station and is carried along by the carrier device on the planetary orbit around the sun axis when the carrier device rotates, and this causes the rotation of the first planetary grinding station around the second planetary axis of rotation of the second planet -Toothed belt drive driven.
  • the drive for rotating the first grinding vessel holder with the grinding vessel about the first planetary axis of rotation P1 at a first planetary speed UP1 can therefore be designed as a first toothed belt drive and/or the drive for rotating the first grinding vessel holder with the grinding vessel around the second planetary axis of rotation P2 with a second planetary speed UP2 can be designed as a second toothed belt drive. In this way, synchronicity on the one hand and flexibility against dynamic forces on the other hand can be achieved.
  • the 3-D planetary mill preferably includes two toothed belt drives for the two rotational movements of the grinding vessel holder with the grinding vessel about the two planetary axes of rotation P1 and P2.
  • the second toothed belt drive drives the rotation of the first planetary grinding station at the second planetary speed UP2 about the second planetary axis of rotation P2.
  • the first toothed belt drive drives the rotation of the grinding vessel receiving device at the planetary speed UP1 about the first planetary axis of rotation P1.
  • the first toothed belt drive is preferably a set toothed belt drive, which rotates with the first milling station about the second planetary axis of rotation P2.
  • the first toothed belt drive can be a horizontal drive toothed belt wheel (vertical axis of rotation), which can be firmly connected to the carrier device, and a vertical output toothed belt wheel (horizontal axis of rotation), as well as a toothed belt deflection from the horizontal to the vertical, e.g. by means of at least one deflection roller.
  • the rotation of the first planetary grinding station around the second planetary axis of rotation P2 drives the first toothed belt drive via the horizontal drive toothed belt wheel, which in turn converts the rotary movement about the vertical second planetary axis of rotation P2 into a rotary movement about the horizontal first planetary axis.
  • Axis of rotation P1 implements.
  • UP2:US is therefore preferably in the range between -25:1 and -0.5:1, preferably between -5:1 and -1:1, the negative sign standing for opposite directions of rotation.
  • a speed ratio between the rotation of the first grinding vessel receiving device with the grinding vessel around the first planetary axis of rotation and around the second planetary axis of rotation has proven to be advantageous as well, the absolute value (
  • the planetary mill was described above using an example with a planet or a planetary milling station (mono-planetary mill).
  • the planetary mill according to the invention can also include a second (duo planetary mill), third (triple planetary mill), fourth (quattro planetary mill) and/or further planetary milling stations which revolve on the planetary orbit around the axis of the sun (multi- planet mill).
  • the other planetary grinding stations are constructed identically to the first planetary grinding station, so that corresponding repetitions can be dispensed with here.
  • the other (planetary) grinding vessel receiving devices are also driven to rotate about their own first and/or second planetary axis of rotation.
  • a duo or quattro planetary mill is constructed symmetrically to the sun's axis, or all planetary grinding stations revolve on the same planetary orbit (symmetrical multi-planetary mill).
  • all grinding vessel receiving devices with the respective associated grinding vessels rotate about their respective associated second planetary axis of rotation in the opposite direction to the sun's rotation, in particular with the speed ratios described above.
  • the carrier device or the sun disk on the planetary orbit can each have recesses for receiving the planetary milling station, so that the planetary milling stations can rotate at least partially, e.g. with the lower shaft extension sunk in the sun disk.
  • This type of planetary bearing has proven itself.
  • the planetary mill has at least the following constructive and dynamic parameters:
  • the eccentric offset of the first planetary milling station to the sun axis defines the sun radius rp between the sun axis and the center point of the planetary milling station.
  • the grinding vessel has an interior space for filling in the material to be ground and the grinding bodies, and the interior space defines the inner planetary radius rv.
  • these design and dynamic parameters of the planetary mill are selected in such a way that during operation of the planetary mill, the material to be ground and, if applicable, the grinding bodies are temporarily detached from the inner wall of the grinding vessel, move through the interior of the grinding vessel and again against hit the inner wall of the grinding vessel.
  • the ratio of the inner planetary radius rv to the sun's radius rp is preferably in the range from 1:0.5 to 1:10, preferably in the range from 1:0.8 to 1:8, preferably in the range from 1:1 to 1:5.5 , wherein the eccentric offset of the first planetary grinding station to the sun axis defines the sun radius rp between the sun axis and the center point of the planetary grinding station and wherein the grinding vessel has an interior space for filling in the material to be ground and the grinding bodies, and the interior space defines a planetary inner radius r.
  • the grinding vessel can be used in particular in a detachable manner in the respective grinding vessel receiving device, and the grinding vessel preferably has a grinding bowl and a grinding bowl cover that can be detached from the grinding bowl, in order to be able to remove the grinding vessel from the planetary mill and to be able to open it for filling and removing the grinding material .
  • the grinding vessel preferably has a cylindrical, spherical or ellipsoidal interior space for filling in the material to be ground and the grinding bodies. These vessel shapes have proven to be particularly suitable in connection with the special dynamic conditions.
  • the outer shape of the milling jar may be substantially cylindrical, regardless of the shape of the interior, and defines a central milling jar axis.
  • the grinding vessel preferably consists of a grinding bowl with a grinding bowl base extending transversely to the grinding bowl axis and an annular grinding bowl wall connected circumferentially to the grinding bowl base and extending axially from the grinding bowl base.
  • the grinding bowl is open on its upper side axially opposite the grinding bowl base.
  • the outer shape of the grinding bowl may be generally U-shaped.
  • the open top of the grinding jar forms an annular sealing surface and the grinding jar is sealed with a closed with a separate grinding jar lid, which seals against the ring-shaped sealing surface of the grinding jar.
  • the grinding bowl cover extends transversely to the grinding bowl axis and has a central area on the underside, which forms the upper boundary of the grinding bowl interior and a peripheral ring area surrounding the central area, which seals against the annular sealing surface of the grinding bowl.
  • the central area of the underside is in contact with the material to be ground and possibly the grinding media, whereas the peripheral annular area is opposite the annular sealing surface of the grinding bowl.
  • the grinding vessel holders are designed in such a way that different grinding vessels, possibly of different sizes, can be used interchangeably in the grinding vessel holders.
  • the grinding vessel receiving devices each have a bracing device in order to securely brace the grinding vessel, which is closed with the grinding vessel cover, in the respective grinding vessel receiving device for the grinding process.
  • the first grinding station preferably has a holding device and a first planetary shaft which runs parallel to the carrier device, ie horizontally, which defines the first planetary axis of rotation and to which the first grinding vessel receiving device is fastened.
  • the grinding vessel can be inserted into the first grinding vessel receiving device and clamped in it.
  • the first grinding vessel holding device is rotatably mounted with the horizontal first planetary shaft in the holding device by 360° and can rotate freely with the grinding vessel clamped in the first grinding vessel holding device, driven at the first planetary speed UP1.
  • the first grinding vessel receiving device has a clamping cage in which the grinding vessel can be clamped, the clamping cage having in particular the following:
  • the lower cage part having a ring section, a jacket section connected to the ring section and extending axially from the ring section, and a cage bottom delimiting the jacket section on the bottom side, the first planetary shaft being fastened to the ring section,
  • a clamping device for clamping the grinding vessel (90) in the clamping cage when the clamping cage is closed.
  • the cage cover part is in particular detachably fastened to the cage bottom part. This can be achieved with a lock, e.g. with a bayonet lock.
  • the grinding vessel preferably consists of a grinding bowl with a grinding bowl axis and a grinding bowl cover that can be detached from the grinding bowl in order to be able to fill and remove the material to be ground into the grinding bowl.
  • the grinding bowl cover can be clamped axially against the grinding bowl with the bracing device when the grinding vessel is inserted into the clamping cage and the clamping cage is closed.
  • the clamping device preferably generates a clamping force acting perpendicularly to the first planetary axis of rotation P1 on the grinding vessel.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional representation of a 3D planetary mill according to an embodiment of the invention, in the form of a mono 3D planetary mill
  • FIG. 4 shows a three-dimensional view diagonally from above of the carrier device and the planetary grinding station of the 3-D planetary mill from FIG. 2.
  • FIG. 5 shows a three-dimensional view diagonally from below of the carrier device of the 3D planetary mill from FIG.
  • FIG. 6 shows a sectioned three-dimensional representation of the carrier device and the planetary grinding station of the 3D planetary mill from FIG. 2,
  • FIG. 7 shows a cross-sectional representation through the carrier device and the planetary grinding station of the 3-D planetary mill from FIG. 2,
  • FIG. 8 shows a three-dimensional view obliquely from above of the carrier device and the planetary grinding station of a planetary mill according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 9 shows a three-dimensional view obliquely from below of the carrier device according to FIG. 8,
  • FIG. 10 shows a sectional three-dimensional representation of the carrier device and the planetary grinding station according to FIG. 8,
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view through the carrier device and the planetary grinding station according to FIG. 8,
  • FIG. 12 shows a three-dimensional representation of a 3D planetary mill according to a further embodiment of the invention as a duo 3D planetary mill
  • FIG. 13 shows a three-dimensional view diagonally from above of the carrier device and the two planetary grinding stations of the 3-D planetary mill from FIG. 12,
  • FIG. 14 shows a three-dimensional view diagonally from below of the carrier device and the two planetary grinding stations of the 3-D planetary mill from FIG. 12,
  • FIG. 15 shows a sectioned three-dimensional representation through parts of the inner workings of the 3-D planetary mill from FIG. 12,
  • FIG. 16 shows a cross-sectional view through parts of the inner workings of the 3D planetary mill from FIG. 12,
  • FIG. 17 shows a three-dimensional representation of the carrier device with two grinding stations according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 18 shows a cross section through the carrier device and the grinding stations from FIG. 17
  • FIG. 19 shows a three-dimensional representation of the lower part of the cage in a grinding station according to FIG. 17,
  • Fig. 20 like Fig. 19 with inserted grinding vessel
  • Fig. 21 shows a three-dimensional view of the closed clamping cage with a clamped grinding vessel
  • Fig. 22 shows a three-dimensional view of the carrier device from Fig. 17 with alternative grinding vessels
  • Fig. 23 shows a cross-section through the carrier device and the grinding stations from Fig. 22.
  • a further (first) planetary axis of rotation P1 is used for the grinding vessel 90 or the grinding bowl 91a , For example, in the sun plane 52 parallel to the X-direction introduced.
  • the additional planetary axis of rotation P1 can, for example, be at a height h above the carrier device 22 perpendicular to the grinding vessel axis through the grinding vessel center Qi and the grinding vessel can, for example, rotate at the same speed about the additional first planetary axis of rotation P1 as it does about the second planetary axis of rotation P2 through Qi.
  • the grinding vessel 90 in the grinding vessel receiving device 26 is driven in a gimbal eccentrically arranged around the radius rp of the planetary orbit, called sun radius rp for short, rotating around both planetary axes of rotation P1, P2.
  • the Coriolis force acts on movements in all directions that have at least one component perpendicular to the axis of rotation and constantly causes a deflection to one side, because this force is always perpendicular to the current direction of movement on the disk.
  • the grinding bowl rotates around the Z-axis.
  • the resultant shedding velocity (Vd) at point “A” is the sum of the peripheral velocity of the sun disk (Vdp) and the peripheral velocities from the rotation of the grinding bowl and its components in the X, Y and Z directions as
  • the circumferential speed is increased by Oi perpendicular to the axis of the grinding bowl by the rotation about the additional (first) planetary axis of rotation P1.
  • the grinding conditions are influenced by the rotation around the additional (first) planetary axis of rotation P1.
  • the detachment point and detachment angle are changed so that a different movement regime is set in a 3D planetary ball mill.
  • the detachment speed and thus all the following parameters such as the kinetic energy of the grinding balls at the point of impact, the speed at the point of impact and consequently the impact energy and the grinding capacity are changed.
  • the laboratory-scale planetary mill 10 has a device housing 12 with a housing cover 14 and an input device 16 for controlling the planetary mill 10, or control panel 16 for short, for user input of operating parameters, including, for example, the speed.
  • the housing cover 14 is shown in the open state and, in the present example, can be closed by folding it down and, if necessary, locked in order to ensure safe release for the operation of the planetary mill 10 .
  • the inner working space 18 in which the moving parts of the planetary mill 10, such as the carrier device 22, the planetary grinding station 24 and the grinding vessel receiving device 26 rotate is closed in order to meet safety requirements for a laboratory mill.
  • the (laboratory) planetary mill 10 shown in Fig. 2 to 7 is a mono-planetary mill 10 with only a single planetary grinding station 24 and a radially adjustable counterweight 28 to compensate for the imbalance of the only one planetary grinding station 24 .
  • the device housing 12 is closed off on its underside by a base plate 32 (cf. FIG. 3).
  • the bottom plate 32 can have feet 34 on its underside, with which the planetary mill 10 can be set up on a laboratory table (not shown) or the like in a laboratory.
  • the rotation around all existing axes of rotation i.e. in this example around the sun axis S, around the first planetary axis of rotation P1 and around the second planetary axis of rotation P2, is driven by the same primary drive 38, e.g. comprising an electric drive motor 36.
  • the primary drive 38 of the In the present example, the carrier device 22 is carried out by the electric drive motor 36, which drives a V-belt 40, which in turn drives the carrier device 22 in rotation.
  • the carrier device 22 is designed, for example, as a round sun disk with an upper cover disk 22a and a lower pulley 22b as the output disk of the primary drive 38.
  • the output disk 22b is driven by the prime mover 38 for rotation about the sun's axis S .
  • the driven pulley 22b for driving the carrier device 22 about the sun axis S has a V-belt groove 42 for the V-belt 40 of the primary belt drive 38 .
  • the carrier device 22 is rotatably mounted on a sun axle stub 46, e.g. by means of ball bearings 44, the sun axle stub 46 being attached to the base plate 32, e.g. screwed to it, i.e. being fixed in the laboratory system.
  • the carrier device 22 rotates in the laboratory system around the sun axis S or around the sun axis stub 46.
  • a drive wheel 48 for the planetary rotation drive 50 in the present example as a toothed belt drive 50, is attached to the sun axle stub 46.
  • the planetary grinding station 24 entrained by the carrier device 22 runs on the planetary orbit 54 about the sun axis S.
  • the planetary grinding station 24 has a shaft extension 56 in the lower area, which, for example, by means of a ball bearing 58 is mounted in the carrier device 22 so as to be rotatable about the planetary axis of rotation P2.
  • the planetary drive 50 drives the rotation of the shaft extension 56 or the planetary milling station 24 about the second planetary axis of rotation P2 via a driven gear 60 attached to the shaft extension 56.
  • a toothed belt drive (with a drive toothed belt pulley 48, an output toothed belt pulley 60 and a toothed belt 62) as the planetary rotary drive 50 for the planetary milling station 24 ensures the synchronicity of the rotations of the planetary milling station 24 about the planetary axis of rotation P2 to the rotation the carrier device 22 about the sun axis S, so that a predefined speed ratio is guaranteed.
  • the toothed belt drive 50 has sufficient flexibility with regard to the dynamic imbalance caused by the chaotic movement of the material to be ground.
  • a grinding vessel receiving device 26 or grinding vessel clamping device is mounted such that it can rotate about a further (first) planetary axis of rotation P1.
  • the rotation of the grinding vessel receiving device 26 about the first planetary axis of rotation P1 is accomplished by means of a further planetary rotary drive 70, which in the present example is also designed as a belt drive, in particular as a toothed belt drive.
  • a drive wheel or a drive toothed belt pulley 68 is fastened to the carrier device 22 in the area of the planetary grinding station 24, in this example coaxially to the shaft extension 56.
  • the drive wheel 68 drives via a toothed belt 72 transversely to the second planetary axis of rotation P2 and an output gear or output toothed belt pulley 80 coaxial with the first planetary axis of rotation P1.
  • the planetary drive 70 is designed as a set toothed belt drive with two deflection rollers 74 .
  • the grinding vessel receiving device 26 is rotatably mounted about the first planetary axis of rotation P1 in the milling station 24 by means of a first planetary shaft 86 running transversely to the second planetary axis of rotation P2.
  • the first planetary shaft 86 running in the planetary grinding station 24 transversely to the second planetary axis of rotation P2 defines the planetary axis of rotation P1.
  • the output toothed belt pulley 80 is fastened to the first planetary shaft 86 which is mounted horizontally by means of ball bearings 82 in a holding frame 84 of the planetary grinding station 24 .
  • the additional planetary drive 70 for the planetary rotation about the first planetary axis of rotation P1 is therefore designed as an angle drive, in the present example as a 90° angle drive.
  • the rotation of the carrier device 22 around the sun axis S first drives the rotation of the planetary grinding station 24 around the second planetary axis of rotation P2, which in turn, via the additional planetary drive 70, drives the rotation of the grinding vessel receiving device 26 around the axis perpendicular to the second planetary axis of rotation P2 lying first planetary axis of rotation P1 drives.
  • the rotary drive for the sun's rotation around the sun's axis S and the planet's rotation around the first and second planetary axis of rotation P1, P2 is therefore constructed in series, with the primary drive 38 driving the sun's rotation and thus the orbital movement of the grinding station 24 on the planetary orbit 54, with the orbital movement of milling station 24 on planetary orbit 54 drives rotation of milling station 24 about second planetary axis of rotation P2, and rotation of milling station 24 drives rotation of milling vessel receptacle 26 about first planetary axis of rotation P1.
  • the planetary grinding station 24 has a base element 66, on the underside of which the shaft extension 56 mounted in the carrier device 22 is fastened, for example screwed tight.
  • cantilever arms as a holding device 84 extend upwards on both sides of the grinding vessel receiving device 26 .
  • the grinding vessel receiving device 26 is mounted on both sides, for example with ball bearings 82, in the holding device 84 or between the cantilever arms.
  • the mounting of the first planetary shaft 86 by means of roller or ball bearings 82 on both sides in the holding frame 84 of the planetary grinding station 24 ensures sufficient stability to absorb the forces that occur, even at high rotational speeds. With sufficient dimensioning, however, one-sided storage is also possible.
  • the entire planetary milling station 24 rotates about the second planetary axis of rotation P2.
  • the grinding vessel receiving device 26 rotates with the grinding vessel 90 clamped therein within the planetary grinding station 24 about the first planetary axis of rotation P1.
  • the grinding vessel 90 therefore performs a double planetary rotation about both planetary axes of rotation P1 and P2.
