DE102020127240B4 - Planetary mill with inclined planetary axis - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Planetenmühle, manchmal auch als Planetenkugelmühle bezeichnet,wobei die Mahlbecheraufnahme und die Planetenachse um einen schiefen Winkel zu der Sonnenachse schräg geneigt sind,wobei die Mahlbecheraufnahme ein oberes Ende und ein dem oberen Ende gegenüberliegendes unteres Ende aufweist und von unten nach oben gesehen die Planetenachse schräg nach innen in Richtung der Sonnenachse geneigt ist,wobei die Mahlbecheraufnahme und/oder der in die Mahlbecheraufnahme eingesetzte Mahlbecher während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme nach oben offen bleiben, so dass während des Betriebs Einblick und/oder Mediumszugabe in die Mahlbecheraufnahme und/oder den Mahlbecher möglich ist.The invention relates to a planetary mill, sometimes also referred to as a planetary ball mill, wherein the grinding jar receptacle and the planetary axis are inclined at an oblique angle to the sun axis, the grinding jar receptacle having an upper end and a lower end opposite the upper end and viewed from bottom to top the planetary axis is inclined obliquely inwards towards the sun axis, with the grinding bowl holder and/or the grinding bowl inserted in the grinding bowl holder remaining open at the top during the rotation of the carrier device and the grinding bowl holder, so that the grinding bowl holder can be viewed and/or medium can be added during operation and/or the grinding bowl is possible.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung betrifft eine Planetenmühle, manchmal auch als Planetenkugelmühle bezeichnet, mit schräg geneigter Planetenachse und schräg geneigter Mahlbecheraufnahme.The invention relates to a planetary mill, sometimes also referred to as a planetary ball mill, with an inclined planetary axis and an inclined grinding bowl holder.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Planetenkugelmühlen im Labormaßstab werden z.B. in der Prozessanalytik zum Mahlen von Proben eingesetzt. Planetenmühlen, manchmal auch als Kugelmühlen oder Planetenkugelmühlen bezeichnet, sind z.B. in den Patentanmeldungen
Bei Planeten(kugel)mühlen sind Mahlbecher als Planeten exzentrisch zu einer Sonnenachse, manchmal auch als Zentrumsachse bezeichnet, angeordnet und laufen einerseits auf einer Kreisbahn um die Sonnenachse um und rotieren andererseits um ihre eigenen Achse, die exzentrische Planetenachse. Durch den Umlauf und die Rotation der Mahlbecher wird eine sich verändernde radial nach außen gerichtete Fliehkraft auf das in den Mahlbecher eingefüllte Mahlgut ausgeübt. Typischerweise werden zu dem Mahlgut noch Mahlkörper, zum Beispiel Mahlkugeln hinzugegeben, die durch Schlag- und Reibwirkung das Mahlgut mit hoher Effizienz zerkleinern.In planetary (ball) mills, 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. 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. Typically, 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.
Bei bestimmten Abmessungen der umlaufenden Teile und bestimmten Drehgeschwindigkeiten können in einer Planetenkugelmühle Flugbahnen für das Mahlgut und die Mahlkörper erzeugt werden. Das Mahlgut und die Mahlkörper bewegen sich dann quer durch den Mahlbecher hindurch, bis sie auf die Innenwand des Mahlbechers auftreffen. Danach kann das Mahlgut mit den Mahlkörpern ein Stück weit am Innenumfang des Mahlbechers mitgenommen werden, bis die resultierende Kraft erneut dafür sorgt, dass die vorstehend beschriebene Querbeschleunigung stattfindet und das Mahlgut und die Mahlkörper eine Flugbewegung durch den Mahlbecher ausführen. Dies wird auch als „Wurfregime“ bezeichnet. Wenn eine Kugelmühle im Wurfregime arbeitet, kann bei hohen Drehzahlen eine besonders hohe Mahlwirkung erzielt werden.With certain dimensions of the revolving parts and certain rotational speeds, 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 known as the "throwing regime". If a ball mill works in the throw regime, a particularly high grinding effect can be achieved at high speeds.