  • the second planetary axis of rotation P2 runs offset parallel to the sun axis S1 and the first planetary axis of rotation P1 runs perpendicular to the second planetary axis of rotation P2 or parallel to the plane of rotation 52 of the carrier device 22, thus singular temporarily perpendicular to the sun axis S. It is however, it is also conceivable to provide the first and/or second planetary axis of rotation P1, P2 with an inclination, as a result of which additional complexity can be introduced into the movement regime.
  • the grinding vessel receiving device 26 is cardanically suspended on the carrier device 22, specifically rotatably about the shaft extension 56 and the first planetary shaft 86 lying transversely thereto, or supported by the vertical bearing 58 in the carrier device 22 and the horizontal bearing 82 in the Planetary Grinding Station 24.
  • the grinding vessel holder 26 in this example is rotatably mounted in a gimbal mounted eccentrically to the sun axis S about the first and second planetary axis of rotation P1, P2, in order to achieve a combined planetary triple rotation, i.e. sun rotation and two-axis planetary rotation.
  • a grinding vessel 90 that is spherical on the inside and outside is clamped in the grinding vessel receiving device 26 , it being possible for various clamping mechanisms to be used.
  • the spherical grinding vessel 90 defines a spherical interior space 92 into which the material to be ground (not shown here) and possibly grinding bodies, e.g. grinding balls, are filled.
  • the grinding vessel holder 26 rotates with the grinding vessel 90 in addition to revolving on the planetary orbit 54, by means of the gimbals, at a first planetary speed UP1 the first planetary axis of rotation P1, which in the present example is arranged parallel to the plane of rotation 52 of the carrier device 22, and at the same time with a second planetary speed UP2 about the vertical or parallel to the sun axis S arranged second planetary axis of rotation P2.
  • the first planetary axis of rotation P1 does not intersect the sun axis S except temporarily at singular points in time (see Fig. 6, 7), i.e. (in terms of time) predominantly runs skew to the sun axis S, i.e.
  • the first planetary axis of rotation P1 no longer intersects the sun's axis S as temporarily at singular points in time and otherwise runs skew to the sun's axis S.
  • the drive 70 for the rotation about the first planetary axis of rotation P1 is preferably also a synchronous drive, preferably a toothed belt drive, as in the present example, in order to ensure a predefined speed ratio.
  • the toothed belt drive 70 for driving the rotation of the grinding vessel receiving device 26 about the first planetary axis of rotation P1 is designed as a set toothed belt drive.
  • the inside radius of the grinding vessel 90 defines the planetary inside radius rv. If the planetary mill 10 is to carry relatively large grinding vessels 90, e.g., greater than or equal to 250 ml or even 500 ml, and still be relatively small, a relatively small radii ratio between the solar radius rp and the inner planetary radius rv is used. Then, as in the example shown here, the sun axis S is relatively close to the inner wall of the grinding vessel 90. This is possible particularly well in mono-planetary mills.
  • the radii ratios rp:r can be in the region of 1. With a mono-planetary mill, radii ratios rp : rv smaller than 1, e.g. 0.8, are even possible. Larger radii ratios rp : rv are used in particular when smaller grinding vessels 90 are used and/or when the planetary mill 10 has several planetary grinding stations 24 (cf. Fig.
  • sun radii rp are in the range of 70 mm and inner planetary radii rv are in the range of
  • the radii ratio rp:rv can preferably be less than or equal to 10 or less than or equal to 8 and/or greater than or equal to 0.5 or greater than or equal to 0.7.
  • the sun axis S does not intersect the interior 92 of the grinding vessel 90 centrally, but only in a peripheral edge area.
  • sufficiently high planetary speeds UP2 and UP1 should be both around the second Planetary axis of rotation P2, so also present around the first planetary axis of rotation P1.
  • the planetary rotation is subject to certain limits since the particles may no longer detach from the inner wall 90a of the grinding bowl if the acceleration from the planetary rotation is too great compared to the acceleration from the sun's rotation. If necessary, this limit can be shifted with a 3-D rotation.
  • a non-uniform movement can be generated, with the doubly rotating planet or the grinding vessel 90 with its inner wall "below” the material to be ground, which is caused by the sun's rotation "after outside” is accelerated, reverses its direction of rotation in the reference system of the carrier device 22 or laboratory system.
  • optionally up to 25:1, the lower limit being 0.5:1 or 1:1.
  • the rotation about the planetary axis of rotation P2 can be designed to run in the same direction or in the opposite direction to the rotation about the sun axis S, with the opposite being preferred.
  • the rotation vector of the grinding vessel 90 regularly reverses around the first planetary axis of rotation P1 in the reference system of the carrier device 22 or in the laboratory system due to the planetary rotation around the second planetary axis of rotation P2.
  • the grinding vessel 90 is spherical, but grinding vessels with a cylindrical interior or ellipsoidal interior, and in particular grinding vessels 90 with a cylindrical outer shape, can also be used.
  • FIG. 8 to 11 another embodiment is shown, in which the "conventional" vertical planetary axis of rotation P2 is dispensed with and the grinding vessel receiving device 26 with a cylindrical grinding vessel 90 in this example, in addition to the rotary motion along the Planetary orbit 54 around the sun axis S only rotates around a single planetary axis of rotation P1, namely the first planetary axis of rotation P1.
  • the planetary axis of rotation P1 is always in the same orientation to the carrier device 22, preferably parallel to the plane of rotation 52 and, in the present example, perpendicular to the sun's radius rp or tangentially to the planetary orbit 54.
  • the planetary rotation takes place around a horizontal planetary axis of rotation P1, but at right angles to the sun's rotation around the sun's axis S.
  • the planetary axis of rotation P1 and the sun's axis S are also skewed to one another here, and Although fixed in this embodiment or d persistent.
  • the construction of the embodiment shown in FIGS. 8 to 11 is in principle identical to the construction of the 3-D planetary mill according to the embodiment of FIGS. 2 to 7, so that to avoid repetition here the The above can be referenced.
  • a planetary shaft 156 is eccentrically rotatably mounted in the carrier device and driven by means of a synchronous drive 50 .
  • the planetary shaft 156 drives the rotation of the grinding vessel receiving device 26 and the grinding vessel 90 clamped therein about the horizontally lying planetary axis of rotation P1 via a gear train 158 .
  • the grinding vessel receiving device 26 is mounted horizontally in the holding device 84 of the planetary grinding station 24 by means of ball bearings 82 . Due to the dynamically less complex movement regime of the material to be ground and, if applicable, the grinding bodies, in this embodiment a gear drive that is less flexible than a toothed belt drive is considered suitable for driving the planetary rotation.
  • the grinding vessel 90 consists of a grinding bowl 91a and a grinding bowl cover 91b that can be detached therefrom, the grinding vessel being securely closed within the grinding vessel receiving device 26 by bracing the grinding bowl 91a and the grinding bowl cover 91b.
  • the grinding bowl interior 92 is largely cylindrical, although a rounded grinding bowl base 94, as in the present case, should not be ruled out.
  • the cylinder axis of the cylindrical grinding vessel 90 is coaxial with the planetary axis of rotation P1.
  • duo 3D planetary mill 10 corresponds to the mono 3D planetary mill shown in FIGS. 2 to 7, so that reference can be made to this description to avoid repetition.
  • two planetary milling stations 24 are rotatably mounted in the carrier device 22, in particular diametrically opposite each other with respect to the sun axis S, in order to avoid imbalance.
  • Both planetary grinding stations 24 are driven by a belt drive 50 in rotation about their associated planetary axes of rotation P2, the two planetary axes of rotation P2 running parallel to the axis S of the sun.
  • Both grinding vessel receiving devices 26 are cardanically mounted on the carrier device 22 and, in addition to rotating about the vertical planetary axis of rotation P2, are driven to rotate about associated horizontal planetary axes of rotation P1, which are therefore predominantly skew to the sun axis S, at least in terms of time.
  • the drive is also here, for example, via set synchronous or toothed belt drives 70.
  • this 3-D planetary mill 10 has two cylindrical grinding vessels 90 which each define a substantially cylindrical interior space 92 .
  • the respective grinding bowls 91a and grinding bowl covers 91b are clamped within the respective grinding vessel receiving device, in the present case in the illustrated zero position, coaxial to the planetary axis of rotation P2.
  • Cylindrical milling vessels 90 can also be used in a mono 3-D planetary mill or in multi 3-D planetary mills, eg with 3, 4 or more milling stations 24 .
  • FIGS. 17 through 23 another embodiment of a 3-D planetary mill 10 is shown.
  • the embodiment shown in FIGS. 17 to 23 shows a duo 3-D planetary mill 10 with two mirror-symmetrically identical grinding stations 24, so that only one grinding station needs to be described below in order to avoid repetition.
  • the planetary mill 10 can also be constructed as a mono- or multi-planetary mill 10, e.g. with 3, 4 or more typically identical grinding stations 24.
  • the grinding vessel receiving device 26 consists of a clamping cage 102 which is mounted with the horizontal first planetary shaft 86 by means of rotary bearings 82 in the holding device 84 so that it can rotate freely (>360°).
  • the holding device 84 comprises two cantilever arms 85 which are fastened with their lower end 85a to the base element 66 of the planetary grinding station 24 and rotates about the vertical planetary axis of rotation P2 running parallel to the sun axis S.
  • the second toothed belt drive 50 drives the rotation of the planetary grinding station 24 at the second planetary speed UP2 about the vertical second planetary axis of rotation P2.
  • the first toothed belt drive 70 is arranged in the planetary grinding station 24 and rotates with it about the second planetary axis of rotation P2.
  • the drive toothed belt wheel 68 of the first toothed belt drive 70 is arranged coaxially to the vertical second planetary shaft 56 and is firmly connected to the carrier device 22 (sun disk), so that the rotation of the grinding station 24 or the grinding vessel receiving device 26 with the second planetary shaft 56 by the second Planetary axis of rotation P2 drives the toothed belt 72 of the first toothed belt drive 70 via the drive toothed belt pulley 68 .
  • the toothed belt 72 then in turn drives, via the output toothed belt wheel 80, the rotation of the first planetary shaft 86 connected thereto and the grinding vessel receiving device 26 connected thereto at the first planetary speed UP1 about the first planetary axis of rotation P1.
  • the toothed belt 72 of the first toothed belt drive 70 initially runs horizontally or parallel to the plane of rotation 52 of the carrier device 22 and is deflected by means of deflection rollers 74 by 90° in this example in a direction perpendicular to the plane of rotation 52 .
  • the output toothed belt wheel 80 is fastened to the first planetary axis of rotation 1, which is horizontal or parallel to the plane of rotation 52 to drive P1 in rotation.
  • the drive toothed belt wheel 68 and preferably also the deflection rollers 74 are arranged under the base element 66 of the planetary grinding station 24, so that the user cannot access them during normal operation.
  • the toothed belt 72 extends through an opening 67 in the base element 66 transversely to the plane of rotation 52 upwards to the driven toothed belt wheel 80 which sits on the first planetary shaft 86 and drives it.
  • the rotation of the carrier device 22 drives the rotation of the grinding station 24 about the second planetary axis of rotation P2 via the second toothed belt drive 50 .
  • the rotation of the grinding station 24 in turn drives the rotation of the clamping cage 102 within the holding device 84 via the first toothed belt drive 70 about the first planetary axis of rotation P1 running perpendicularly to the second planetary axis of rotation P2.
  • the clamping cage 102 includes a lower cage part 106 with a ring section 104 which is firmly connected to the first planetary shaft 86 .
  • two stub axles 87 which are attached to opposite sides of the ring section 104 and form the first planetary shaft 86, extend horizontally, transversely outwards from the ring section 104 into the pivot bearing 82.
  • On the underside of the ring section 104 is a casing section 108 of the lower cage part 106 with casing struts 109 extending transversely to the first planetary shaft 86 (downward in the rest position shown) and with a cage bottom 110 connected to the casing section 108 .
  • the casing section 108 can be screwed to the ring section 104 from below, for example.
  • the lower cage part 106 or the ring section 104 together with the jacket section 108 and the cage bottom 110 form a gimballed semi-cage into which the grinding vessel 90, consisting of the grinding bowl 91a and the grinding bowl cover 91b, which can be detached therefrom, can be placed from above.
  • the lower part of the cage 106 can also be closed like a cup on the side and/or on the underside.
  • the clamping cage 102 defines a cylindrical interior space which is adapted to the cylindrical shape of the grinding vessel 90 .
  • the grinding station 24 has enough free space to also allow such a substantially cylindrically shaped grinding vessel receiving device 26 to rotate freely.
  • the externally cylindrical grinding vessel 90 and the clamping cage 102 define a grinding vessel cylinder axis M, which coincides with the second planetary axis of rotation P2 in the rest position shown.
  • the grinding vessel cylinder axis M rotates in a plane perpendicular to the first planetary axis of rotation P1 or the rotating grinding vessel cylinder axis M spans this plane.
  • the first planetary axis of rotation P1 forms a surface normal of this plane.
  • the user can fill the grinding bowl 91a separately from the planetary mill 10 with material to be ground and optionally with grinding bodies and close it with the grinding bowl cover 91b.
  • the user manually places the filled grinding jar 90 into the cage base 106 as shown in FIG.
  • the grinding cage 102 becomes the cage bottom at its bottom 110 axially (M) opposite side closed with a cage cover part 112, so that the closed with the grinding bowl cover 91b grinding bowl 91a is completely enclosed by the clamping cage 102.
  • the cage cover part 112 has keyhole-shaped bores 114 in a ring section 116 which interact in a bayonet-like manner with screws 118 which are screwed into the central ring section 104 of the clamping cage 102 .
  • the user places the cage lid part 112 on the ring section 104, with the screw heads 120 protruding through the bores 114 in the cage lid part 112, and with the bores 114 and the screws 118 forming a bayonet lock for closing the clamping cage 102.
  • the user then turns the cage cover part 112 about the grinding vessel cylinder axis M in order to close the bayonet catch and thus the clamping cage 102 .
  • the grinding vessel receiving device 26 has an openable and closable clamping cage 102 into which the grinding vessel 90 can be inserted when the clamping cage 102 is opened and which encloses and holds the grinding vessel 90 when the clamping cage 102 is closed.
  • the clamping cage 102 also has a clamping device 122 acting axially with respect to the axis M of the grinding bowl, for example in the form of a spindle 124 with a rotary handle 126 .
  • the user screws the spindle 124 against the grinding jar cover 91b and thus clamps the grinding jar cover 91b against the grinding jar 91a and at the same time clamps the grinding vessel 90 in the clamping cage 102.
  • the clamping force F of the clamping device 122 acts axially in relation to the grinding jar axis M and transversely the horizontal first planetary axis of rotation P1.
  • the clamping cage 102 performs a multidimensional movement, namely revolves around the sun axis S, rotates at the same time, preferably in the opposite direction to the sun's rotation, around the second planetary axis of rotation P2 and also rotates around the horizontal first planetary axis of rotation P1, with the grinding vessel 90 is firmly and securely braced and locked in the clamping cage 102 .
  • the user releases the clamping device 122, which relieves the bayonet catch and the cage cover part 112 can be removed from the cage lower part 106 again in order to open the clamping cage 102.
  • the grinding vessel 90 can be removed again from the open clamping cage 102 or from the lower part 106 of the cage.
  • the finely ground material to be ground and the grinding bodies can then be removed from the grinding bowl 91a outside of the planetary mill 10 .
  • the grinding bowl 91a and the grinding bowl cover 91b can then be cleaned and used for the next grinding process after being refilled.
  • the user can hold a plurality of grinding vessels 90 and, depending on the grinding task, insert the appropriate grinding vessel 90 into the grinding vessel receiving device 26, so that the planetary mill 10 can be used flexibly.
  • some grinding jars 90 may be made entirely of stainless steel and other grinding jars 90 may have ceramic or agate inserts, for example (not shown).
  • the holding device 84 or the cantilever arms 85 and the entire grinding station 24 have enough free space for the clamping cage 102 that the clamping cage 102 with the clamping device 122 transverse to the grinding bowl axis M in the grinding station 24 freely about the first planetary axis of rotation P1, i.e. about a full 360° and further, can rotate.
  • the grinding vessel 90 which is cylindrical on the outside, has a spherical grinding vessel interior 92, which can be advantageous for some grinding tasks in the 3-D rotation of the grinding vessels 90.
  • the grinding vessel 90 can also have a cylindrical grinding vessel interior 92 .
  • Another advantage of clamping the grinding vessels 90 in the clamping cage 102 is that different grinding vessels 90, e.g. with different interior geometries, can be used, which can be advantageous in the 3-D planetary mill 10 due to the complex movement regime depending on the grinding task.
  • the clamping cage 102 is designed to be relatively open, which can have advantages with regard to the air cooling of the grinding vessels 90 during the grinding process.
  • the cage base 106 including the ring portion 104 and the skirt portion 108, forms a cylindrical receiving fit into which the grinding vessel 90 can be placed.
  • the grinding vessel 90 is guided in the clamping cage 102 transversely to the grinding vessel axis M in the annular section 104 and/or the casing section 108 and is clamped axially to the grinding vessel axis M by means of the clamping device 122, so that when the clamping cage 102 rotates about the three axes, namely the Sun axis S and first and second planetary axis of rotation P1, P2 occurring dynamic forces can be safely transmitted from the clamping cage 102 to the grinding vessel 90.
  • Grinding cups 91a that can be removed from the planetary mill 10 and have a substantially cylindrical outer shape or a substantially flat underside 91c of the grinding cup have the advantage, regardless of their interior geometry, that the user can simply place them on a table with the underside of the grinding cup 91c for filling and other handling.
  • the user can purchase the planetary mill 10 with several grinding vessels 90, optionally with different sizes, made of different materials and/or with different grinding vessel interior geometries and/or can purchase additional grinding vessels 90 at a later point in time or simply replace worn grinding vessels 90, which gives a wide area of application and is cost-efficient and sustainable.
  • a planetary mill 10 is proposed in which the grinding vessel(s) 90, in addition to the orbital motion about the sun axis S, rotate about at least one associated planetary axis of rotation P1, which is permanently or at least temporally predominantly skew to the sun axis S and in which the one or the grinding vessels 90 can be removed from the planetary mill 10 or are.
  • the or can Grinding vessels 90 on the carrier device 22 rotating about the sun axis S can be gimballed about at least one further, i.e. a total of at least two or more planetary axes of rotation P1, P2, in order to introduce further planetary rotations about further axes into the dynamic system.
  • a suitable two-dimensional planetary rotation about two planetary axes of rotation P1 and P2 can be achieved, for example, by driving the grinding vessel 90 to rotate about two planetary axes of rotation P1 and P2 that are transverse, in particular perpendicular, to one another, while the grinding vessel 90 is on the planetary orbit 54 about the Sun axis S revolves.