Planetenkugelmühlen zeichnen sich jedenfalls durch eine schnelle und effektive Zerkleinerung aus. Sie sind vielseitig einsetzbar und ideal zur verlustfreien Feinstzerkleinerung bis zu Endfeinheiten im Nanometerbereich. Die Mahlung kann je nach Aufgabenstellung trocken, in Suspension oder unter Schutzgas durchgeführt werden. Auch zum Homogenisieren von Emulsionen und Pasten oder zum mechanischen Legieren in der Werkstoffforschung sind sie bestens geeignet. Eine solche Nanozerkleinerung erfordert allerdings einen relativ hohen Energiebedarf und kann durch den Mahlvorgang zu einer unerwünschten Erwärmung im Mahlgut führen. Einige Stoffe sind jedoch so temperaturempfindlich, dass sie in den derzeitigen Planetenkugelmühlen nicht zerkleinert werden können. Andere Stoffe lassen sich nur nach Versprödung zerkleinern.In any case, 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. Depending on the task, grinding can be carried out dry, in suspension or under inert gas. They are also ideal for homogenizing emulsions and pastes or for mechanical alloying in materials research. However, such a nano-comminution requires a relatively high energy requirement and can lead to undesired heating of the material to be ground as a result of the grinding process. However, some substances are so temperature-sensitive that they cannot be crushed in the current planetary ball mills. Other materials can only be crushed after they have become brittle.
Üblicherweise verlaufen bei einer Planetenmühle die Sonnenachse und die Planetenachse parallel. Für besondere Anwendungen kann es jedoch wünschenswert sein, die Planetenachse gegenüber der Sonnenachse zu neigen, was jedoch mit erheblichen konstruktiven Schwierigkeiten verbunden ist.In a planetary mill, the axis of the sun and the axis of the planet usually run parallel. For special applications, however, it may be desirable to incline the planetary axis relative to the sun's axis, but this entails considerable design difficulties.
Aus der
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Effektives kryogenes Mahlen oder eine Überwachung des Mahlvorgangs während des Betriebs erscheint mit keinem der bekannten Geräte angestrebt oder überhaupt möglich.Effective cryogenic grinding or monitoring of the grinding process during operation does not appear desirable or at all possible with any of the known devices.
Ferner sind kryogene Schwingmühlen und kryogene Mühlen mit magnetischem Antrieb bekannt, welche aber nur sehr kleine Probenmengen mahlen können und deren Mahlleistung zu wünschen übrig lässt. Außerdem haben magnetisch angetriebene Mühlen den Nachteil, dass mit speziellen magnetischen Stößeln gemahlen wird und das Mahlgut wiederum nicht magnetisch sein sollte.Furthermore, cryogenic vibratory mills and cryogenic mills with a magnetic drive are known, which, however, can only grind very small amounts of sample and whose grinding performance leaves something to be desired. In addition, magnetically driven mills have the disadvantage that they are ground with special magnetic pestles and the material to be ground should not be magnetic.
Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral Description of the Invention
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Planetenmühle bereit zu stellen, welche eine hohe Mahlleistung aufweist und gleichzeitig während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme Einblick und/oder Zugriff ins Innere der Mahlbecheraufnahme und/oder des Mahlbechers ermöglicht, z.B. um flüssiges kryogenes Kühlmedium in den Mahlbecher oder die Mahlbecheraufnahme einträufeln oder den Mahlvorgang mir einer Kamera überwachen zu können.The present invention has set itself the task of providing a planetary mill which has a high grinding capacity and at the same time allows viewing and/or access to the interior of the grinding jar receptacle and/or the grinding jar during the rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle, e.g To be able to drip cooling medium into the grinding bowl or the grinding bowl holder or to be able to monitor the grinding process with a camera.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.The object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are defined in the dependent claims.
Planetenmühle mit nicht parallelen Achsen und geschränktem räumlichen ZahnriemenantriebPlanetary mill with non-parallel axes and limited spatial toothed belt drive
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst die Planetenmühle im Labormaßstab, manchmal auch als Planetenkugelmühle oder Labor-Planetenkugelmühle bezeichnet, eine Trägervorrichtung als Sonnenelement, welches um eine Sonnenachse rotiert und zumindest eine Mahlbecheraufnahme, die axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotiert. In die Mahlbecheraufnahme kann zumindest ein Mahlbecher eingesetzt und verspannt oder verrastet werden, damit dieser eine kombinierte Dreh- und Umlaufbewegung durchführt. Die Mahlbecheraufnahme und der damit verspannte oder verrastete Mahlbecher laufen mit der Umdrehungsgeschwindigkeit der Trägervorrichtung um die Sonnenachse um und rotieren gleichzeitig um Ihre eigene Achse, d.h. die Planetenachse.According to one aspect of the disclosure, the laboratory-scale planetary mill, sometimes also referred to as a planetary ball mill or laboratory planetary ball mill, comprises a support device as a sun element which rotates about a sun axis and at least one grinding bowl receptacle which is axially offset from the sun axis on the support device and arranged about a planetary axis rotates relative to the carrier device. At least one grinding bowl can be inserted into the grinding bowl receptacle and clamped or latched so that it performs a combined rotating and revolving movement. The grinding bowl holder and the grinding bowl clamped or latched therewith revolve around the sun axis at the rotational speed of the carrier device and at the same time rotate around their own axis, i.e. the planetary axis.