  • a chaotic movement regime of the contents of the grinding vessel can possibly be achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Planetenmühle (10) zur Zerkleinerung von Mahlgut, die folgendes aufweist: eine Sonnenachse (S) und eine Trägervorrichtung (22), die um die Sonnenachse rotierbar gelagert ist und einen Antrieb zum rotierenden Antreiben der Trägervorrichtung um die Sonnenachse mit einer Sonnendrehzahl (US), eine erste Planeten-Drehachse (P1) und eine erste Planeten-Mahlstation (24) mit einer ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) für zumindest ein mit Mahlgut und Mahlkörpern befüllbares Mahlgefäß (90), wobei die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß exzentrisch in Bezug auf die Sonnenachse um die erste Planeten-Drehachse rotierbar an der Trägervorrichtung gelagert ist und von der Trägervorrichtung auf einer Planetenumlaufbahn (54) um die Sonnensachse mitgenommen wird, wenn die Trägervorrichtung um die Sonnenachse rotiert, einen Antrieb zum rotierenden Antreiben der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die erste Planeten-Drehachse mit einer ersten Planetendrehzahl (UP1), wobei im Betrieb die erste Planeten-Mahlstation mit der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung und dem Mahlgefäß auf der Planetenumlaufbahn um die Sonnenachse umläuft und gleichzeitig die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die erste Planeten-Drehachse rotiert, wobei die erste Planeten-Drehachse (P1) zumindest zeitweise windschief zu der Sonnenachse (S) verläuft.

Description

Planetenmühle
Gebiet der
Die Erfindung betrifft eine Planetenmühle, insbesondere im Labormaßstab, zur Zerkleinerung von Mahlgut, bei welcher ein Mahlgefäß auf einer Planetenumlaufbahn um eine Sonnenachse umläuft und gleichzeitig um mindestens eine oder mehrere Planeten-Drehachsen rotiert, um das Mahlgut im Inneren des Mahlgefäßes, insbesondere unter Zuhilfenahme von Mahlkörpern, z.B. Mahlkugeln, fein zu zerkleinern.
Planetenmühlen 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 018325 A1, DE 10 2006 047 481 A1, DE 10 2006 047 480 A1, DE 10 2006 047 479 A1 und DE 10 2006 047 498 A1 beschrieben. Neuere Planetenmühlen sind z.B. in DE 10 2010 044254 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 eigene Achse, die exzentrische Planeten-Drehachse. Üblicherweise verlaufen bei einer Planetenmühle die Sonnenachse und die Planeten-Drehachse parallel. 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 ggf. 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 einen relativ hohen Energieeintrag.
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. Die Becher sind dabei in Richtung der zentralen Drehachse geneigt, wobei die Planetenkugelmühle einen Schwingmechanismus aufweisen kann, um eine oszillierende Bewegung des Bechers zu erzeugen, indem sich der Neigungswinkel der Rotation während des Umlaufs verändern kann. Hierzu wird ein elliptischer Ring verwendet und die Aufhängung weist ein Scharnier auf. In jedem Fall schneiden sich die Drehachsen und liegen immer koplanar in einer gemeinsamen Ebene, so dass sich die Wirkung der dynamischen Kräfte, die bei der Planetenbewegung auf den Becherinhalt wirken, nicht grundsätzlich von den eingangs beschriebenen Planetenkugelmühlen unterscheidet. Der Antrieb scheint im Übrigen in Bezug auf die Zuverlässigkeit verbesserungswürdig zu sein und dürfte wohl Schlupf sowie einen hohen Verschleiß aufweisen. Es wird davon ausgegangen, dass keine Synchronität besteht und dass die Drehzahlen und die Leistung in der Praxis eng begrenzt sind.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine neuartige Planetenmühle, insbesondere mit neuen konstruktiven und dynamischen Parametern bereit zu stellen.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Planetenmühle bereit zu stellen, die eine hohe Mahlleistung aufweist und/oder mit der ein schnelles Mahlergebnis erzielt werden kann
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Planetenmühle bereit zu stellen, bei der im Betrieb zwischen den Mahlgutpartikeln und/oder zwischen dem Mahlgut und Mahlkörpern, z.B. Mahlkugeln, eine hohe Reib- und ggf. Schlagwirkung erzielt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Planetenmühle bereit zu stellen, die hinsichtlich ihrer konstruktiven und dynamischen Parameter eine vielfältige Auswahl und Einstellmöglichkeiten aufweist und die flexibel auf unterschiedliche Mahlaufgaben anpassbar ist.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Planetenmühle bereit zu stellen, die laufruhig, verschleißarm, robust und kostengünstig ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert. Die Planetenmühle zur Zerkleinerung von Mahlgut weist eine Trägervorrichtung auf, die um eine Sonnenachse, manchmal auch als Zentrumsachse bezeichnet, rotierbar gelagert ist und deren Rotation um die Sonnenachse mit einer Sonnendrehzahl US von einem Antrieb angetrieben wird. Z.B. kann der Antrieb der Trägervorrichtung, oder Sonnenantrieb, ein von einem elektrischen Antriebsmotor angetriebener Riemenantrieb sein. Beispielhafte Maximai- Drehzahlen der Trägervorrichtung können ohne Beschränkung der Allgemeinheit z.B. im Bereich zwischen 200 mim1 oder 400 min’1 und 1100 min’1 oder mehr, z.B. 1500 min’1 oder 1800 min’1 liegen. Die Trägervorrichtung kann z.B. eine runde Sonnenscheibe aufweisen.
Insbesondere bei einer Labor-Planetenmühle, die z.B. in Bezug auf Maße und Gewicht derart ausgestaltet ist, dass sie in einem Labor z.B. auf ein Gestell, einen Tisch, einen Schrank oder Ähnliches gestellt werden kann, weist vorzugsweise ein Gerätegehäuse auf, in welchem die rotierenden Teile der Planetenmühle, Elektronik und/oder der Antriebsmotor beherbergt sein können. Ein solches Gerätegehäuse weist vorzugsweise einen Verschlussdeckel auf, welcher Zugriff auf die Planeten-Mahlstation(en), insbesondere auf das bzw. die Mahlgefäße ermöglicht, wenn das Gerätegehäuse geöffnet ist und verschließt das Gerätegehäuse in Entsprechung mit Sicherheitsvorschiften im Betrieb, also wenn die Trägervorrichtung und/oder weitere Bauteile in dem Gerätegehäuse rotieren.
Ferner kann eine Bodenplatte umfasst sein, z.B. als Bodenplatte des Gerätegehäuses, wobei an der Bodenplatte ein Sonnenachsstummel befestigt ist, an dem wiederum die Trägervorrichtung drehbar gelagert ist und der somit die Sonnenachse definiert.
Die Planetenmühle umfasst ferner eine erste Planeten-Drehachse und eine erste Planeten-Mahlstation mit einer ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung für zumindest ein mit dem Mahlgut und Mahlkörpern, z.B. Mahlkugeln, befüllbares Mahlgefäß. Die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung ist demnach exzentrisch in Bezug auf die Sonnenachse, also radial nach außen versetzt, um die erste Planeten-Drehachse rotierbar an der Trägervorrichtung gelagert, so dass die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß einerseits von der Trägervorrichtung auf einer Planetenumlaufbahn um die Sonnensachse mitgenommen wird und gleichzeitig um die exzentrische Planeten-Drehachse rotiert, wenn die Trägervorrichtung um die Sonnenachse rotiert. Mithin führt die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung, die demgemäß auch als Planeten-Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung bezeichnet werden kann, mit dem (Planeten-)Mahlgefäß eine kombinierte Umlaufbewegung und Rotation um die eigene Achse aus, was zu besonderen dynamischen Bedingungen für das Mahlgut und ggf. die Mahlkörper innerhalb des Mahlgefäßes führt.
Vorzugsweise umfasst das Mahlgefäß einen Mahlbecher und einen lösbaren Mahlbecherdeckel, mit dem Mahlgefäß vom Benutzer für den Mahlvorgang verschließbar bzw. vor und nach dem Mahlvorgang öffenbar ist, um das Mahlgut und ggf. die Mahlkörper einzufüllen und nach dem Mahlvorgang das fein gemahlene Mahlgut zu entnehmen. Die Mahlgefäße einer solchen Labormühle können ein Innenvolumen (Größe) z.B. im Bereich von 10 ml bis 1000 ml, vorzugsweise im Bereich von 50 ml bis 500 ml aufweisen. Die Planetenmühle weist eine erste Planeten-Mahlstation, also mindestens eine Planeten-Mahlstation auf, sie kann aber auch mehrere gleichartige Planeten-Mahlstationen, z.B. 2 (Duomühle), 3 (Triplemühle), 4 (Quattromühle) oder mehr gleichartige Planeten-Mahlstationen aufweisen, wie auch anhand der Ausführungsbeispiele ersichtlich ist.
Die Planetenmühle weist ferner einen Planetenantrieb zum rotierenden Antreiben der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die erste Planeten-Drehachse mit einer ersten Planetendrehzahl (UP1) auf. Der Planetenantrieb kann durch einen Synchronantrieb, z.B. durch einen Zahnriemenantrieb, der durch die Rotation der Trägervorrichtung angetrieben wird, ausgebildet sein. Allerdings sind auch andere Antriebsformen, vorzugsweise andere Synchronantriebe denkbar. Durch die kombinierte Sonnenrotation der Trägervorrichtung und der Planetenrotation läuft also im Betrieb die erste Planeten-Mahlstation mit der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung und dem Mahlgefäß auf der Planetenumlaufbahn mit der Sonnendrehzahl US um die Sonnenachse um und gleichzeitig rotiert die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die erste Planeten-Drehachse mit der Planetendrehzahl UP.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung verläuft die erste Planeten-Drehachse zumindest zeitweise während der Rotation windschief zu der Sonnenachse. Gemäß allgemeiner Definition verlaufen zwei Achsen oder Geraden windschief zueinander, wenn sie sich im dreidimensionalen Raum weder schneiden, noch parallel zueinander sind. Die Rotationsvektoren der Sonnenrotation und der Planetenrotation um die erste Planeten-Drehachse liegen demnach nicht in derselben Ebene.
Mit anderen Worten verläuft die erste Planeten-Drehachse zumindest zeitweise nicht parallel zu der Sonnenachse und liegt zumindest nicht dauerhaft mit der Sonnenachse in einer Ebene. Während der Rotation gilt also zumindest zeitlich überwiegend, ggf. dauerhaft, dass sich die erste Planeten-Drehachse und die Sonnenachse nicht schneiden und nicht parallel verlaufen.
Anders ausgedrückt schneidet die erste Planeten-Drehachse P1 die Sonnenachse S nicht mehr als temporär zu singulären Zeitpunkten und verläuft ansonsten windschief zur Sonnenachse S.
Z.B. kann die erste Planeten-Drehachse parallel zur Rotationsebene der Trägervorrichtung verlaufen.
Damit kann eine hochkomplexe dynamische Bewegung des Mahlgefäßes erzeugt werden.
Dadurch kann nämlich im dreidimensionalen Raum eine weitere dynamische Richtungskomponente in den zeitlich schnell veränderlichen Kraftvektor, der während der komplexen kombinierten Umlaufbewegung und Planetenrotation des Mahlgefäßes auf das Mahlgut und ggf. die Mahlkörper wirkt, hinzugefügt werden, und so die Mahlung des Mahlgutes mittels Reib- und/oder Schlagwirkung gegenüber der Mahlgefäßwandung bewirkt. Insbesondere können zu den sonst vorherrschenden Kräften in der zweidimensionalen Rotationsebene der Trägervorrichtung (X-Y-Ebene) weitere besondere dynamische Kraftkomponenten in der Normalenrichtung (Z-Richtung) senkrecht zur Rotationebene (X-Y-Ebene) hinzugefügt werden. Zwar mögen ggf. bei nach innen geneigten Bechern ebenfalls Kraftkomponenten in Z-Richtung entstehen, allerdings sind diese wohl nicht vergleichbar mit einer Planetenrotation um eine Planeten-Drehachse, die windschief zur Sonnenachse steht, also die Rotationsvektoren der Sonnenrotation und der Planetenrotation nicht in derselben Ebene liegen.
Dies könnte bislang ungeahnte Möglichkeiten für die Dynamik in dem Mahlgefäß einer Planetenmühle bedeuten.
Diesbezüglich ist ein Zahnriemenantrieb zum Antrieb der Planetenrotation um die erste Planeten-Drehachse bevorzugt. Ein Zahnriemenantrieb arbeitet einerseits schlupffrei und weist andererseits eine gewisse Flexibilität auf, was in Bezug auf die bei dieser speziellen Dynamik auftretenden Kräfte von besonderem Vorteil sein kann.
Vorzugsweise sind die Größe des Mahlgefäßes und die exzentrische Positionierung der ersten Planeten-Mahlstation in Bezug zur Sonnenachse, also der radiale Versatz der ersten Planeten-Mahlstation zu der Sonnenachse so gewählt, dass die Sonnenachse das Innere des Mahlgefäßes nicht oder nur in einem peripheren Randbereich schneidet. Dies kann vorteilhaft in Bezug auf die Dynamik bzw. die Kräfte auf das Mahlgut und ggf. die Mahlkörper und damit auf die Mahlwirkung sein.
Die Rotation der Trägervorrichtung um die Sonnenachse kann z.B. mittels eines Sonnen-Riemenantriebs bewerkstelligt werden, der von einem Antriebsmotor, z.B. einem handelsüblichen Elektromotor, angetrieben wird. Z.B. umfasst die Trägervorrichtung eine Sonnenscheibe, welche eine Riemennut zum Eingriff des Riemens aufweisen kann. Der Sonnenriemenantrieb kann sogar als einfacher Keilriemenantrieb ausgebildet sein, da an dieser Stelle Synchronität nicht wesentlich ist. Ein Zahnriemenantrieb oder andere Getriebeformen sollen jedoch nicht ausgeschlossen sein.
Es sind nun zumindest zwei Gruppen von Ausführungsformen möglich, insbesondere erste Ausführungsformen, bei welchen der Planet bzw. die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß - zusätzlich zu der Umlaufbewegung um die Sonnenachse - nur um lediglich eine Planeten-Drehachse rotiert, die windschief zur Sonnenachse verläuft und insbesondere zweite Ausführungsformen, bei welchen der Planet bzw. die Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß - zusätzlich zu der Umlaufbewegung um die Sonnenachse - um mindestens zwei unterschiedliche Planeten-Drehachsen rotiert, von denen mindestens eine windschief zur Sonnenachse verläuft. Bei den ersten Ausführungsformen wird also gewissermaßen die lediglich eine Planeten- Drehachse so gedreht, dass sie windschief zur Sonnenachse liegt und bei den zweiten Ausführungsformen wird zumindest eine weitere Planetenrotation um zumindest eine weitere andere Planeten-Drehachse hinzugefügt, wobei zumindest eine der Planeten-Drehachsen windschief zur Sonnenachse, und/oder vorzugsweise nicht parallel zu der anderen Planeten-Drehachse, liegt. Ferner soll nicht ausgeschlossen sein, dass weitere Planetenrotationen um weitere Planeten-Drehachsen, z.B. eine dritte und/oder vierte und/oder weitere Planeten-Drehachsen vorgesehen sind. Bei den ersten Ausführungsformen rotiert also im Betrieb die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß zusätzlich zu dem Umlauf auf der Planetenumlaufbahn um die Sonnenachse lediglich um eine einzige Planeten-Drehachse, nämlich die erste Planeten-Drehachse. Hierbei verläuft die erste Planeten-Drehachse insbesondere konstant windschief zu der Sonnenachse, sodass die erste Planeten-Drehachse die Sonnenachse insbesondere zu keinem Zeitpunkt während der Rotation schneidet.
Vorzugsweise verläuft die erste Planeten-Drehachse dabei parallel zur Rotationsebene der Trägervorrichtung, was konstruktiv in Bezug auf den Planetenantrieb relativ einfach zu bewerkstelligen ist.
Weiter vorzugsweise liegt die erste Planeten-Drehachse, insbesondere dauerhaft, quer bzw. senkrecht zum Radius rp der Planetenumlaufbahn, kurz Sonnenradius genannt, der ersten Planeten-Mahlstation um die Sonnenachse. Mit anderen Worten verläuft die erste Planeten-Drehachse vorzugsweise tangential zu der Planetenumlaufbahn, was ebenfalls konstruktiv in Bezug auf den Planetenantrieb relativ einfach zu bewerkstelligen ist.
Vorzugsweise wird die Planetenrotation der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung synchron zur Rotation der Trägervorrichtung angetrieben. Es ist demnach ein erster Planeten-Synchronantrieb zwischen der Trägervorrichtung und der ersten Planeten-Mahlstation vorhanden, wobei der erste Planeten-Synchronantrieb die Rotation der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung um die erste Planeten-Drehachse synchron zu der Rotation der Trägervorrichtung antreibt. Vorzugsweise umfasst der erste Planetensynchronantrieb einen ersten Planeten-Zahnriemenantrieb zum Antreiben der Rotation der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung um die erste Planeten-Drehachse. In vorteilhafter Weise kann so ein festes und reproduzierbares Drehzahlverhältnis konstruktiv vorgegeben werden.
Vorzugsweise umfasst der erste Planeten-Zahnriemenantrieb ein Antriebs-Zahnriemenrad sowie ein Abtriebs- Zahnriemenrad. Das Antriebs-Zahnriemenrad ist insbesondere fest mit dem feststehenden Sonnenachsstummel verbunden, wobei bei Rotation der Trägervorrichtung das Abtriebs-Zahnriemenrad von der Trägervorrichtung auf einer Planetenumlaufbahn um die Sonnensachse mitgenommen wird und dadurch von dem ersten Planeten- Zahnriemenantrieb zur Rotation angetrieben wird. Diese Antriebsart ist unter anderem in Bezug auf Elastizität und Langlebigkeit des Planetenantriebs vorteilhaft.
Bevorzugt liegt das relative Drehzahlverhältnis zwischen der Rotation der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die erste Planeten-Drehachse P1 und der Rotation der Trägervorrichtung um die Sonnenachse S betragsmäßig im Bereich zwischen 10 : 1 und 0,5 : 1, vorzugsweise zwischen 5 : 1 und 1 : 1. In diesen Bereichen kann trotz der außergewöhnlichen dynamischen Bedingungen unter anderem die Einstellung eines Wurfregimes erwartet werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsformen ist die erste Planeten-Mahlstation mit der ersten Mahlgefäß-
Aufnahmevorrichtung und dem Mahlgefäß exzentrisch in Bezug auf die Sonnenachse, also radial nach außen versetzt, an der Trägervorrichtung zusätzlich zu der ersten Planeten-Drehachse noch um eine andere weitere zweite Planeten-Drehachse rotierbar gelagert.