Die Rotation der Trägervorrichtung als Sonnenelement um die Sonnenachse wird durch einen elektrischen Antriebsmotor, z.B. mit einem Hauptantriebsriemen angetrieben. Die Rotation der Mahlbecheraufnahme um die Planetenachse wird als Synchronantrieb durch einen Zahnriemen relativ zu der Trägervorrichtung angetrieben, um ein konstruktiv fest definiertes Drehzahlverhältnis zwischen der Sonnenrotation und der Planetenrotation zu gewährleisten. Der Hauptantriebsriemen für die Trägervorrichtung hingegen braucht nicht zwingend ein Synchronriemen zu sein, hierfür kann z.B. ein Keilriemen oder ein Keilrippenriemen oder ein anderer Hülltrieb verwendet werden, da ein Keilriemen- bzw. Keilrippenriementrieb kostengünstig ist und an dieser Stelle Schlupf vertretbar sein kann. Allerdings soll auch nicht ausgeschlossen sein, auch für den Hauptantriebsriemen einen Zahnriemen oder einen gänzlich anderen Antrieb zu verwenden.The rotation of the carrier device as a solar element around the sun's axis is driven by an electric drive motor, e.g. with a main drive belt. The rotation of the grinding bowl holder around the planetary axis is driven as a synchronous drive by a toothed belt relative to the carrier device in order to ensure a constructively defined speed ratio between the sun rotation and the planetary rotation. The main drive belt for the carrier device, on the other hand, does not necessarily have to be a synchronous belt; a V-belt or a V-ribbed belt or another sheath drive can be used for this, for example, since a V-belt or V-ribbed belt drive is inexpensive and slippage can be acceptable at this point. However, the use of a toothed belt or a completely different drive for the main drive belt should not be ruled out either.
Die Planetenmühle weist nicht parallele Rotationsachsen und einen schräg geneigten Mahlbecher auf, d.h. die Mahlbecheraufnahme und der daran festgespannte oder verrastete Mahlbecher sowie die Planetenachse sind um einen schiefen Winkel zu der Sonnenachse schräg geneigt, und zwar vorzugsweise von unten nach oben gesehen bzw. vom Mahlbecherboden zur Mahlbecheröffnung gesehen, schräg nach innen geneigt, so dass die Öffnung des Mahlbechers näher an der Sonnenachse liegt als der Boden des Mahlbechers. Die Planetenachse und die Sonnenachse verlaufen nicht parallel, insbesondere schräg zueinander im dreidimensionalen Raum. Unter „schräg“ wird hierin verstanden, dass die Achsen nicht parallel und nicht senkrecht zueinander verlaufen. „Schräg“ im dreidimensionalen Raum umfasst einerseits schräg in einer gemeinsamen Ebene oder andererseits windschief, aber nicht senkrecht, also nicht parallel, nicht senkrecht und im dreidimensionalen Raum nicht schneidend.The planetary mill has non-parallel axes of rotation and an inclined grinding jar, i.e. the grinding jar receptacle and the grinding jar clamped or latched thereto as well as the planetary axis are inclined at an oblique angle to the sun axis, preferably viewed from the bottom up or from the grinding jar bottom to the Seen from the grinding jar opening, inclined inwards so that the opening of the grinding jar is closer to the sun's axis than the bottom of the grinding jar. The planetary axis and the sun's axis do not run parallel, in particular at an angle to one another in three-dimensional space. As used herein, “oblique” means that the axes are not parallel and not perpendicular to one another. "Oblique" in three-dimensional space includes, on the one hand, oblique in a common plane or, on the other hand, skewed but not perpendicular, i.e. not parallel, not perpendicular and not intersecting in three-dimensional space.