Demnach ist vorzugsweise ein zweiter Planetenantrieb zum rotierenden Antreiben der ersten Planeten-Mahlstation mit der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung und dem Mahlgefäß um die zweite Planeten-Drehachse mit einer zweiten Planetendrehzahl UP2 umfasst, so dass im Betrieb der Planetenmühle die erste Planeten-Mahlstation mit der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung und dem Mahlgefäß auf der Planetenumlaufbahn um die Sonnenachse umläuft und gleichzeitig die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die erste und gleichzeitig um die zweite Planeten-Drehachse rotiert. Diese Art der Dreifach-Rotation, also Sonnenrotation und Planetenrotation um zumindest zwei unterschiedliche bzw. linear unabhängige Planeten-Drehachsen kann auch als 3-D- Planetenrotation bezeichnet werden. Daher wird diese Planetenmühle hier auch als 3-D-Planetenmühle bezeichnet.
Es ist zu erwarten, dass hiermit eine besondere Dynamik der Krafteinwirkung auf das Mahlgut und ggf. die Mahlkörper erzeugt werden kann. Die zu erwartende Bewegung des Mahlgutes und ggf. der Mahlkörper innerhalb des Mahlgefäßinnenraums relativ zu der Mahlgefäßwandung kann ggf. sogar als chaotische Bewegung angesehen werden.
Insbesondere verlaufen die erste und zweite Planeten-Drehachse nicht parallel zueinander. Dadurch verändert sich die Richtung der ersten Planeten-Drehachse während der Rotation um die zweite Planeten-Drehachse relativ zur Sonnenachse und/oder relativ zum Laborsystem bzw. Gerätegehäuse.
Beispielsweise verlaufen die erste und zweite Planeten-Drehachse senkrecht zueinander.
Bei einer konstruktiv noch relativ einfach zu bewerkstelligenden Anordnung verläuft die erste Planeten-Drehachse, insbesondere dauerhaft, parallel zur Rotationsebene der Trägervorrichtung (Sonnenebene) und/oder die zweite Planeten-Drehachse, insbesondere dauerhaft parallelversetzt zu der Sonnenachse. Mit anderen Worten steht die zweite Planeten-Drehachse senkrecht auf der Trägervorrichtung, und/oder die erste Planeten-Drehachse liegt horizontal also parallel zur Sonnenebene.
Vorzugsweise schneiden sich die erste und zweite Planeten-Drehachse an einem exzentrisch zu der Sonnenachse gelegenen Punkt innerhalb der ersten Planeten-Mahlstation, insbesondere innerhalb des Mahlgefäßes, also radial versetzt zur Sonnenachse. Dabei definiert der Kreuzungspunkt der ersten und zweiten Planeten-Drehachse also das Zentrum des Planeten, um welches die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um zwei verschiedene Planeten-Drehachsen rotiert. Vorzugsweise liegt der Kreuzungspunkt in einer vordefinierten Höhe h, vorzugsweise einige Zentimeter bis einige zehn Zentimeter, oberhalb der Trägervorrichtung bzw. der Sonnenscheibe.
Die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung ist vorzugsweise kardanisch an der Trägervorrichtung bzw. in der ersten Planeten-Mahlstation aufgehängt, um eine gleichzeitige Rotation um die erste und zweite Planeten-Drehachse, also um beiden Planeten-Drehachsen, zu ermöglichen. Die beiden kardanischen Drehungen können dabei entweder mit gleicher oder mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben werden.
Mit anderen Worten ist die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung an der Trägervorrichtung bzw. in der ersten Planeten-Mahlstation kardanisch um die erste und zweite Planeten-Drehachse rotierbar gelagert, wobei die kardanische Lagerung der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung als Planet exzentrisch zu der Sonnenachse angeordnet ist. Die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß wird, zusätzlich zu der Umlaufbewegung der ersten Planeten-Mahlstation bzw. des Planeten um die Planetenumlaufbahn, mit einer ersten Planetendrehzahl UP1 um die erste Planeten-Drehachse und gleichzeitig mit einer zweiten Planetendrehzahl UP2 um die zweite Planeten-Drehachse rotierend angetrieben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste Planeten-Mahlstation eine vorzugsweise beidseitige Haltevorrichtung mit einem vorzugsweise beidseitigen ersten Drehlager für die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung aufweisen, wobei das vorzugsweise beidseitige erste Drehlager die erste Planeten-Drehachse definiert. Weiter vorzugsweise kann die erste Planeten-Mahlstation eine zweite Planetenwelle, welche mit der Planeten-Mahlstation, z.B. an deren Unterseite, fest verbunden sein kann, aufweisen. Weiter vorzugsweise kann die Trägervorrichtung im Bereich der ersten Planeten-Mahlstation ein zweites Drehlager aufweisen, welches die zweite Drehachse definiert, derart, dass die erste Planeten-Mahlstation mittels der zweiten Planetenwelle konzentrisch zu der zweiten Planeten- Drehachse rotierbar in der Trägervorrichtung gelagert ist - wobei also die Rotation um die zweite Planetenwelle die zweite Planeten-Drehachse definiert. Somit ist die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung exzentrisch zu der Sonnenachse kardanisch an der Trägervorrichtung gelagert und kann im Betrieb um die erste und die zweite Planeten-Drehachse rotierend angetrieben werden.
Vorzugsweise erfolgt der Antrieb der Planetenrotation um eine oder vorzugsweise um beide Planeten-Drehachsen P1, P2 synchron zu der Sonnenrotation. Hierzu umfasst die Planetenmühle vorzugsweise einen ersten und/oder zweiten Planeten-Synchronantrieb, wobei der erste Planeten-Synchronantrieb die Rotation der Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung um die erste Planeten-Drehachse synchron zu der Rotation der Trägervorrichtung und/oder der zweite Planeten-Synchronantrieb die Rotation der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung um die zweite Planeten- Drehachse synchron zu der Rotation der Trägervorrichtung antreibt. Hierfür sind ein erster und/oder zweiter Planeten-Zahnriemenantrieb zum Antreiben der Rotation der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung um die erste bzw. zweite Planeten-Drehachse bevorzugt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist also der erste Planeten-Synchronantrieb als erster Planeten- Zahnriemenantrieb ausgebildet und umfasst ein Antriebs-Zahnriemenrad sowie ein Abtriebs-Zahnriemenrad. Das Antriebs-Zahnriemenrad ist vorzugsweise im Bereich der rotierenden ersten Planeten-Mahlstation fest mit der Trägervorrichtung verbunden, z.B. koaxial zu der zweiten Planetenwelle, welche z.B. als in der Trägervorrichtung (Wälzlager-)gelagerter Wellenfortsatz an der Unterseite der Planeten-Mahlstation ausgebildet sein kann. Bei Rotation der ersten Planeten-Mahlstation wird so mittels des ersten Planeten-(Zahnriemen-)antriebs die Rotation der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die erste Planeten-Drehachse angetrieben.
Weiter vorzugsweise ist also der zweite Planeten-Synchronantrieb als zweiter Planeten-Zahnriemenantrieb ausgebildet und umfasst ein Antriebs-Zahnriemenrad sowie ein Abtriebs-Zahnriemenrad, wobei das Antriebs- Zahnriemenrad fest mit dem feststehenden Sonnenachsstummel verbunden sein kann. Das Abtriebs-Zahnriemenrad ist vorzugsweise an der ersten Planeten-Mahlstation befestigt und wird bei Rotation der Trägervorrichtung von der Trägervorrichtung auf der Planetenumlaufbahn um die Sonnenachse mitgenommen, und dadurch wird die Rotation der ersten Planeten-Mahlstation um die zweite Planeten-Drehachse von dem zweiten Planeten-Zahnriemenantrieb angetrieben.
Der Antrieb zum rotierenden Antreiben der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die erste Planeten-Drehachse P1 mit einer ersten Planetendrehzahl UP1 kann also als ein erster Zahnriemenantrieb ausgebildet sein und/oder der Antrieb zum rotierenden Antreiben der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die zweite Planeten-Drehachse P2 mit einer zweiten Planetendrehzahl UP2 kann als ein zweiter Zahnriemenantrieb ausgebildet sein. Dadurch können Synchronität einerseits und Flexibilität gegen dynamische Kräfte andererseits erreicht werden.
Vorzugsweise umfasst die 3-D-Planetenmühle also zwei Zahnriemenantriebe für die beiden Rotationsbewegungen der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die beiden Planeten-Drehachsen P1 und P2. Der zweite Zahnriemenantrieb treibt, angetrieben von der Sonnenrotation der Trägervorrichtung, die Rotation der ersten Planeten-Mahlstation mit der zweiten Planetendrehzahl UP2 um die zweite Planeten-Drehachse P2 an. Der erste Zahnriemenantrieb treibt, angetrieben von der Rotation der ersten Planeten-Mahlstation, die Rotation der Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung mit der Planetendrehzahl UP1 um die erste Planeten-Drehachse P1 an. Der erste Zahnriemenantrieb ist vorzugsweise ein geschränkter Zahnriemenantrieb, der mit der ersten Mahlstation um die zweite Planeten-Drehachse P2 mitrotiert. Der erste Zahnriemenantrieb kann ein horizontales Antriebs- Zahnriemenrad (vertikale Rotationsachse), das fest mit der Trägervorrichtung verbunden sein kann, und ein vertikales Abtriebs-Zahnriemenrad (horizontale Rotationsachse), sowie eine Zahnriemenumlenkung von der Horizontalen in die Vertikale, z.B. mittels zumindest einer Umlenkrolle, umfassen. Mit anderen Worten treibt die Rotation der ersten Planeten-Mahlstation um die zweite Planeten-Drehachse P2 über das horizontale Antriebs- Zahnriemenrad den ersten Zahnriemenantrieb an, der wiederum die Drehbewegung um die vertikale zweite Planeten-Drehachse P2 in eine Drehbewegung um die horizontale erste Planeten-Drehachse P1 umsetzt.
Für eine Planetenmühle mit 3-D-Rotation des Mahlgefäßes um die Sonnenachse und um die beiden Planeten- Drehachsen hat sich ein relatives Drehzahlverhältnis zwischen der Rotation der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die zweite Planeten-Drehachse und der Rotation der Trägervorrichtung um die Sonnenachse gezeigt, das betragsmäßig (|UP2 : US|) im Bereich zwischen 25 : 1 und 0,5 : 1, vorzugsweise zwischen 5 : 1 und 1 : 1 liegt. Die Rotationsrichtungen der Sonnenrotation und der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die zweite Planeten-Drehachse können gleichläufig oder gegenläufig sein, wobei gegenläufig bevorzugt wird. Vorzugsweise liegt also UP2 : US im Bereich zwischen -25 : 1 und -0,5 : 1, vorzugsweise zwischen -5 : 1 und -1 : 1, wobei das negative Vorzeichen für gegenläufige Rotationsrichtungen steht. Als weiter vorteilhaft hat sich ein Drehzahlverhältnis zwischen der Rotation der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung mit dem Mahlgefäß um die erste Planeten-Drehachse und um die zweite Planeten-Drehachse als vorteilhaft gezeigt, das betragsmäßig (|UP1 : UP2|) im Bereich zwischen 10 : 1 und 0,1 : 1, vorzugsweise im Bereich zwischen 5 : 1 und 0,2 : 1 liegt.
Vorstehend wurde die Planetenmühle anhand eines Beispiels mit einem Planeten bzw. einer- Planeten-Mahlstation beschrieben (Mono-Planetenmühle). Die erfindungsgemäße Planetenmühle kann jedoch auch noch eine zweite (Duo-Planetenmühle), dritte (Triple-Planetenmühle), vierte (Quattro-Planetenmühle) und/oder weitere Planeten- Mahlstationen umfassen, die auf der Planeten-Umlaufbahn um die Sonnenachse umlaufen (Multi-Planetenmühle). Insbesondere sind die weiteren Planeten-Mahlstationen identisch zu der ersten Planeten-Mahlstation aufgebaut, so dass hier auf entsprechende Wiederholungen verzichtet werden kann. Auch die weiteren (Planeten-)Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtungen werden und um jeweils eine eigene erste und/oder zweite Planeten-Drehachse rotierend angetrieben. Typischerweise sind eine Duo- bzw. Quattro-Planetenmühle symmetrisch zur Sonnenachse aufgebaut, bzw. alle Planeten-Mahlstationen laufen auf derselben Planeten-Umlaufbahn um (symmetrische Multi- Planetenmühle). Vorzugsweise rotieren bei einer 3-D-Multi-Planetenmühle alle Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtungen mit den jeweils zugehörigen Mahlgefäßen um deren jeweils zugehörige zweite Planeten-Drehachse gegenläufig zu der Sonnenrotation, insbesondere mit den vorstehend beschriebenen Drehzahlverhältnissen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Trägervorrichtung bzw. die Sonnenscheibe auf der Planeten- Umlaufbahn jeweils Aussparungen zur Aufnahme der Planeten-Mahlstation aufweisen, so dass die Planeten- Mahlstationen, zumindest teilweise, z.B. mit dem unteren Wellenfortsatz in der Sonnenscheibe versenkt rotieren können. Diese Art der Planeten-Lagerung hat sich bewährt.
Die Planetenmühle weist zumindest folgende konstruktive und dynamische Parameter auf:
• den Radius der Planetenumlaufbahn, kurz Sonnenradius, rp,
• den Planeteninnenradius rv,
• das Verhältnis von Sonnenradius zu Planeteninnenradius rp : rv,
• die Sonnendrehzahl US,
• die erste Planetendrehzahl UP1 um die erste Planeten-Drehachse,
• ggf. die zweite Planetendrehzahl UP2 um die zweite Planeten-Drehachse,
• das Verhältnis der ersten Planetendrehzahl zur Sonnendrehzahl UP1 : US und/oder
• ggf. das Verhältnis der zweiten Planetendrehzahl zur Sonnendrehzahl UP2 : US. Dabei definiert der exzentrische Versatz der ersten Planeten-Mahlstation zu der Sonnenachse den Sonnenradius rp zwischen der Sonnenachse und dem Mittelpunkt der Planeten-Mahlstation. Das Mahlgefäß weist einen Innenraum zum Einfüllen des Mahlguts und der Mahlkörper auf und der Innenraum definiert den Planeteninnenradius rv. Vorzugsweise ist einer, sind mehrere oder sind alle dieser konstruktiven und dynamischen Parameter der Planetenmühle derart ausgewählt, dass sich im Betrieb der Planetenmühle das Mahlgut und ggf. die Mahlkörper zeitweise von der Innenwandung des Mahlgefäßes lösen, sich durch den Innenraum des Mahlgefäßes bewegen und wieder gegen die Innenwandung des Mahlgefäßes prallen.
Es ist anzunehmen, dass insbesondere durch die Kombination aus der Umlauflaufbewegung um die Sonnenachse und die erste Planetenrotation um eine zur Sonnenachse windschiefe Planeten-Drehachse, und ggf. noch unter Hinzufügung einer weiteren zweiten Planetenrotation um eine weitere zweite Planeten-Drehachse, welche parallel zu der Sonnenachse sein kann, aber nicht muss, ein besonderes Bewegungsregime mit Ablösung des Mahlguts und ggf. der Mahlkörper von der Innenwandung des Mahlgefäßes erzeugt werden kann, welches - ohne Anspruch auf wissenschaftliche Korrektheit - ggf. sogar eine Art chaotische Flugbahnen der Partikel in dem Mahlgefäß bewirken kann.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis aus Planeteninnenradius rv zu Sonnenradius rp im Bereich von 1 : 0,5 bis 1 : 10, vorzugsweise im Bereich von 1 : 0,8 bis 1 : 8, vorzugsweise im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 5,5, wobei der exzentrische Versatz der ersten Planeten-Mahlstation zu der Sonnenachse den Sonnenradius rp zwischen der Sonnenachse und dem Mittelpunkt der Planeten-Mahlstation definiert und wobei das Mahlgefäß einen Innenraum zum Einfüllen des Mahlguts und der Mahlkörper aufweist und der Innenraum einen Planeteninnenradius r definiert. Diese Verhältnisse lassen eine gute Mahlwirkung und ein geeignetes Bewegungsregime erwarten.
Bei der (Labor-)Planetenmühle ist das Mahlgefäß insbesondere lösbar in die jeweilige Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung einsetzbar und das Mahlgefäß weist vorzugsweise einen Mahlbecher und einen von dem Mahlbecher lösbaren Mahlbecherdeckel auf, um das Mahlgefäß aus der Planetenmühle entnehmen und zur Mahlgutbefüllung und Mahlgutentnahme öffnen zu können. Vorzugsweise ist weist Mahlgefäß einen zylindrischen, sphärischen oder ellipsoidförmigen Innenraum zum Einfüllen des Mahlguts und der Mahlkörper auf. Diese Gefäßformen haben sich als besonders geeignet in Zusammenhang mit den besonderen dynamischen Verhältnissen gezeigt.
Die äußere Form des Mahlgefäßes kann im Wesentlichen zylindrisch sein, unabhängig von der Form des Innenraums, und definiert eine zentrale Mahlbecherachse. Vorzugsweise besteht das Mahlgefäß aus einem Mahlbecher mit einem sich transversal zu der Mahlbecherachse erstreckenden Mahlbecherboden und einer mit dem Mahlbecherboden umlaufend verbundenen und sich von dem Mahlbecherboden axial erstreckenden ringförmigen Mahlbecherwandung. An seiner dem Mahlbecherboden axial gegenüberliegenden Oberseite ist der Mahlbecher offen. In einem axialen Querschnitt kann die äußere Form des Mahlbechers im Großen und Ganzen U-förmig sein. Die offene Oberseite des Mahlbechers bildet eine ringförmige Dichtfläche und der Mahlbecher wird mit einem separaten Mahlbecherdeckel verschlossen, der gegen die ringförmige Dichtfläche des Mahlbechers dichtet. Der Mahlbecherdeckel erstreckt sich transversal zu der Mahlbecherachse und weist unterseitig einen zentralen Bereich auf, der die obere Begrenzung des Mahlgefäß-Innenraums bildet und einen den zentralen Bereich umgebenden peripheren Ringbereich, der gegen die ringförmige Dichtfläche des Mahlbechers dichtet. Der zentrale Bereich der Unterseite steht also im Betrieb der Planetenmühle in Kontakt mit dem Mahlgut und ggf. den Mahlkörpern, wohingegen der periphere Ringbereich der ringförmigen Dichtfläche des Mahlbechers gegenüberliegt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtungen derart ausgestaltet, dass verschiedene, ggf. verschieden große Mahlgefäße in die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtungen austauschbar einsetzbar sind. Weiter vorzugsweise weisen die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtungen jeweils eine Verspannvorrichtung auf, um die mit dem Mahlbecherdeckel verschlossenen Mahlbecher in der jeweiligen Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung für den Mahlvorgang sicher zu verspannen.
Vorzugsweise weist die erste Mahlstation eine Haltevorrichtung und eine parallel zur Trägervorrichtung, also horizontal verlaufende erste Planetenwelle auf, die die erste Planeten-Drehachse definiert und an der die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung befestigt ist. Das Mahlgefäß ist in die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung einsetzbar und in dieser verspannbar. Die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung ist mit der horizontalen ersten Planetenwelle in der Haltevorrichtung um 360° rotierbar gelagert und kann mit dem in der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung verspannten Mahlgefäß in der Haltevorrichtung, angetrieben mit der ersten Planetendrehzahl UP1, frei rotieren.
Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung einen Spannkäfig auf, in dem das Mahlgefäß verspannbar ist, wobei der Spannkäfig insbesondere Folgendes aufweist:
- ein Käfigunterteil, hergerichtet zum Einsetzen des Mahlgefäßes, wobei das Käfigunterteil einen Ringabschnitt, einen mit dem Ringabschnitt verbundenen und sich von dem Ringabschnitt axial erstreckenden Mantelabschnitt und einen den Mantelabschnitt bodenseitig begrenzenden Käfigboden aufweist, wobei die erste Planetenwelle an dem Ringabschnitt befestigt ist,
- ein Käfigdeckelteil zum Verschließen des Spannkäfigs, wobei das Mahlgefäß bei geöffnetem Spannkäfig in den Spannkäfig einsetzbar und aus dem Spannkäfig entnehmbar ist, und
- eine Verspannvorrichtung zum Verspannen des Mahlgefäßes (90) in dem Spannkäfig, wenn der Spannkäfig geschlossen ist.
Das Käfigdeckelteil ist insbesondere lösbar an dem Käfigunterteil befestigt. Dies kann mit einem Verschluss, z.B. mit einem Bajonettverschluss erreicht werden.
Das Mahlgefäß besteht vorzugsweise aus einem Mahlbecher mit einer Mahlbecherachse und einem von dem Mahlbecher lösbaren Mahlbecherdeckel, um das Mahlgut in den Mahlbecher einfüllen und entnehmen zu können. Der Mahlbecherdeckel kann mit der Verspannvorrichtung axial gegen den Mahlbecher verspannbar werden, wenn das Mahlgefäß in den Spannkäfig eingesetzt ist und der Spannkäfig geschlossen ist.
Vorzugsweise erzeugt die Verspannvorrichtung hierzu eine senkrecht zu der ersten Planeten-Drehachse P1 wirkende Spannkraft auf das Mahlgefäß.
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.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische ausschnittsweise Darstellung der konstruktiven und dynamischen Parameter einer 3-D- Planetenmühle gemäß einer Modellbetrachtung,
Fig. 2 eine dreidimensionale Darstellung einer 3-D-Planetenmühle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in Form einer Mono-3-D-Planetenmühle,
Fig. 3 Teile des Innenlebens der 3-D-Planetenmühle aus Fig. 2,
Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht von schräg oben auf die Trägervorrichtung und die Planeten-Mahlstation der 3-D-Planetenmühle aus Fig. 2.
Fig. 5 eine dreidimensionale Ansicht von schräg unten auf die Trägervorrichtung der 3-D-Planetenmühle aus Fig.
2,
Fig. 6 eine geschnittene dreidimensionale Darstellung der Trägervorrichtung und der Planeten-Mahlstation der 3- D-Planetenmühle aus Fig. 2,
Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung durch die Trägervorrichtung und die Planeten-Mahlstation der 3-D- Planetenmühle aus Fig. 2,
Fig. 8 eine dreidimensionale Ansicht von schräg oben auf die Trägervorrichtung und die Planeten-Mahlstation einer Planetenmühle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 9 eine dreidimensionale Ansicht von schräg unten auf die Trägervorrichtung gemäß Fig. 8,
Fig. 10 eine geschnittene dreidimensionale Darstellung der Trägervorrichtung und der Planeten-Mahlstation gemäß Fig. 8,
Fig. 11 eine Querschnittsdarstellung durch die Trägervorrichtung und die Planeten-Mahlstation gemäß Fig. 8,
Fig. 12 eine dreidimensionale Darstellung einer 3-D-Planetenmühle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung als Duo-3-D-Planetenmühle,
Fig. 13 eine dreidimensionale Ansicht von schräg oben auf die Trägervorrichtung und die beiden Planeten- Mahlstationen der 3-D-Planetenmühle aus Fig. 12,
Fig. 14 eine dreidimensionale Ansicht von schräg unten auf die Trägervorrichtung und die beiden Planeten- Mahlstationen der 3-D-Planetenmühle aus Fig. 12, Fig. 15 eine geschnittene dreidimensionale Darstellung durch Teile des Innenlebens der 3-D-Planetenmühle aus Fig. 12,
Fig. 16 eine Querschnittsdarstellung durch Teile des Innenlebens der 3-D-Planetenmühle aus Fig. 12,
Fig. 17 eine dreidimensionale Darstellung der Trägervorrichtung mit zwei Mahlstationen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 18 ein Querschnitt durch die Trägervorrichtung und die Mahlstationen aus Fig. 17
Fig. 19 eine dreidimensionale Darstellung des Käfigunterteils in einer Mahlstation gemäß Fig. 17,
Fig. 20 wie Fig. 19 mit eingesetztem Mahlgefäß,
Fig. 21 eine dreidimensionale Darstellung des geschlossenen Spannkäfigs mit verspanntem Mahlgefäß, Fig. 22 eine dreidimensionale Darstellung der Trägervorrichtung aus Fig. 17 mit alternativen Mahlgefäßen, Fig. 23 ein Querschnitt durch die Trägervorrichtung und die Mahlstationen aus Fig. 22.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Für konventionelle Planetenkugelmühlen sind aus der Veröffentlichung „Contributions to The Modelling Of The Milling Process in a Planetary Ball Mill”, Gy. Kakuk1, 1, Zsoldos1, Ä. Csanädy2, 1.OIdal1, 1Szent Istvan University, Faculty of Mechanical Engineering, H-2103 Pater Karoly Str. 1, Gödöllö, Hungary, 2Bay Zoltan Foundation, Institute of Material Science and Technology, H-1116, Fehervari Str. 130, Budapest, Hungary, Rev.Adv.Mater.Sci. 22(2009) 21-38, Berechnungen auf Basis der konventionellen Planetenkugelmühle PULVERISETTE 4 der Anmelderin bekannt. Diese Veröffentlichung wird hiermit durch Referenz inkorporiert. Auf Basis der in dieser Veröffentlichung zugrundeliegenden theoretischen Modelle für eine konventionelle (2-D) Planetenkugelmühle wurden nun neue theoretische Betrachtungen angestellt, um die komplexen dynamischen Verhältnisse in einer 3-D-Planetenmühle entsprechend der vorliegenden Erfindung zu untersuchen. Diese theoretischen Betrachtungen sind im Folgenden dargestellt. Sie basieren auf theoretischen Annahmen, Näherungen und Modellen und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit und Richtigkeit, können aber hilfreich zum Verständnis der komplexen dynamischen Mahlvorgänge in einer 3-D-Planeten(kugel)mühle sein.
Bezug nehmend auf Fig. 1 wird im Folgenden eine Modellbetrachtung zu einer 3-D-Planeten(kugel)mühle dargestellt.
Mahlung in einer 3-D-Planetenkugelmühle
In einer beispielhaften 3-D-Planetenkugelmühle wird gegenüber einer konventionellen Planetenkugelmühle zusätzlich zur Sonnenachse S und zu der parallel zur Sonnenachse S verlaufenden (zweiten) Planeten-Drehachse P2 eine weitere (erste) Planeten-Drehachse P1 für das Mahlgefäß 90 bzw. den Mahlbecher 91a, z.B. in der Sonnenebene 52 parallel zur X-Richtung, eingeführt. Die zusätzliche Planeten-Drehachse P1 kann z.B. in einer Höhe h über der Trägervorrichtung 22 senkrecht zur Mahlgefäßachse durch das Mahlgefäßzentrum Qi liegen und das Mahlgefäß kann sich z.B. mit gleicher Drehzahl um die zusätzliche erste Planeten-Drehachse P1 drehen, wie um die zweite Planeten-Drehachse P2 durch Qi. Das Mahlgefäß 90 in der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 wird hierbei z.B. in einer um den Radius rp der Planetenumlaufbahn, kurz Sonnenradius rp genannt, exzentrisch angeordneten kardanischen Aufhängung um beide Planeten-Drehachsen P1, P2 rotierend angetrieben. Planetenbewegungen und Kräfteverhältnisse
Bezug nehmend auf Fig. 1 sind die Kräfte, die auf die Mahlkugeln im Mahlbecher wirken, demnach:
• die Zentrifugalkraft aus dem Zentrum der Sonnenscheibe Fsz
• die Zentrifugalkraft aus der Mitte des Mahlbechers Fr
• die Zentrifugalkraft aus der Mitte des Mahlbechers Frs
(aus der Rotation um die erste Planeten-Drehachse)
• die sich aus dem Zusammenspiel von Mahlkugeln und Mahlbecher ergebende Normalkraft N und die Reibungskraft Fs
• die Corioliskräfte Fc und Fes
• die Schwerkraft
Unter Berücksichtigung der zusätzlichen (ersten) Planeten-Drehachse P1 senkrecht zur Mahlbecherachse durch Oi ergeben sich für die Rotationen um die erste Planeten-Drehachse P1 des Mahlbechers folgende Beschleunigungen und Kräfte. Die Corioliskraft wirkt bei Bewegungen in allen Richtungen, die zumindest eine Komponente senkrecht zur Drehachse haben, und verursacht ständig eine Ablenkung zu einer Seite, denn diese Kraft steht immer senkrecht zur augenblicklichen Bewegungsrichtung auf der Scheibe.
Aus der Summe der Kräfte innerhalb des Systems ergeben sich die wirkenden Einzelkräfte
Ablösewinkel
Somit ändert sich die Ablösebedingung zu: oder für WV = OÜVS , Tp + Tp ' COS j m j, ■ fijJ - — - - COS(JT — ff) + 2 ■ ni& ■ = rnb ■ Tj, ■
■^2 - cos/?
Der Einfluss des Verhältnisses (i) auf den Ablösewinkel und auf die Mahlkugelbahn (Bewegungsregime) Obwohl Drehungen im Allgemeinen in ihrer Reihenfolge nicht vertauscht werden dürfen, ist bei der Winkelgeschwindigkeit die Kommutativität der Addition gegeben. Es sollte also keine Rolle spielen, in welcher Reihenfolge die Komponenten der Winkelgeschwindigkeit oder ganze Winkelgeschwindigkeitsvektoren addiert werden. Der Arbeitsbereich einer 3-D-Planetenkugelmühle (iümit i ikntisch) wird also durch die zusätzliche Drehung des Mahlbechers um die zusätzliche erste Planeten-Drehachse P1 in Richtung Reibregime verschoben. Das Übersetzungsverhältnis kann wie folgt modelliert werden: ändert sich für wv= wvs zu wobei Wp die Winkelgeschwindigkeit der Rotation der Trägervorrichtung 22 bzw. Sonnenscheibe um die Sonnenachse S, wvs die Winkelgeschwindigkeit der Planetenrotation um die (zumindest zeitweise bzw. zeitlich überwiegend windschief zur Sonnenachse verlaufende) erste Planeten-Drehachse P1 und wv die Winkelgeschwindigkeit der Planetenrotation um die parallel zur Sonnenachse verlaufende zweite Planeten- Drehachse P2 ist.
Bei ansonsten gleichen geometrischen Verhältnissen zeigt sich also anhand der vorstehenden Modellrechnungen, dass das Reibregime schon bei kleineren Übersetzungsverhältnissen erreicht werden kann, als in einer konventionellen 2-D-Planetenkugelmühle. Daher ist zu erwarten, dass durch die zusätzliche Drehung des Mahlbechers um eine zusätzliche senkrecht zur „üblichen" Planeten-Drehachse P2 liegende Planeten-Drehachse P1 das Mahlergebnis in vorteilhafter Weise beeinflusst werden kann. Dies ist bei einer vektoriellen Betrachtung auch für andere windschief zur Sonnenachse liegende Planeten-Drehachsen P1 zu erwarten.
Geschwindigkeit im Ablösepunkt
Bei einer konventionellen 2-D-Planetenkugelmühle führt der Mahlbecher eine Drehbewegung um die Z-Achse aus.
Bei der 3-D-Planetenkugelmühle führt der Mahlbecher zusätzliche, permanent wechselnde Drehbewegungen um die X- und die Y-Achse aus. Vgl. https://de.wikipedia.org/wiki/Drehmatrix
Die resultierende Ablösegeschwindigkeit (Vd) am Punkt „A" ergibt sich aus der Summe der Umfangsgeschwindigkeit der Sonnenscheibe (Vdp) und den Umfangsgeschwindigkeiten aus der Drehung des Mahlbechers und seiner Komponenten in X-, Y- und Z-Richtung als
Die Umfangsgeschwindigkeit wird durch die Rotation um die zusätzliche (erste) Planeten-Drehachse P1 senkrecht zur Mahlbecherachse durch Oi erhöht.
Fazit
Bei einer 3-D-Planetenkugelmühle werden durch die Rotation um die zusätzliche (erste) Planeten-Drehachse P1 die Mahlbedingungen beeinflusst. Der Ablösepunkt und Ablösewinkel werden verändert, so dass sich in einer 3-D- Planetenkugelmühle ein anderes Bewegungsregime einstellt. Gleichzeitig wird die Ablösegeschwindigkeit und damit alle folgenden Parameter wie die kinetische Energie der Mahlkugeln im Aufprallpunkt, die Geschwindigkeit im Aufprallpunkt und folglich die Aufprallenergie und die Mahlleistung verändert. Die vorstehende Betrachtung basiert auf einer 3-D-Planetenmühle mit zwei Planeten-Drehachsen P1, P2, von denen eine Planeten-Drehachse parallelversetzt (P2) zur Sonnenachse S und eine Planeten-Drehachse (P1) parallel zur Rotationsebene 52 und zumindest zeitlich überwiegend windschief zur Sonnenachse S, verläuft. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass besondere dynamische Verhältnisse, zumindest teilweise, auch bereits mit lediglich einer einzigen Planeten- Drehachse P1 erzielt werden können, die windschief zur Sonnenachse S verläuft.
Speziell bei innen nicht-kugelförmigen Mahlbechern 91a, also z.B. bei Zylinder- oder Ellipsoidförmigen Mahlbecherinnenräumen 92 ist zu erwarten, dass sich die Ablöse- und Aufprallpunkte abhängig von wvs permanent ändern und keiner harmonischen sin- oder cos-Funktion mehr folgen. Damit einhergehend sind chaotisch wechselnde Flugbahnen und Geschwindigkeitsvektoren zu erwarten, so dass auch das Bewegungsregime ständig wechseln sollte.
Wegen der in diesem Zusammenhang anzunehmenden guten Durchmischung ist eine Mahlbarkeitsgrenze bei Trockenmahlungen im Feinbereich zu erwarten. Auch kann angenommen werden, dass die Homogenisierung des Mahlgutes durch den Energieeintrag der Mahlkugeln in vorteilhaften Bereichen liegen können. Bezugnehmend auf Fig. 2 weist die Planetenmühle 10 im Labormaßstab ein Gerätegehäuse 12 mit einem Gehäusedeckel 14 sowie einer Eingabeeinrichtung 16 zur Steuerung der Planetenmühle 10, kurz Steuerungspanel 16, zur Benutzereingabe von Betriebsparametern, umfassend z.B. die Drehzahl, auf. Der Gehäusedeckel 14 ist im geöffneten Zustand dargestellt und lässt sich im vorliegenden Beispiel durch Zuklappen nach unten schließen und ggf. verriegeln, um eine sichere Freigabe zum Betrieb der Planetenmühle 10 zu gewährleisten. Bei geschlossenem Gerätedeckel 14 ist der innere Arbeitsraum 18, in welchem die beweglichen Teile der Planetenmühle 10, wie die Trägervorrichtung 22, die Planeten-Mahlstation 24 und die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 rotieren, geschlossen, um Sicherheitsvorgaben für eine Labormühle zu erfüllen.
Bei der in Fig. 2 bis 7 dargestellten (Labor-)Planetenmühle 10 handelt es sich um eine Mono-Planetenmühle 10 mit lediglich einer einzigen Planeten-Mahlstation 24 und einem radial verstellbaren Gegengewicht 28, zum Ausgleich der Unwucht der lediglich einen Planeten-Mahlstation 24.
Das Gerätegehäuse 12 ist an seiner Unterseite durch eine Bodenplatte 32 (vgl. Fig. 3) abgeschlossen. Die Bodenplatte 32 kann an ihrer Unterseite Standfüße 34 aufweisen, mit denen die Planetenmühle 10 auf einem Labortisch (nicht dargestellt) oder dergleichen in einem Labor aufstellbar ist.
Die Rotation um alle vorhandenen Drehachsen, also in diesem Beispiel um die Sonnenachse S, um die erste Planeten-Drehachse P1 und um die zweite Planeten-Drehachse P2, wird durch denselben Primärantrieb 38 angetrieben, z.B. umfassend einen elektrischen Antriebsmotor 36. Der Primärantrieb 38 der Trägervorrichtung 22 erfolgt im vorliegenden Beispiel durch den elektrischen Antriebsmotor 36, der einen Keilriemen 40 antreibt, welcher wiederum die Trägervorrichtung 22 rotierend antreibt.
Die Trägervorrichtung 22 ist z.B. als runde Sonnenscheibe mit einer oberen Deckscheibe 22a und einer unteren Riemenscheibe 22b als Abtriebsscheibe des Primärantriebs 38 ausgebildet. Die Abtriebsscheibe 22b wird von dem Primärantrieb 38 zur Rotation um die Sonnenachse S angetrieben. Im vorliegenden Beispiel weist die Abtriebsscheibe 22b zum Antreiben der Trägervorrichtung 22 um die Sonnenachse S eine Keilriemennut 42 für den Keilriemen 40 des primären Riemenantriebs 38 auf.