Um die schräg geneigte Planetenachse anzutreiben, weist der Zahnriementrieb zueinander nicht parallele Antriebs- und Abtriebsachsen bzw. zueinander nicht parallele Antriebs- und Abtriebszahnscheiben auf. Der Zahnriementrieb treibt die Mahlbecheraufnahme insbesondere direkt an, so dass kein weiteres Getriebe zwischen der Abtriebszahnscheibe und der Mahlbecheraufnahme erforderlich ist, um die Achsneigung in dem Planetenantrieb zu bewerkstelligen. Mit anderen Worten überträgt der Zahnriemen die Rotationsbewegung von der Sonnenachse direkt auf die geneigte Planetenachse, wobei die Abtriebszahnscheibe koaxial zu der Planetenachse bzw. der Mahlbecheraufnahme angeordnet und fest mit der Mahlbecheraufnahme verbunden ist. Der Zahnriemen bewerkstelligt also den Antrieb der Mahlbecheraufnahme und gleichzeitig selbst die Umlenkung des Rotationsantriebs für die Mahlbecheraufnahme um den Neigungswinkel der Mahlbecheraufnahme. Hierzu verläuft der Zahnriemen geschränkt, insbesondere mehrfach geschränkt zwischen der Sonnenachse und der geneigten Planetenachse.In order to drive the obliquely inclined planetary axis, the toothed belt drive has input and output axes that are not parallel to one another or toothed pulleys that are not parallel to one another. The toothed belt drive drives the grinding cup holder directly so that no further gearing is required between the output toothed disk and the grinding cup holder in order to bring about the axis inclination in the planetary drive. In other words, the toothed belt transmits the rotational movement from the sun axis directly to the inclined planetary axis, with the driven toothed disc being arranged coaxially with the planetary axis or the grinding bowl holder and being firmly connected to the grinding bowl holder. The toothed belt thus brings about the drive of the grinding bowl holder and at the same time the deflection of the rotary drive for the grinding bowl holder by the angle of inclination of the grinding bowl holder. For this purpose, the toothed belt runs with a set, in particular with multiple sets, between the sun axis and the inclined planetary axis.
Vorzugsweise ist die zentrale Sonnenachse als fest mit dem Gehäuse verbundene zentrale Hauptachse, auch Zentrumsachse genannt, ausgebildet, an welcher die Trägervorrichtung als Sonnenelement rotierbar gelagert ist, z.B. mittels Kugellagern. Vorzugsweise ist die Antriebszahnscheibe für den Zahnriementrieb koaxial fest mit der Zentrumsachse verbunden und somit ortsfest zum Gerätegehäuse. Eine Hauptabtriebsriemenscheibe ist koaxial fest mit der Trägervorrichtung verbunden und wird von dem Hauptantriebsriemen angetrieben, so dass die Trägervorrichtung um die feststehende Zentrumsachse mit der Antriebszahnscheibe rotiert. Dabei nimmt die Trägervorrichtung die in der Trägervorrichtung von der Zentrumsachse beabstandet gelagerte Mahlstation bzw. Mahlbecheraufnahme um die feststehende Zentrumsachse mit, so dass diese um die Sonnenachse umläuft. Der Zahnriemen zum Antrieb der Rotation der Mahlstation bzw. Mahlbecheraufnahme wird somit durch die relative Drehung der Trägervorrichtung zu der zum Gerätegehäuse feststehenden Antriebszahnscheibe angetrieben und treibt wiederum die an der Mahlbecheraufnahme befestigte und mit der Mahlbecheraufnahme gleichsam geneigte Abtriebszahnscheibe mit einem definierten Drehzahlverhältnis an. Die Rotation der Mahlbecheraufnahme erfolgt also mit einem Synchronantrieb mittels eines Zahnriemens relativ zur Rotation der Trägervorrichtung, und zwar vorzugsweise gegenläufig.The central sun axis is preferably designed as a central main axis, also called the center axis, which is firmly connected to the housing and on which the carrier device is rotatably mounted as a sun element, e.g. by means of ball bearings. The toothed drive pulley for the toothed belt drive is preferably connected coaxially to the central axis and is therefore stationary in relation to the device housing. A main driven pulley is fixed coaxially to the carrier and is driven by the main drive belt so that the carrier rotates about the fixed center axis with the drive pulley. The carrier device entrains the grinding station or grinding cup holder, which is mounted in the carrier device at a distance from the center axis, about the fixed center axis, so that it rotates about the sun axis. The toothed belt for driving the rotation of the grinding station or grinding bowl holder is thus driven by the relative rotation of the carrier device to the drive toothed disc fixed to the device housing and in turn drives the driven toothed disc attached to the grinding bowl holder and inclined with the grinding bowl holder with a defined speed ratio. The rotation of the grinding bowl holder is therefore carried out with a synchronous drive by means of a toothed belt relative to the rotation of the carrier device, preferably in the opposite direction.