Die Trägervorrichtung 22 ist z.B. mittels Kugellagern 44 rotierend an einem Sonnenachsstummel 46 gelagert, wobei der Sonnenachsstummel 46 an der Bodenplatte 32 befestigt, z.B. mit dieser verschraubt ist, also im Laborsystem fest steht. Angetrieben durch den Primärantrieb 38 rotiert die Trägervorrichtung 22 im Laborsystem um die Sonnenachse S bzw. um den Sonnenachsstummel 46.
An dem Sonnenachsstummel 46 ist ein Antriebsrad 48 für den Planetenrotationsantrieb 50, im vorliegenden Beispiel als Zahnriemenantrieb 50, befestigt. Bei Rotation der Trägervorrichtung 22 läuft die Planeten-Mahlstation 24, mitgenommen durch die Trägervorrichtung 22 auf der Planetenumlaufbahn 54 um die Sonnenachse S um. Die Planeten-Mahlstation 24 weist im unteren Bereich einen Wellenfortsatz 56 auf, welcher z.B. mittels eines Kugellager 58 rotierbar um die Planeten-Drehachse P2 in der Trägervorrichtung 22 gelagert ist. Angetrieben durch den Umlauf der Planeten-Mahlstation 24 um die Sonnenachse S treibt der Planetenantrieb 50 die Rotation des Wellenfortsatzes 56 bzw. der Planeten-Mahlstation 24 um die zweite Planeten-Drehachse P2 über ein an dem Wellenfortsatz 56 befestigtes Abtriebsrad 60 an. Die Verwendung eines Zahnriemenantriebs (mit einer Antriebs-Zahnriemenscheibe 48, einer Abtriebs-Zahnriemenscheibe 60 und einem Zahnriemen 62) als Planetenrotationsantrieb 50 für die Planeten-Mahlstation 24 gewährleistet die Synchronität der Rotationen der Planeten-Mahlstation 24 um die Planeten-Drehachse P2 zu der Rotation der Trägervorrichtung 22 um die Sonnenachse S, so dass ein vordefiniertes Drehzahlverhältnis sicher gewährleistet ist. Gleichzeitig weist der Zahnriemenantrieb 50 ausreichend Flexibilität im Hinblick auf durch chaotische Mahlgutbewegung verursachte dynamische Unwucht auf.
In der Planeten-Mahlstation 24 ist eine Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 bzw. Mahlgefäß-Einspannvorrichtung rotierbar um eine weitere (erste) Planeten-Drehachse P1 gelagert. Die Rotation der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 um die erste Planeten-Drehachse P1 wird mittels eines weiteren Planetenrotationsantriebs 70, welcher im vorliegenden Beispiel ebenfalls als Riemenantrieb, insbesondere als Zahnriemenantrieb ausgebildet ist, bewerkstelligt. Hierzu ist ein Antriebsrad bzw. eine Antriebs-Zahnriemenscheibe 68 im Bereich der Planeten- Mahlstation 24 an der Trägervorrichtung 22 befestigt, in diesem Beispiel koaxial zu dem Wellenfortsatz 56. Das Antriebsrad 68 treibt über einen Zahnriemen 72 ein quer zu der zweiten Planeten-Drehachse P2 und koaxial zu der ersten Planeten-Drehachse P1 liegendes Abtriebsrad bzw. Abtriebs-Zahnriemenscheibe 80 an. Der Planetenantrieb 70 ist in diesem Beispiel als geschränkter Zahnriemenantrieb mit zwei Umlenkrollen 74 ausgebildet. Die Mahlgefäßaufnahmevorrichtung 26 ist mittels einer quer zur zweiten Planeten-Drehachse P2 verlaufenden ersten Planetenwelle 86 rotierbar um die erste Planeten-Drehachse P1 in der Mahlstation 24 gelagert. Mit anderen Worten definiert die in der Planeten-Mahlstation 24 quer zur zweiten Planeten-Drehachse P2 verlaufende erste Planetenwelle 86 die Planeten-Drehachse P1. Die Abtriebs-Zahnriemenscheibe 80 ist an der horizontal mittels Kugellagern 82 in einem Haltegestell 84 der Planeten-Mahlstation 24 gelagerten ersten Planetenwelle 86 befestigt. Der weitere Planetenantrieb 70 für die Planetenrotation um die erste Planeten-Drehachse P1 ist demnach als Winkelantrieb, im vorliegenden Beispiel als 90°-Winkelantrieb ausgebildet.
Somit treibt die Rotation der Trägervorrichtung 22 um die Sonnenachse S zunächst die Rotation der Planeten- Mahlstation 24 um die zweite Planeten-Drehachse P2 an, welche wiederum über den weiteren Planetenantrieb 70 die Rotation der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 um die quer zur zweiten Planeten-Drehachse P2 liegende erste Planeten-Drehachse P1 antreibt.
Der Rotationsantrieb für die Sonnenrotation um die Sonnenachse S und die Planetenrotation um die erste und zweite Planeten-Drehachse P1, P2 ist demnach seriell aufgebaut, wobei der Primärantrieb 38 die Sonnenrotation und damit die Umlaufbewegung der Mahlstation 24 auf der Planetenumlaufbahn 54 antreibt, wobei die Umlaufbewegung der Mahlstation 24 auf der Planetenumlaufbahn 54 die Rotation der Mahlstation 24 um die zweite Planeten-Drehachse P2 antreibt und wobei die Rotation der Mahlstation 24 die Rotation der Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung 26 um die erste Planeten-Drehachse P1 antreibt. Die Planeten-Mahlstation 24 weist in dem vorliegenden Beispiel ein Bodenelement 66 auf, an dessen Unterseite der in der Trägervorrichtung 22 gelagerte Wellenfortsatz 56 befestigt, z.B. festgeschraubt, ist. Seitlich an dem Bodenelement 66 erstrecken sich beidseits der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 Kragarme als Haltevorrichtung 84 nach oben. Die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 ist, z.B. mit Kugellagern 82, in der Haltevorrichtung 84 bzw. zwischen den Kragarmen beidseits gelagert. Die Lagerung der ersten Planetenwelle 86 mittels beidseitiger Wälz- bzw. Kugellager 82 in dem Haltegestell 84 der Planeten-Mahlstation 24 gewährleistet eine hinreichende Stabilität zur Aufnahme der auftretenden Kräfte, auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten. Bei hinreichender Dimensionierung ist jedoch auch eine einseitige Lagerung möglich.
In diesem Beispiel rotiert die gesamte Planeten-Mahlstation 24 um die zweite Planeten-Drehachse P2. Die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 rotiert mit dem darin eingespannten Mahlgefäß 90 innerhalb der Planeten- Mahlstation 24 um die erste Planeten-Drehachse P1 . Das Mahlgefäß 90 vollzieht demnach eine zweifache Planetenrotation um beide Planeten-Drehachsen P1 und P2.
In diesem Beispiel verläuft die zweite Planeten-Drehachse P2 parallel versetzt zur Sonnenachse S1 und die erste Planeten-Drehachse P1 verläuft senkrecht zur zweiten Planeten-Drehachse P2 bzw. parallel zur Rotationsebene 52 der Trägervorrichtung 22, mithin singulär temporär senkrecht zur Sonnenachse S. Es ist jedoch auch denkbar, die erste und/oder zweite Planeten-Drehachse P1, P2 mit einer Neigung vorzusehen, wodurch zusätzliche Komplexität in das Bewegungsregime eingebracht werden kann.
Die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 ist in diesem Beispiel kardanisch an der Trägervorrichtung 22 aufgehängt, und zwar rotierbar um den Wellenfortsatz 56 und die dazu quer liegende erste Planetenwelle 86 bzw. gelagert durch die vertikale Lagerung 58 in der Trägervorrichtung 22 und die horizontale Lagerung 82 in der Planeten-Mahlstation 24.
Mit anderen Worten ist die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 in diesem Beispiel in einer exzentrisch zur Sonnenachse S angeordneten kardanischen Aufhängung rotierbar um die erste und zweite Planeten-Drehachse P1, P2 gelagert, um ein kombinierte Planeten-Dreifachrotation, d.h. Sonnenrotation und zweiachsige Planetenrotation zu bewerkstelligen.
In der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein innen und außen sphärisches Mahlgefäß 90 eingespannt, wobei verschiedene Spannmechanismen zur Anwendung kommen können. Das sphärische Mahlgefäß 90 definiert einen sphärischen Innenraum 92, in welchen das hier nicht dargestellte Mahlgut und ggf. Mahlkörper, z.B. Mahlkugeln eingefüllt werden.
Zusammenfassend rotiert die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 mit dem Mahlgefäß 90 zusätzlich zu dem Umlauf auf der Planetenumlaufbahn 54, vermittels der kardanischen Aufhängung, mit einer ersten Planetendrehzahl UP1 um die erste Planeten-Drehachse P1 , welche im vorliegenden Beispiel parallel zur Rotationsebene 52 der Trägervorrichtung 22 angeordnet ist, und gleichzeitig mit einer zweiten Planetendrehzahl UP2 um die vertikale bzw. parallel zur Sonnenachse S angeordnete zweite Planeten-Drehachse P2. Es ist ersichtlich, dass die erste Planeten- Drehachse P1 außer temporär zu singulären Zeitpunkten die Sonnenachse S nicht schneidet (vgl. Fig. 6, 7), also (zeitlich) überwiegend windschief zur Sonnenachse S verläuft, also nicht parallel zur Sonnenachse S liegt und die Sonnenachse zumindest (zeitlich) überwiegend nicht schneidet. Mit anderen Worten schneidet die erste Planeten- Drehachse P1 die Sonnenachse S nicht mehr als temporär zu singulären Zeitpunkten und verläuft ansonsten windschief zur Sonnenachse S.
Durch die hiermit verursachte komplexe Umlauf- und Planetenrotationsbewegung im dreidimensionalen Raum sind, wie vorstehend dargelegt, besondere, ggf. chaotische dynamische Verhältnisse in der Bewegung des Mahlguts und ggf. der Mahlkörper in dem Mahlgefäßinnenraum 92 zu erwarten.
In dem vorliegenden Beispiel beträgt das Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Planetenrotationen um die Planeten-Drehachsen P1 und P2, also UP1 : UP2 = 1 . Es können jedoch in Abhängigkeit der Mahlaufgabe auch andere Drehzahlverhältnisse UP1 : UP2 größer oder kleiner als 1 vorgegeben werden. Vorzugsweise ist auch der Antrieb 70 für die Rotation um die erste Planeten-Drehachse P1 ein Synchronantrieb, bevorzugt, wie im vorliegenden Beispiel ein Zahnriemenantrieb, um ein vordefiniertes Drehzahlverhältnis zu gewährleisten. Der Zahnriemenantrieb 70 zum Antreiben der Rotation der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 um die erste Planeten-Drehachse P1 ist als geschränkter Zahnriemenantrieb ausgebildet.
Der Innenradius des Mahlgefäßes 90 definiert den Planeteninnenradius rv. Wenn die Planetenmühle 10 relativ große Mahlgefäße 90, z.B. größer oder gleich 250 ml oder sogar 500 ml, tragen soll und trotzdem relativ klein bauen soll, wird ein relativ kleines Radienverhältnis zwischen Sonnenradius rp und Planeteninnenradius rv eingesetzt. Dann steht, wie bei dem vorliegend dargestellten Beispiel, die Sonnenachse S relativ nah an der Innenwandung des Mahlgefäßes 90. Dies ist besonders gut bei Mono-Planetenmühlen möglich. Dabei können die Radienverhältnisse rp : r im Bereich von 1 liegen. Bei einer Mono-Planetenmühle sind sogar Radienverhältnisse rp : rv kleiner als 1, z.B. 0,8 möglich. Größere Radienverhältnisse rp : rv werden insbesondere dann verwendet, wenn kleinere Mahlgefäße 90 zum Einsatz kommen, und/oder wenn die Planetenmühle 10 mehrere Planeten-Mahlstationen 24 aufweist (vgl. Fig.
12 bis 16). Dabei sind z.B. Sonnenradien rp im Bereich von 70 mm und Planeteninnnenradien rv z.B. im Bereich von
13 mm, somit ein Radienverhältnis rp : rv von etwa 5,5 möglich. Vorzugsweise kann das Radienverhältnis rp : rv kleiner oder gleich 10 oder kleiner oder gleich 8 und/oder größer oder gleich 0,5 oder größer oder gleich 0,7 betragen. In jedem Fall schneidet die Sonnenachse S den Innenraum 92 des Mahlgefäßes 90 nicht zentral, sondern lediglich in einem peripheren Randbereich.
Im vorliegenden Beispiel beträgt das relative Drehzahlverhältnis zwischen den Drehzahlen der Planetenrotation UP2 um die zweite Planeten-Drehachse P2 zur Sonnenrotation US UP2 : US = -2 : 1. Um eine möglichst gute Mahlwirkung zu erzeugen, sollten hinreichend hohe Planetendrehzahlen UP2 und UP1 sowohl um die zweite Planeten-Drehachse P2, also auch um die erste Planeten-Drehachse P1 vorliegen. Bei einer konventionellen Planeten-Kugelmühle sind der Planetenrotation allerdings gewisse Grenzen gesetzt, da sich die Partikel ggf. nicht mehr von der Mahlbecherinnenwand 90a lösen, wenn die Beschleunigung aus der Planetenrotation im Vergleich zur Beschleunigung aus der Sonnenrotation zu groß wird. Ggf. kann diese Grenze bei einer 3-D-Rotation verschoben werden. Bei einer wie in den Fig. 2 bis 7 dargestellten 3-D-Planetenmühle 10 kann eine nicht gleichmäßige Bewegung erzeugt werden, wobei der zweifach rotierende Planet bzw. das Mahlgefäß 90 mit seiner Innenwandung „unter" dem Mahlgut, das durch die Sonnenrotation „nach außen" beschleunigt wird, im Bezugssystem der Trägervorrichtung 22 bzw. Laborsystem seine Drehrichtung umkehrt. Dadurch kann ggf. eine weitere, jedenfalls andere Reibung zwischen dem Mahlgut und ggf. den Malkörpern und der Mahlgefäßinnenwandung 90a erzeugt werden, was sich in vorteilhafter Weise auf die Mahlwirkung auswirken kann. Daher kann der Betrag des relativen Drehzahlverhältnisses | UP2 : US| gegebenenfalls bis zu 25 : 1 betragen, wobei als untere Grenze 0,5 : 1 bzw. 1 : 1 angesetzt werden kann. Die Rotation um die Planeten-Drehachse P2 kann dabei gleichläufig oder gegenläufig zum Umlauf um die Sonnenachse S ausgestaltet sein, wobei gegenläufig bevorzugt wird.
In Bezug auf das Drehzahlverhältnis um die zusätzliche windschiefe erste Planeten-Drehachse P1 kann der Betrag des Drehzahlverhältnisses |UP1 : UP2| bis zu 5 : 1, ggf. sogar bis zu 10 : 1 betragen. Es ist allerdings auch eine Untersetzung bis zu 0,1 : 1 oder 0,2 : 1 denkbar. Mit anderen Worten beträgt |UP1 : UP2| kleiner oder gleich 10 : 1, vorzugsweise kleiner oder gleich 5 : 1 und/oder größer oder gleich 0,1 : 1 , vorzugsweise größer oder gleich 0,2 : 1 .
Demgemäß kehrt sich der Rotationsvektor des Mahlgefäßes 90 um die erste Planeten-Drehachse P1 im Bezugssystem der Trägervorrichtung 22 bzw. im Laborsystem durch die Planeten-Rotation um die zweite Planeten- Drehachse P2 regelmäßig um.
In dem dargestellten Beispiel ist das Mahlgefäß 90 sphärisch ausgebildet, es können jedoch u.a. auch Mahlgefäße mit zylindrischem Innenraum oder ellipsoidförmigem Innenraum und insbesondere Mahlgefäße 90 mit einer zylindrischen äußeren Form verwendet werden.
Bezugnehmend auf die Fig. 8 bis 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem auf die „konventionelle" vertikale Planeten-Drehachse P2 verzichtet wird und die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 mit einem, in diesem Beispiel zylindrischen, Mahlgefäß 90 zusätzlich zu der Umlaufbewegung entlang der Planetenumlaufbahn 54 um die Sonnenachse S lediglich um eine einzige, nämlich die erste Planeten-Drehachse P1, eine Planetenrotation vollzieht. Die Planeten-Drehachse P1 steht in diesem Beispiel immer in derselben Orientierung zur Trägervorrichtung 22, vorzugsweise parallel zur Rotationsebene 52 und im vorliegenden Beispiel senkrecht zum Sonnenradius rp bzw. tangential zur Planetenumlaufbahn 54. Mit anderen Worten erfolgt die Planetenrotation um eine horizontal liegende Planeten-Drehachse P1, aber quer zur Sonnenrotation um die Sonnenachse S. Somit liegen die Planeten-Drehachse P1 und Sonnenachse S auch hier windschief zueinander, und zwar bei dieser Ausführungsform fest bzw. dauerhaft. Soweit hierin nicht abweichend beschrieben oder ersichtlich, ist die Konstruktion der in den Fig. 8 bis 11 dargestellten Ausführungsform prinzipiell identisch zur Konstruktion der 3-D-Planetenmühle gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 bis 7, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen hier auf das Vorstehende referenziert werden kann.
Bezugnehmend auf die Fig. 10 bis 11 wird bei dieser Ausführungsform eine Planetenwelle 156 in der Trägervorrichtung exzentrisch rotierbar gelagert und mittels eines Synchronantriebs 50 angetrieben. Die Planetenwelle 156 treibt in diesem Beispiel über ein Zahnradgetriebe 158 die Rotation der Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung 26 und des darin eingespannten Mahlgefäßes 90 um die horizontal liegende Planeten- Drehachse P1 an. Hierzu ist die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 horizontal mittels Kugellagern 82 in der Haltevorrichtung 84 der Planeten-Mahlstation 24 gelagert. Aufgrund des dynamisch weniger komplexen Bewegungsregimes des Mahlguts und ggf. der Mahlkörper wird bei dieser Ausführungsform ein im Vergleich zu einem Zahnriemenantrieb wenig flexibles Zahnradgetriebe für den Antrieb der Planetenrotation als geeignet erachtet.
Das Mahlgefäß 90 besteht aus einem Mahlbecher 91a und einem hiervon lösbaren Mahlbecherdeckel 91b, wobei das Mahlgefäß durch Verspannung des Mahlbechers 91a und des Malbecherdeckels 91b innerhalb der Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung 26 sicher verschlossen ist. Der Mahlbecherinnenraum 92 ist im vorliegenden Beispiel im Großen und Ganzen zylindrisch, wobei z.B. ein abgerundeter Mahlbecherboden 94, wie vorliegend, nicht ausgeschlossen sein soll. Im vorliegenden Beispiel liegt die Zylinderachse des zylindrischen Mahlgefäßes 90 koaxial zur Planeten-Drehachse P1. Es ist jedoch auch denkbar, das Mahlgefäß 90 aufrecht rotieren zu lassen, also mit einer Zylinderachse, die quer bzw. senkrecht zur ersten Planeten-Drehachse P1 verläuft.
Bezugnehmend auf Fig. 12 bis 16 wird eine 3-D-Planetenmühle in Duo-Bauform, also mit zwei in Bezug auf die Sonnenachse S gegenüberliegenden Planeten-Mahlstationen 24 beschrieben. Soweit im Folgenden nicht anderweitig erläutert oder ersichtlich ist, entspricht die Duo-3-D-Planetenmühle 10 der in Fig. 2 bis 7 dargestellten Mono-3-D-Planetenmühle, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf diese Beschreibung verwiesen werden kann.
Bei der Duo-3-D-Planetenmühle 10 sind zwei Planeten-Mahlstationen 24 rotierbar in der Trägervorrichtung 22 gelagert, und zwar insbesondere diametral gegenüberliegend in Bezug auf die Sonnenachse S, um Unwucht zu vermeiden. Beide Planeten-Mahlstationen 24 werden durch einen Riemenantrieb 50 in Rotation um ihre jeweils zugehörigen Planeten-Drehachsen P2 angetrieben, wobei die beiden Planeten-Drehachsen P2 parallelversetzt zur Sonnenachse S verlaufen. Beide Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtungen 26 sind jeweils kardanisch an der Trägervorrichtung 22 gelagert und werden zusätzlich zur Rotation um die vertikale Planeten-Drehachse P2 um jeweils zugehörige horizontale und damit zumindest zeitlich überwiegend windschief zur Sonnenachse S verlaufende Planeten-Drehachsen P1 rotierend angetrieben. Der Antrieb erfolgt auch hierbei beispielhaft über jeweils geschränkte Synchron- bzw. Zahnriemenantriebe 70. Im Unterschied zu der Ausführungsform in Fig. 2 bis 7 weist diese 3-D-Planetenmühle 10 zwei zylindrische Mahlgefäße 90 auf, welche jeweils einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum 92 definieren. Die jeweiligen Mahlbecher 91a und Mahlbecherdeckel 91b sind innerhalb der jeweiligen Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung eingespannt, und zwar vorliegend in der dargestellten Null-Stellung koaxial zur Planeten-Drehachse P2. Es ist jedoch auch möglich, die zylindrischen Mahlgefäße 90 in anderer Orientierung, z.B. in der Nullstellung koaxial zur ersten Planeten-Drehachse P1 zu verspannen. Zylindrische Mahlgefäße 90 können auch in einer Mono-3-D-Planetenmühle oder in Multi-3-D-Planetenmühlen, z.B. mit 3, 4 oder mehr Mahlstationen 24 verwendet werden.
Bezugnehmend auf die Fig. 17 bis 23 ist eine weitere Ausführungsform einer 3-D-Planetenmühle 10 dargestellt. Die in Fig. 17 bis 23 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Duo-3-D-Planetenmühle 10 mit zwei spiegelsymmetrisch identisch aufgebauten Mahlstationen 24, sodass im Folgenden lediglich eine Mahlstation beschrieben werden braucht, um Wiederholungen zu vermeiden. Es ist ersichtlich, dass die Planetenmühle 10 auch als Mono- oder Multi- Planetenmühle 10, z.B. mit 3, 4 oder mehr typischerweise identischen Mahlstationen 24 aufgebaut sein kann.
Die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 besteht aus einem Spannkäfig 102, der mit der horizontalen ersten Planetenwelle 86 mittels Drehlagern 82 in der Haltevorrichtung 84 frei rotierbar (>360°) gelagert ist. Die Haltevorrichtung 84 umfasst zwei Kragarme 85, die mit ihrem unteren Ende 85a an dem Bodenelement 66 der Planeten-Mahlstation 24 befestigt sind und rotiert um die parallel zur Sonnenachse S verlaufende vertikale Planeten- Drehachse P2.
Wie auch bei den Ausführungsformen in Fig. 1-7 und 12-16 treibt der zweite Zahnriemenantrieb 50 die Rotation der Planeten-Mahlstation 24 mit der zweiten Planetendrehzahl UP2 um die vertikale zweite Planeten-Drehachse P2 an. Der erste Zahnriemenantrieb 70 ist in der Planeten-Mahlstation 24 angeordnet und rotiert mit dieser um die zweite Planeten-Drehachse P2. Das Antriebs-Zahnriemenrad 68 des ersten Zahnriemenantriebs 70 ist koaxial zu der vertikalen zweiten Planetenwelle 56 angeordnet und fest mit der Trägervorrichtung 22 (Sonnenscheibe) verbunden, sodass die Rotation der Mahlstation 24 bzw. der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 mit der zweiten Planetenwelle 56 um die zweite Planeten-Drehachse P2 über die Antriebs-Zahnriemenscheibe 68 den Zahnriemen 72 des ersten Zahnriemenantriebs 70 antreibt. Der Zahnriemen 72 treibt dann wiederum über das Abtriebs-Zahnriemenrad 80, die Rotation der damit verbundenen ersten Planetenwelle 86 und der damit verbundenen Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung 26 mit der ersten Planetendrehzahl UP1 um die erste Planeten-Drehachse P1 an.
Der Zahnriemen 72 des ersten Zahnriemenantriebs 70 verläuft zunächst horizontal bzw. parallel zur Rotationsebene 52 der Trägervorrichtung 22 und wird mittels Umlenkrollen 74 in diesem Beispiel um 90° in eine Richtung senkrecht zur Rotationsebene 52 umgelenkt. Auf der horizontalen bzw. parallel zur Rotationsebene 52 verlaufenden ersten Planeten-Drehachse 1 ist das Abtriebs-Zahnriemenrad 80 befestigt, welches von dem vertikalen Abschnitt des Zahnriemens 72 angetrieben wird, um den Spannkäfig 102 mit der ersten Planetendrehzahl UP1 um die horizontale erste Planeten-Drehachse P1 rotierend anzutreiben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Antriebs-Zahnriemenrad 68 und vorzugsweise auch die Umlenkrollen 74 unter dem Bodenelement 66 der Planetenmahlstation 24 angeordnet, sodass der Benutzer im Normalbetrieb keinen Zugriff hierauf erlangt. Der Zahnriemen 72 erstreckt sich durch eine Öffnung 67 in dem Bodenelement 66 quer zur Rotationsebene 52 nach oben bis zu dem Abtriebs-Zahnriemenrad 80, das auf der ersten Planetenwelle 86 sitzt und diese antreibt.
Demnach treibt die Rotation der Trägervorrichtung 22 über den zweiten Zahnriemenantrieb 50 die Rotation der Mahlstation 24 um die zweite Planeten-Drehachse P2 an. Die Rotation der Mahlstation 24 wiederum treibt über den ersten Zahnriemenantrieb 70 die Rotation des Spannkäfigs 102 innerhalb der Haltevorrichtung 84 um die senkrecht zur zweiten Planeten-Drehachse P2 verlaufende erste Planeten-Drehachse P1 an.
Der Spannkäfig 102 umfasst ein Käfigunterteil 106 mit einem Ringabschnitt 104, der mit der ersten Planetenwelle 86 fest verbunden ist. Hierzu erstrecken sich beidseits des Ringabschnitts 104 zwei an gegenüberliegenden Seiten des Ringabschnitts 104 befestigte Achsstummel 87, die die erste Planetenwelle 86 bilden, von dem Ringabschnitt 104 horizontal, transversal nach außen bis in die Drehlager 82. An der Unterseite des Ringabschnitts 104 ist ein Mantelabschnitt 108 des Käfigunterteils 106 mit sich quer zu der ersten Planetenwelle 86 (in der dargestellten Ruheposition nach unten) erstreckenden Mantelstreben 109 und einem mit dem Mantelabschnitt 108 verbundenen Käfigboden 110 befestigt. Der Mantelabschnitt 108 kann zum Beispiel von unten an den Ringabschnitt 104 angeschraubt sein. Das Käfigunterteil 106 bzw. der Ringabschnitt 104 zusammen mit dem Mantelabschnitt 108 und dem Käfigboden 110 bilden einen kardanisch aufgehängten Halbkäfig, in den das Mahlgefäß 90, bestehend aus dem Malbecher 91a und dem hiervon lösbaren Mahlbecherdeckel 91b von oben hineingestellt werden kann. Das Käfigunterteil 106 kann seitlich und/oder an der Unterseite auch becherartig geschlossen sein.
Um das außen im zylindrische Mahlgefäße 90 aufnehmen und verspannen zu können, definiert der Spannkäfig 102 einen zylindrischen Innenraum, der an die zylindrische Form des Mahlgefäßes 90 angepasst ist. Die Mahlstation 24 weist genug Freiraum auf, um auch eine solche im Wesentlichen zylindrisch geformte Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung 26 frei rotieren zu lassen. Das außen zylindrische Mahlgefäß 90 bzw. der Spannkäfig 102 definieren eine Mahlgefäß-Zylinderachse M, welche in der dargestellten Ruheposition mit der zweiten Planeten- Drehachse P2 zusammenfällt. Im Betrieb der Planetenmühle 10 rotiert die Mahlgefäß-Zylinderachse M in einer Ebene senkrecht zu der ersten Planeten-Drehachse P1 bzw. die rotierende Mahlgefäß-Zylinderachse M spannt diese Ebene auf. Die ersten Planeten-Drehachse P1 bildet eine Flächennormale dieser Ebene.
Der Benutzer kann den Mahlbecher 91a separat von der Planetenmühle 10 mit Mahlgut und gegebenenfalls mit Mahlkörpern befüllen und mit dem Mahlbecherdeckel 91b verschließen. Der Benutzer stellt das gefüllte Mahlgefäß 90 manuell in das Käfigunterteil 106 hinein, wie in Fig. 20 dargestellt ist, wobei das Käfigunterteil 106 eine Übermaßpassung für das Mahlgefäß 90 bildet. Nachdem das Mahlgefäß 90 aus dem Mahlbecher 91a und dem Mahlbecherdeckel 91b in das Käfigunterteil 106 eingesetzt wurde, wird der Mahlkäfig 102 an seiner dem Käfigboden 110 axial (M) gegenüberliegenden Seite mit einem Käfigdeckelteil 112 verschlossen, sodass das der mit dem Mahlbecherdeckel 91b verschlossenen Mahlbecher 91a vollständig vom dem Spannkäfig 102 eingehaust wird. Das Käfigdeckelteil 112 weist schlüssellochförmige Bohrungen 114 in einem Ringabschnitt 116 auf, die mit Schrauben 118, die in den zentralen Ringabschnitt 104 des Spannkäfigs 102 eingeschraubt sind bajonettartig Zusammenwirken. Zum Schließen des Spannkäfigs 102 setzt der Benutzer das Käfigdeckelteil 112 auf den Ringabschnitt 104 auf, wobei die Schraubenköpfe 120 durch die Bohrungen 114 des Käfigdeckelteils 112 hindurchtauchen, und wobei die Bohrungen 114 und die Schrauben 118 einen Bajonettverschluss zum Verschließen des Spannkäfigs 102 bilden. Anschließend dreht der Benutzer das Käfigdeckelteil 112 um die Mahlgefäß-Zylinderachse M um den Bajonettverschluss und damit den Spannkäfig 102 zu verschließen. Mit anderen Worten weist die Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung 26 einen öffenbaren und schließbaren Spannkäfig 102 auf, in den das Mahlgefäß 90 einsetzbar ist, wenn der Spannkäfig 102 geöffnet ist und der das Mahlgefäß 90 umschließt und hält, wenn der Spannkäfig 102 geschlossen ist.
Der Spannkäfig 102 weist ferner eine axial zur Mahlbecherachse M wirkende Verspannvorrichtung 122, zum Beispiel in Form einer Spindel 124 mit einem Handdrehgriff 126 auf. Der Benutzer schraubt die Spindel 124 gegen den Mahlbecherdeckel 91 b und verspannt damit den Mahlbecherdeckel 91b gegen den Mahlbecher 91 a und verspannt gleichzeitig das Mahlgefäß 90 in dem Spannkäfig 102. Die Spannkraft F der Verspannvorrichtung 122 wirkt axial in Bezug auf die Mahlbecherachse M und quer zu der horizontalen ersten Planeten-Drehachse P1 .
Im Betrieb der Planetenmühle 10 vollzieht der Spannkäfig 102 eine multidimensionale Bewegung, nämlich läuft um die Sonnenachse S um, rotiert gleichzeitig, vorzugsweise gegenläufig zur Sonnendrehung um die zweite Planeten- Drehachse P2 und rotiert zusätzlich um die horizontale erste Planeten-Drehachse P1, wobei das Mahlgefäß 90 fest und sicher in dem Spannkäfig 102 verspannt und verschlossen ist.
Nachdem der Mahlvorgang beendet ist und die Planetenmühle 10 wieder steht, löst der Benutzer die Verspannvorrichtung 122, wodurch der Bajonettverschluss entlastet wird und kann das Käfigdeckelteil 112 von dem Käfigunterteil 106 wieder abnehmen, um den Spannkäfig 102 zu öffnen. Bei geöffnetem Spannkäfig 102 kann das Mahlgefäß 90 aus dem geöffneten Spannkäfig 102 bzw. aus dem Käfigunterteil 106 wieder entnommen werden. Anschließend können außerhalb der Planetenmühle 10 das fein gemahlene Mahlgut und die Mahlkörper aus dem Mahlbecher 91a entnommen werden. Der Mahlbecher 91a und der Mahlbecherdeckel 91b können anschließend gereinigt werden und nach Wiederbefüllung für den nächsten Mahlvorgang verwendet werden. Der Benutzer kann ferner eine Mehrzahl von Mahlgefäßen 90 vorhalten und je nach Mahlaufgabe das geeignete Mahlgefäß 90 in die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung 26 einsetzen, sodass die Planetenmühle 10 flexibel verwendbar ist. Zum Beispiel können manche Mahlgefäße 90 vollständig aus Edelstahl gefertigt sein und andere Mahlgefäße 90 können zum Beispiel Keramik- oder Achateinsätze aufweisen (nicht dargestellt). Die Haltevorrichtung 84 bzw. die Kragarme 85 sowie die gesamte Mahlstation 24 weisen genug Freiraum für den Spannkäfig 102 auf, dass der Spannkäfig 102 mit der Verspannvorrichtung 122 quer zur Mahlbecherachse M in der Mahlstation 24 frei um die erste Planeten-Drehachse P1 , also um volle 360° und weiter, rotieren kann.
Wie in Fig. 18 zu sehen ist, weist das außen zylindrische Mahlgefäß 90 einen sphärischen Mahlgefäßinnenraum 92 auf, was für manche Mahlaufgaben bei der 3-D-Rotation der Mahlgefäße 90 vorteilhaft sein kann. Bezugnehmend auf die Fig. 23 kann das Mahlgefäß 90 allerdings auch einen zylindrischen Mahlgefäßinnenraum 92 aufweisen. Ein weiterer Vorteil der Verspannung der Mahlgefäße 90 in dem Spannkäfig 102 ist, dass verschiedene Mahlgefäße 90 z.B. mit unterschiedlichen Innenraumgeometrien verwendet werden können, was bei der 3-D-Planetenmühle 10 aufgrund des komplexen Bewegungsregimes je nach Mahlaufgabe vorteilhaft sein kann.
In dem dargestellten Beispiel ist der Spannkäfig 102 relativ offen ausgebildet, was Vorteile in Bezug auf die Luftkühlung der Mahlgefäße 90 während des Mahlvorgangs haben kann. Allerdings ist auch denkbar, den Spannkäfig 102 mit kleineren Öffnungen oder gegebenenfalls sogar ganz geschlossen auszubilden, zum Beispiel, wenn entweder keine große Wärmeentwicklung in der Planetenmühle 10 zu erwarten ist, oder eine aktive Kühlung vorgesehen ist, sodass die Luftkühlung eine untergeordnete Rolle spielt.
Das Käfigunterteil 106, umfassend den Ringabschnitt 104 und den Mantelabschnitt 108, bildet eine zylindrische Aufnahmepassung, in die das Mahlgefäß 90 hineingestellt werden kann. Das Mahlgefäß 90 ist in dem Spannkäfig 102 transversal zur Mahlbecherachse M in den Ringabschnitt 104 und/oder dem Mantelabschnitt 108 geführt und wird axial zur Mahlbecherachse M mittels der Verspannvorrichtung 122 verspannt, sodass die bei der Rotation des Spannkäfigs 102 um die drei Achsen, nämlich die Sonnenachse S und erste und zweite Planeten-Drehachse P1, P2 auftretenden dynamischen Kräfte von dem Spannkäfig 102 sicher auf das Mahlgefäß 90 übertragen werden können.
Aus der Planetenmühle 10 entnehmbare Malbecher 91 a mit einer Wesentlichen zylindrischen Außenform bzw. mit einer im Wesentlichen planen Mahlbecherunterseite 91c haben unabhängig von ihrer Innenraumgeometrie den Vorteil, dass der Benutzer sie zum Befüllen und sonstigen Handling mit der Mahlbecherunterseite 91c einfach auf einen Tisch stellen kann.
Der Benutzer kann die Planetenmühle 10 mit mehreren Mahlgefäßen 90, gegebenenfalls mit unterschiedlicher Größe, aus unterschiedlichem Material und/oder mit unterschiedlichen Mahlgefäß-Innenraumgeometrien erwerben und/oder kann zu einem späteren Zeitpunkt weitere Mahlgefäße 90 hinzukaufen oder verschlissene Mahlgefäße 90 einfach ersetzen, was einen breiten Anwendungsbereich erschließt und kosteneffizient sowie nachhaltig ist.