In vorteilhafter Weise kann für den Antrieb der Mahlbecheraufnahme relativ zu der Trägervorrichtung ein kostengünstiger, handelsüblicher, kommerziell verfügbarer Zahnriemen verwendet werden. Der Zahnriemen bildet einen schlupffreien Synchronantrieb für die Planetenrotation der Mahlbecheraufnahme gegenüber der Sonnenrotation der Trägervorrichtung und adaptiert gleichzeitig die Neigung der Planetenachse bzw. Mahlbecheraufnahme gegenüber der Zentrumsachse. Ferner können mit der Planetenmühle eine hohe Mahlleistung und eine enge Verteilungsbreite erzielt werden. Z.B. können mittlere Partikelgrößen bis zu <0.1 µm erreicht werden.Advantageously, a cost-effective, commercially available toothed belt can be used to drive the grinding bowl receptacle relative to the carrier device. The toothed belt forms a slip-free synchronous drive for the planetary rotation of the grinding jar receptacle relative to the sun rotation of the carrier device and at the same time adapts the inclination of the planetary axis or grinding jar receptacle relative to the central axis. Furthermore, with the planetary mill, a high grinding capacity and a narrow distribution range can be achieved. For example, mean particle sizes of up to <0.1 µm can be achieved.
Gemäß fachüblicher Definition ist ein Zahnriemen (in der Motortechnik manchmal auch Synchronriemen oder Steuerriemen genannt) ein Treibriemen mit Zahnung, der formschlüssig in gezahnten Riemenscheiben läuft. Zahnriemen vereinen die Eigenschaften einer Kette und eines Flachriemens. Auf der Innenseite des Zahnriemens sind Zähne ausgeformt, die in eine spezielle Zahnscheibe eingreifen. Als Material der Zähne kommt z.B. ein Elastomer wie Gummi, Chloropren-Kautschuk, Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR[1]) oder Polyurethan in Betracht. Ein Zahnriemen hat insbesondere gegenüber einem Keilriemen und einem Flachriemen, die nur mit Kraftschluss arbeiten, Vorteile, da hohe Kräfte bei geringerer Vorspannung übertragbar sind und kein Schlupf auftritt.According to the technical definition, a toothed belt (sometimes also called synchronous belt or timing belt in motor technology) is a toothed drive belt that runs in toothed pulleys with a positive fit. Toothed belts combine the properties of a chain and a flat belt. Teeth are formed on the inside of the toothed belt, which engage in a special toothed disc. An elastomer such as rubber, chloroprene rubber, hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber (HNBR[1]) or polyurethane can be considered as the material for the teeth. In particular, a toothed belt has advantages over a V-belt and a flat belt, which only work with traction, since high forces can be transmitted with less pretension and no slippage occurs.
Unter einem Zahnriemen wird hierin also insbesondere ein handelsüblicher Zahnriemen mit einer Mehrzahl an flach nebeneinander angeordneten Zugsträngen und insgesamt flachem Querschnitt verstanden, welcher an einer oder an beiden Flachseiten quer verzahnt ist (Einfachzahnriemen oder Doppelzahnriemen). Die Zähne greifen in entsprechende Quernuten von Zahnscheiben als Antriebszahnscheiben und Abtriebszahnscheiben formschlüssig ein und bilden einen formschlüssigen Synchrontrieb. Die Zugstränge werden typischerweise von mehreren flach nebeneinander angeordneten Zugseilen, z.B. Stahlseilen, die in einem Grundmaterial, z.B. einem Elastomer oder Polyurethan eingebettet sind, gebildet, und bilden dabei einen Trägerstreifen mit flachem Querschnitt. Die quer zu den Zugsträngen verlaufenden Zähne haben z.B. einen trapezförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt.A toothed belt is understood here to mean, in particular, a commercially available toothed belt with a plurality of tension cords arranged flat next to one another and with an overall flat cross-section, which is toothed transversely on one or both flat sides (single toothed belt or double toothed belt). The teeth engage in corresponding transverse grooves of toothed disks as drive toothed disks and driven toothed disks in a form-fitting manner and form a form-fitting synchronous drive. The pull cords are typically of several arranged flat next to each other Traction cables, eg steel cables, embedded in a base material, eg an elastomer or polyurethane, are formed, thereby forming a carrier strip with a flat cross section. The teeth running transversely to the tension cords have, for example, a trapezoidal or semi-circular cross-section.
Es handelt sich bei dem vorliegend für die Mahlstation bzw. Mahlbecheraufnahme eingesetzten Zahnriementrieb um einen sogenannten räumlichen oder geschränkten Zahnriementrieb. Bei einem geschränkten Zahnriementrieb verläuft der flache Zahnriemen in den Trumen zwischen den Zahnscheiben und ggf. weiteren Rollen geschränkt. Dies hat den Vorteil, dass einerseits auf weitere Getriebe, z.B. Zahnradgetriebe zur Kompensation der Achsneigung und andererseits auf aufwändige und ggf. teure bzw. verschleißbehaftete oder schwache Spezialriemen, mit welchen wenig Leistung übertragen werden kann, verzichtet werden kann. Der Zahnriemen hat insbesondere keinen rotationssymmetrischen Querschnitt und verläuft unter anderem geschränkt, um die Achsneigung und ggf. ein Übersetzungsverhältnis in dem Antrieb zu kompensieren. The toothed belt drive used here for the grinding station or grinding bowl holder is a so-called three-dimensional or offset toothed belt drive. With a set toothed belt drive, the flat toothed belt runs in the strands between the toothed pulleys and, if necessary, other rollers. This has the advantage that, on the one hand, additional gears, e.g. toothed gears to compensate for the axis inclination and, on the other hand, complex and possibly expensive or weak special belts that are subject to wear and tear, with which little power can be transmitted, can be dispensed with. In particular, the toothed belt does not have a rotationally symmetrical cross-section and, among other things, runs in a set manner in order to compensate for the axis inclination and, if applicable, a transmission ratio in the drive.
Solche handelsüblichen (standardisierten) Zahnriemen sind bei vielen Anbietern kommerziell erhältlich, z.B. bei Walther Flender (www.walther-flender.de), Opibelt (www.optibelt.com) oder der H. Fröhlich AG (www.hfag.ch) und können gewissen Normen unterfallen, z.B. ISO 13050, DIN 7721 oder ISO 5296. Vorliegend kann beispielsweise ein Zahnriemen T oder HDT, z.B. HTD5 zum Einsatz kommen. Die Verwendung von handelsüblichen Zahnriemen gegenüber Spezialriemen hat insbesondere Vorteile in Bezug auf Kosten, Ersatzteilverfügbarkeit und Zuverlässigkeit.Such commercial (standardized) toothed belts are commercially available from many suppliers, e.g. from Walther Flender (www.walther-flender.de), Opibelt (www.optibelt.com) or H. Fröhlich AG (www.hfag.ch) and can are subject to certain standards, e.g. ISO 13050, DIN 7721 or ISO 5296. In the present example, a toothed belt T or HDT, e.g. HTD5, can be used. The use of commercially available toothed belts compared to special belts has particular advantages in terms of costs, availability of spare parts and reliability.
Darüber hinaus ist ein solcher geschränkter direkter „off-Axis-Zahnriemenantrieb“ laufruhig geräuscharm, verschleiß- und wartungsarm, zuverlässig, schlupffrei und langlebig.In addition, such a set direct “off-axis toothed belt drive” runs quietly, is low-wear and low-maintenance, reliable, slip-free and durable.
Der Zahnriementrieb ist also insbesondere als ein geschränkter Zahnriementrieb ausgebildet. Die Antriebszahnscheibe ist vorzugsweise koaxial zur Sonnenachse angeordnet und die Abtriebszahnscheibe ist vorzugsweise koaxial zur geneigten Planetenachse unter der Mahlbecheraufnahme angeordnet und fest mit der Mahlbecheraufnahme verbunden, wobei der Zahnriemen zwischen der Antriebszahnscheibe und der Antriebszahnscheibe zumindest einfach, vorzugsweise sogar mehrfach geschränkt verläuft, wobei also die Antriebszahnscheibe und die Abtriebszahnscheibe schräg zueinander geneigt sind.The toothed belt drive is therefore designed in particular as a set toothed belt drive. The drive sprocket is preferably arranged coaxially to the sun axis and the driven sprocket is preferably arranged coaxially to the inclined planetary axis under the grinding bowl holder and is firmly connected to the grinding bowl holder, with the toothed belt running between the drive toothed disc and the drive toothed disc with at least one, preferably even multiple set, so that the drive toothed disc and the driven pulley are obliquely inclined to each other.