Zusammenfassend wird eine Planetenmühle 10 vorgeschlagen, bei welcher das bzw. die Mahlgefäße 90 zusätzlich zu der Umlaufbewegung um die Sonnenachse S um mindestens eine zugehörige Planeten-Drehachse P1 rotieren, welche dauerhaft oder zumindest zeitlich überwiegend windschief zur Sonnenachse S liegt und bei welcher das bzw. die Mahlgefäße 90 aus der Planetenmühle 10 entnehmbar ist bzw. sind. Ferner kann das bzw. können die Mahlgefäße 90 an der um die Sonnenachse S rotierenden Trägervorrichtung 22 drehbar um jeweils zumindest eine weitere, also insgesamt um zumindest zwei oder mehr Planeten-Drehachsen P1 , P2 kardanisch aufgehängt sein, um weitere Planetenrotationen um weitere Achsen in das dynamische System einzubringen. Eine geeignete zweidimensionale Planetenrotation um zwei Planeten-Drehachsen P1 und P2 kann z.B. erreicht werden, indem das Mahlgefäß 90 um zwei quer, insbesondere senkrecht, zueinander stehende Planeten-Drehachsen P1 und P2 rotierend angetrieben wird, während das Mahlgefäß 90 auf der Planetenumlaufbahn 54 um die Sonnenachse S umläuft. Dabei kann u.U. ein chaotisches Bewegungsregime des Mahlgefäßinhalts erreicht werden.
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.

Claims

Patentansprüche:
1. Planetenmühle (10) zur Zerkleinerung von Mahlgut, die Folgendes aufweist: eine Sonnenachse (S) und eine Trägervorrichtung (22), die um die Sonnenachse (S) rotierbar gelagert ist und einen Antrieb (38) zum rotierenden Antreiben der Trägervorrichtung (22) um die Sonnenachse (S) mit einer Sonnendrehzahl (US), eine erste Planeten-Drehachse (P1) und eine erste Planeten-Mahlstation (24) mit einer ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) für zumindest ein mit Mahlgut und Mahlkörpern befüllbares Mahlgefäß (90), wobei die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) exzentrisch in Bezug auf die Sonnenachse (S) um die erste Planeten-Drehachse (P1) rotierbar an der Trägervorrichtung (22) gelagert ist und von der Trägervorrichtung (22) auf einer Planetenumlaufbahn (54) um die Sonnensachse (S) mitgenommen wird, wenn die Trägervorrichtung (22) um die Sonnenachse (S) rotiert, einen Antrieb (50, 70) zum rotierenden Antreiben der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die erste Planeten-Drehachse (P1) mit einer ersten Planetendrehzahl (UP1), wobei im Betrieb die erste Planeten-Mahlstation (24) mit der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) und dem Mahlgefäß (90) auf der Planetenumlaufbahn (54) um die Sonnenachse (S) umläuft und gleichzeitig die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die erste Planeten- Drehachse (P1) rotiert, wobei die erste Planeten-Drehachse (P1) zumindest zeitweise windschief zu der Sonnenachse (S) verläuft.
2. Planetenmühle (10) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Planeten-Drehachse (P1) parallel zur Rotationsebene (52) der Trägervorrichtung (22) verläuft.
3. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Größe des Mahlgefäßes (90) und die exzentrische Positionierung der ersten Planeten- Mahlstation (24) in Bezug zur Sonnenachse (S) so gewählt sind, dass die Sonnenachse (S) das Innere des Mahlgefäßes (90) nicht oder nur in einem peripheren Randbereich schneidet.
4. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: einen Sonnen-Riemenantrieb (38) zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung (22) um die Sonnenachse (S) mit einem Antriebsmotor (36).
5. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: einen ersten Planeten-Synchronantrieb (50, 70) zwischen der Trägervorrichtung (22) und der ersten Planeten-Mahlstation (24), wobei der erste Planeten-Synchronantrieb (50, 70) die Rotation der Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) um die erste Planeten-Drehachse (P1) synchron zu der Rotation der Trägervorrichtung (22) antreibt. Planetenmühle (10) gemäß Anspruch 5, wobei der erste Planeten-Synchronantrieb (50, 70) als erster Planeten-Zahnriemenantrieb ausgebildet ist und ein Antriebs-Zahnriemenrad (48, 68) sowie ein Abtriebs-Zahnriemenrad (60, 80) umfasst, insbesondere wobei das Antriebs-Zahnriemenrad (48) fest mit einem Sonnenachsstummel (46) verbunden ist, wobei bei Rotation der Trägervorrichtung (22) das Abtriebs-Zahnriemenrad (60) von der Trägervorrichtung (22) auf einer Planetenumlaufbahn (54) um die Sonnensachse (S) mitgenommen wird und dadurch von dem ersten Planeten-Zahnriemenantrieb (50) zur Rotation angetrieben wird. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das relative Drehzahlverhältnis (UP1 : US) zwischen der Rotation der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die erste Planeten-Drehachse (P1) und der Rotation der Trägervorrichtung (22) um die Sonnenachse (S) betragsmäßig im Bereich zwischen 10 : 1 und 0,5 : 1, vorzugsweise zwischen 5 : 1 und 1 : 1 liegt. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) zusätzlich zu dem Umlauf auf der Planetenumlaufbahn (54) um die Sonnenachse (S) lediglich um eine Planeten-Drehachse (P1), nämlich die erste Planeten-Drehachse (P1) rotiert und wobei die erste Planeten-Drehachse (P1) konstant windschief zu der Sonnenachse (S) verläuft. Planetenmühle (10) gemäß Anspruch 8, wobei die erste Planeten-Drehachse (P1) dauerhaft quer zum Radius der Planetenumlaufbahn (54) der ersten Planeten-Mahlstation (24) um die Sonnenachse (S) steht. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei die erste Planeten-Mahlstation (24) mit der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) und dem Mahlgefäß (90) exzentrisch in Bezug auf die Sonnenachse (S) um eine zweite Planeten-Drehachse (P2) drehbar gelagert ist, wobei ein Antrieb (50) zum rotierenden Antreiben der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die zweite Planeten-Drehachse (P2) mit einer zweiten Planetendrehzahl (UP2) umfasst ist, und wobei im Betrieb die ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) auf der Planetenumlaufbahn (54) um die Sonnenachse (S) umläuft und gleichzeitig die erste Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die erste und um die zweite Planeten-Drehachse (P1, P2) rotiert. 11 . Planetenmühle (10) gemäß Anspruch 10, wobei der Antrieb (70) zum rotierenden Antreiben der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die erste Planeten-Drehachse (P1) mit einer ersten Planetendrehzahl (UP1) als ein erster Zahnriemenantrieb (70) und/oder der Antrieb (50) zum rotierenden Antreiben der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die zweite Planeten-Drehachse (P2) mit einer zweiten Planetendrehzahl (UP2) als ein zweiter Zahnriemenantrieb (50) ausgebildet sind.
12. Planetenmühle (10) gemäß Anspruch 11, wobei der erste Zahnriemenantrieb (70) zumindest eine Umlenkrolle (74) umfasst und als geschränkter Zahnriemenantrieb ausgebildet ist.
13. Planetenmühle (10) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der erste Zahnriemenantrieb (70) ein horizontales Antriebs-Zahnriemenrad (68) umfasst, das koaxial zu der zweiten Planeten-Drehachse (P2) angeordnet ist und insbesondere fest mit der Trägervorrichtung (22) verbunden ist.
14. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 11-13, wobei der erste Zahnriemenantrieb (70) ein horizontales Antriebs-Zahnriemenrad (68), ein vertikales Abtriebs-Zahnriemenrad (80) und einen geschränkten Zahnriemen (72) umfasst.
15. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 10-14, wobei die erste und zweite Planeten-Drehachse (P1, P2) nicht parallel verlaufen.
16. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 10-15, wobei die erste und zweite Planeten-Drehachse (P1, P2) senkrecht zueinander verlaufen.
17. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 10-16, wobei die zweite Planeten-Drehachse (P2) parallel und radial versetzt zu der Sonnenachse (S) verläuft.
18. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 10-17, wobei sich die erste und zweite Planeten-Drehachse (P1, P2) an einem exzentrisch zu der Sonnenachse (S) gelegenen Punkt (Oi) innerhalb der ersten Planeten-Mahlstation (24) schneiden.
19. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 10-18, wobei die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) kardanisch an der Trägervorrichtung (22) aufgehängt ist. 20. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 10-19, wobei die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) an der Trägervorrichtung (22) kardanisch um die erste und zweite Planeten-Drehachse (P1 , P2) rotierbar gelagert ist, wobei die kardanische Lagerung der ersten Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) exzentrisch zu der Sonnenachse (S) angeordnet ist und wobei die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die erste und um die zweite Planeten-Drehachse (P1, P2) rotierend angetrieben wird.
21. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 10-20, wobei die erste Planeten-Mahlstation (24) eine Haltevorrichtung (84) mit zumindest einem ersten Drehlager (82) für die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) aufweist und wobei das erste Drehlager (82) die erste Planeten-Drehachse (P1) definiert, wobei die erste Planeten-Mahlstation (24) eine zweite Planetenwelle (56) aufweist und die Trägervorrichtung (22) im Bereich der ersten Planeten-Mahlstation (24) ein zweites Drehlager (58) aufweist, welches die zweite Planeten-Drehachse (P2) definiert, derart, dass die erste Planeten-Mahlstation (24) mittels der zweiten Planetenwelle (56) konzentrisch zu der zweiten Planeten-Drehachse (P2) rotierbar in der Trägervorrichtung (22) gelagert ist, und derart, dass die Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) exzentrisch zu der Sonnenachse (S) kardanisch an der Trägervorrichtung (22) gelagert ist und im Betrieb um die erste und die zweite Planeten-Drehachse (P1, P2) rotierend angetrieben wird.
22. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 10-21, umfassend: einen ersten und/oder zweiten Planeten-Synchronantrieb (70, 50) für die Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26), wobei der erste Planeten-Synchronantrieb (70) die Rotation der Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) um die erste Planeten-Drehachse (P1) synchron zu der Rotation der Trägervorrichtung (22) und/oder der zweite Planeten-Synchronantrieb (50) die Rotation der Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (24) um die zweite Planeten-Drehachse (P2) synchron zu der Rotation der Trägervorrichtung (22) antreibt..
23. Planetenmühle (10) gemäß Anspruch 22, wobei der erste Planeten-Synchronantrieb (70) als erster Planeten-Zahnriemenantrieb ausgebildet ist und ein Antriebs-Zahnriemenrad (68) sowie ein Abtriebs-Zahnriemenrad (80) umfasst, insbesondere wobei das Antriebs-Zahnriemenrad (68) fest mit der Trägervorrichtung (22) verbunden ist, wobei bei Rotation der ersten Planeten-Mahlstation (24) mittels des ersten Planeten-Zahnriemenantriebs (70) die Rotation der Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die erste Planeten-Drehachse (P1) angetrieben wird und/oder wobei der zweite Planeten-Synchronantrieb (50) als zweiter Planeten-Zahnriemenantrieb ausgebildet ist und ein Antriebs-Zahnriemenrad (48) sowie ein Abtriebs-Zahnriemenrad (60) umfasst, insbesondere wobei das Antriebs-Zahnriemenrad (48) fest mit einem Sonnenachsstummel (46) verbunden ist, wobei das Abtriebs- Zahnriemenrad (60) an der ersten Planeten-Mahlstation (24) befestigt ist und bei Rotation der Trägervorrichtung (22) von der Trägervorrichtung (22) auf der Planetenumlaufbahn (54) um die Sonnenachse (S) mitgenommen wird und dadurch die erste Planeten-Mahlstation (24) von dem zweiten Planeten- Zahnriemenantrieb (50) zur Rotation angetrieben wird.
24. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 10-23, wobei das relative Drehzahlverhältnis (UP2 : US) zwischen der Rotation der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die zweite Planeten-Drehachse (P2) und der Rotation der Trägervorrichtung (22) um die Sonnenachse (S) betragsmäßig im Bereich zwischen 25 : 1 und 0,5 : 1, vorzugsweise zwischen 5 : 1 und 1 : 1 liegt und/oder wobei das Drehzahlverhältnis (UP1 : UP2) zwischen der Rotation der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) mit dem Mahlgefäß (90) um die erste Planeten-Drehachse (P1) und um die zweite Planeten-Drehachse (P2) betragsmäßig im Bereich zwischen 10 : 1 und 0,1 : 1, vorzugsweise im Bereich zwischen 5 : 1 und 0,2 : 1 liegt.
25. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine zweite, dritte, vierte und/oder weitere Planeten-Mahlstationen (24), die auf der Planeten- Umlaufbahn (54) angeordnet und identisch zu der ersten Planeten-Mahlstation (24) aufgebaut sind und um jeweils eine eigene erste und/oder zweite Planeten-Drehachse (P1, P2) rotierend angetrieben werden.
26. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Planetenmühle (10) zumindest folgende konstruktive und dynamische Parameter aufweist:
Sonnenradius (rp), definiert als exzentrischer Versatz des Mittelpunkts der ersten Planeten-Mahlstation zu der Sonnenachse,
Planeteninnenradius (rv), definiert als Innenradius des Innenraums zum Einfüllen des Mahlguts und der Mahlkörper,
Verhältnis von Sonnenradius zu Planeteninnenradius (rp : rv),
Sonnendrehzahl (US), erste Planetendrehzahl (UP1), ggf. zweite Planetendrehzahl (UP2),
Verhältnis der ersten Planetendrehzahl zur Sonnendrehzahl (UP1 : US) und/oder ggf. Verhältnis der zweiten Planetendrehzahl zur Sonnendrehzahl (UP2 : US), wobei die konstruktiven und dynamischen Parameter der Planetenmühle (10) derart ausgewählt sind, dass sich im Betrieb das Mahlgut und ggf. vorhandene Mahlkörper zeitweise von der Innenwandung (90a) des Mahlgefäßes (90) lösen, sich durch den Innenraum (92) des Mahlgefäßes (90) bewegen und wieder gegen die Innenwandung (90a) des Mahlgefäßes (90) prallen.
27. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der exzentrische Versatz der ersten Planeten-Mahlstation (24) zu der Sonnenachse (S) einen Sonnenradius (rp) zwischen der Sonnenachse (S) und dem Mittelpunkt (Oi) der Planeten-Mahlstation (24) definiert und das Mahlgefäß (90) einen Innenraum (92) zum Einfüllen des Mahlguts und der Mahlkörper aufweist und der Innenraum (92) einen Planeteninnenradius (rv) definiert, und wobei das Verhältnis aus Planeteninnenradius (rv) zu Sonnenradius (rp) im Bereich von 1 : 0,5 bis 1 : 10, vorzugsweise im Bereich von 1 : 0,8 bis 1 : 8, vorzugsweise im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 5,5 beträgt. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Mahlgefäß (90) einen Mahlbecher (91a) und einen von dem Mahlbecher (91a) lösbaren Mahlbecherdeckel (91b) umfasst und/oder wobei das Mahlgefäß (90) einen zylindrischen, sphärischen oder ellipsoidförmigen Innenraum (92) zum Einfüllen des Mahlguts und der Mahlkörper und/oder eine zylindrische äußere Form aufweist. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei verschiedene Mahlgefäße (90) in die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) austauschbar einsetzbar sind und die Mahlgefäße (90) einen Mahlbecher (91a) und einen von dem Mahlbecher (91a) lösbaren Mahlbecherdeckel (91b) umfassen, um das Mahlgut in den Mahlbecher (91a) einfüllen und entnehmen zu können, und wobei die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) eine Verspannvorrichtung aufweist, um die mit dem Mahlbecherdeckel (91b) verschlossenen Mahlbecher (91a) in der ersten Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) für den Mahlvorgang sicher zu verspannen. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Mahlstation (24) eine Haltevorrichtung (84) und eine erste Planetenwelle (86) aufweist, an der die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) befestigt und mit der die erste Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) in der Haltevorrichtung (84) rotierbar gelagert ist, wobei das Mahlgefäß (90) in die Mahlgefäßaufnahmevorrichtung (26) einsetzbar und darin verspannbar ist und wobei die erste Mahlgefäß- Aufnahmevorrichtung (26) mit dem darin verspannten Mahlgefäß (90) in der Haltevorrichtung (84), angetrieben mit einer ersten Planetendrehzahl (UP1), rotieren kann. Planetenmühle (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Mahlgefäß-Aufnahmevorrichtung (26) einen Spannkäfig (102) aufweist, in dem das Mahlgefäß (90) verspannbar ist, wobei der Spannkäfig (102) Folgendes aufweist:
- ein Käfigunterteil (106), hergerichtet zum Einsetzen des Mahlgefäßes (90), wobei das Käfigunterteil (106) einen Ringabschnitt (104), einen mit dem Ringabschnitt (104) verbundenen und sich von dem Ringabschnitt (104) axial erstreckenden Mantelabschnitt (108) und einen den Mantelabschnitt (108) bodenseitig begrenzenden Käfigboden (110) aufweist,
- ein Käfigdeckelteil (112) zum Verschließen des Spannkäfigs (102), wobei das Mahlgefäß (90) bei geöffnetem Spannkäfig (102) in den Spannkäfig (102) einsetzbar und aus dem Spannkäfig (102) entnehmbar ist, und - eine Verspannvorrichtung (122) zum Verspannen des Mahlgefäßes (90) in dem Spannkäfig (102), wenn der Spannkäfig (102) geschlossen ist. Planetenmühle (10) gemäß Anspruch 31, wobei das Käfigdeckelteil (112) an dem Käfigunterteil (106) lösbar befestigbar ist. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 31-32, wobei das Käfigdeckelteil (112) und das Käfigunterteil (106) einen Verschluss (114, 118, 120) aufweisen und das Käfigdeckelteil (112) im Betrieb der Planetenmühle (10) mit dem Verschluss (114, 118, 120) an dem Käfigunterteil (106) befestigt ist. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 31-33, wobei das Mahlgefäß (90) einen Mahlbecher (91a) mit einer Mahlbecherachse (M) und einen von dem Mahlbecher (91a) lösbaren Mahlbecherdeckel (91b) umfasst, um das Mahlgut in den Mahlbecher (91a) einfüllen und entnehmen zu können, und wobei der Mahlbecherdeckel (91b) mit der Verspannvorrichtung (122) axial gegen den Mahlbecher (91a) verspannbar ist, wenn das Mahlgefäß (90) in den Spannkäfig (102) eingesetzt ist. Planetenmühle (10) gemäß einem der Ansprüche 29-34, wobei die Verspannvorrichtung (122) eine senkrecht zu der ersten Planetenwelle (86) wirkende Spannkraft (F) auf das Mahlgefäß (90) ausübt.
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