Vorzugsweise sind die Planetenachse bzw. die Abtriebszahnscheibe um einen Winkel α zwischen 5°, ggf. 10° und 75°, bevorzugt zwischen 25° und 60°, besonders bevorzugt um 37,5°+/-10° oder 37,5°+/-5° zu der Antriebszahnscheibe bzw. zu der Zentrumsachse geneigt.Preferably, the planetary axis or the output toothed disc are at an angle α between 5°, if necessary 10° and 75°, preferably between 25° and 60°, particularly preferably around 37.5°+/-10° or 37.5°+ /-5° inclined to the drive sprocket or to the center axis.
Weiter vorzugsweise weist der geschränkte Zahnriemenantrieb mit nicht parallelen Achsen eine Übersetzung auf und die gegenüber der Antriebszahnscheibe schräg geneigte Abtriebszahnscheibe weist entsprechend dem Übersetzungsverhältnis einen kleineren Durchmesser mit weniger Zähnen als die Antriebszahnscheibe auf.More preferably, the set toothed belt drive with non-parallel axes has a translation and the driven pulley, which is inclined at an angle relative to the drive pulley, has a smaller diameter with fewer teeth than the drive pulley, corresponding to the translation ratio.
Besonders bevorzugt beträgt der Betrag des relativen Drehzahlverhältnisses zwischen der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme im Bereich von 1:1,5 und 1:5. In vorteilhafter Weise kann hiermit eine hohe Mahlleistung der Planetenmühle erzielt werden. The amount of the relative speed ratio between the rotation of the carrier device and the grinding bowl receptacle is particularly preferably in the range of 1:1.5 and 1:5. A high grinding capacity of the planetary mill can be achieved in this way in an advantageous manner.
Vorzugsweise ist die Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme gegenläufig und das relative Drehzahlverhältnis zwischen der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme beträgt insbesondere zwischen 1 :-1,5 und 1 :-5. Insbesondere werden sowohl die Übersetzung als auch die Gegenläufigkeit direkt mit dem Zahnriemenantrieb mit nicht parallelen Achsen, also mit ein- und demselben Zahnriemen erzeugt, d.h. dass die zueinander schräg geneigten Antriebszahnscheibe und Abtriebszahnscheibe des Zahnriementriebs zum Antrieb der schräg geneigten Mahlbecheraufnahme mit einer Übersetzung, insbesondere mit einem Drehzahlverhältnis von 1:-1,5 bis 1:-5, gegenläufig rotieren.Preferably, the rotation of the carrier device and the grinding bowl holder is in opposite directions and the relative speed ratio between the rotation of the carrier device and the grinding bowl holder is in particular between 1:-1.5 and 1:-5. In particular, both the translation and the counter-rotation are generated directly with the toothed belt drive with non-parallel axes, i.e. with one and the same toothed belt, i.e. the mutually inclined drive pulley and driven pulley of the toothed belt drive for driving the inclined grinding bowl holder with a translation, in particular with rotate in opposite directions at a speed ratio of 1:-1.5 to 1:-5.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere durch eine Kombination von Gegenläufigkeit, dem beschriebenen Drehzahlverhältnis und/oder der Neigung der Planetenrotation des Mahlbechers gegenüber dem Umlauf um die Sonnenachse eine hohe Mahlleistung erzielt werden kann, Insbesondere wenn bei Verwendung von Mahlkörpern, z.B. Mahlkugeln, die Mahlkörper und das Mahlgut die Mahlbecherwandung verlassen und quer durch den Mahlbecher geschleudert werden (Wurfregime). Eine gegenläufige Rotation ist diesem direkten Zahnriemenantrieb in vorteilhafter Weise inhärent.It has been shown that, in particular through a combination of counter-rotation, the described speed ratio and/or the inclination of the planetary rotation of the grinding bowl compared to the rotation around the sun axis, a high grinding capacity can be achieved, especially when using grinding media, e.g. grinding balls, the grinding media and the material to be ground leaves the walls of the grinding bowl and is thrown across the grinding bowl (throw regime). A counter-rotation is inherent in this direct toothed belt drive in an advantageous manner.
Die Planetenmühle kann als Monomühle mit nur einer von unten nach oben gesehen schräg nach innen geneigten Mahlbecheraufnahme und einem, insbesondere verstellbaren Gegengewicht ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Mahlbecher soweit innen angeordnet sein kann, dass der Mahlbecher ggf. mit einer Mahlbecherverlängerung aufgrund der Kombination aus einem geringen Abstand der Planetenachse zur Sonnenachse und der Neigung des Mahlbechers am oberen Ende des Mahlbechers bzw. der Mahlbecherverlängerung die Sonnenachse schneidet. Andererseits befindet sich der Boden des Mahlbechers noch so weit weg von der Sonnenachse, dass der Mahlbecherboden die Sonnenachse nicht schneidet. Dadurch können vorteilhafte dynamische Verhältnisse bei der Rotation erreicht werden, mit der eine synergistische Kombination aus hoher Mahlleistung und dem Schneiden der Sonnenachse durch den Mahlbecher erzielt werden kann. Ggf. kann die Planetenmühle aber auch als eine Duo-Planetenmühle mit zwei gegenüberliegenden Mahlstationen ausgebildet sein oder noch weitere Mahlstationen aufweisen, z.B. als Quatro-Mühle, wobei jeweils einige oder alle der Planetenachsen relativ zur Sonnenachse schräg verlaufen.The planetary mill can be embodied as a monomill with only one grinding cup holder inclined inwardly when viewed from the bottom up and a counterweight, which can be adjusted in particular. This has the advantage that the grinding bowl can be arranged so far inside that the grinding bowl, if necessary with a grinding bowl extension, intersects the sun axis due to the combination of a small distance between the planetary axis and the sun axis and the inclination of the grinding bowl at the upper end of the grinding bowl or the grinding bowl extension . On the other hand is the Bottom of the grinding jar far enough away from the axis of the sun that the bottom of the grinding jar does not intersect the axis of the sun. As a result, advantageous dynamic conditions can be achieved during rotation, with which a synergistic combination of high grinding capacity and the cutting of the sun's axis by the grinding bowl can be achieved. Optionally, the planetary mill can also be designed as a duo planetary mill with two opposite grinding stations or have additional grinding stations, eg as a quatro mill, with some or all of the planetary axes running obliquely relative to the sun axis.
Vorzugsweise umfasst der Zahnriementrieb für die Mahlbecheraufnahme eine erste und/oder zweite Umlenkrolle mit einer ersten bzw. zweiten Umlenkrollenachse. Die erste und zweite Umlenk- oder Spannrolle sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnriemenantriebs angeordnet, d.h. dass die erste Umlenkrolle (gezahnt oder ungezahnt) auf der Leertrumseite und die zweite Umlenkrolle auf der Lasttrumseite oder umgekehrt angeordnet sind. Mit den Umlenkrollen bzw. Spannrollen, die weder eine Antriebs- noch eine Abtriebsfunktion erfüllen, sondern lediglich der Umlenkung des Zahnriemens dienen, kann der Zahnriemen geeignet umgelenkt werden, um die Neigung der Antriebs- und Abtriebszahnscheibe zu kompensieren und die Schränkung des Zahnriemens beidseits der Umlenkrollen aufzuteilen.Preferably, the toothed belt drive for the grinding bowl holder includes a first and/or second deflection roller with a first or second deflection roller axis. The first and second deflection or tensioning rollers are preferably arranged on opposite sides of the toothed belt drive, i.e. the first deflection roller (toothed or toothless) is arranged on the slack side and the second deflection roller on the tight side or vice versa. With the deflection rollers or tension rollers, which have neither a drive nor a driven function, but only serve to deflect the toothed belt, the toothed belt can be deflected in a suitable way in order to compensate for the inclination of the drive and driven pulleys and the twist of the toothed belt on both sides of the deflection rollers split up.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebszahnscheibe also koaxial zur Sonnenachse angeordnet und die Abtriebszahnscheibe ist koaxial zur geneigten Planetenachse angeordnet und fest mit der Mahlbecheraufnahme verbunden. Die Zahnung des Zahnriemens, der auf der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe läuft, greift formschlüssig in die Verzahnung der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe ein und der Zahnriemen weist, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, mehrere nebeneinanderliegende Zugstränge mit insgesamt flachem Querschnitt mit einer gezahnten Flachseite (Innenseite) und einer ungezahnten oder ggf. ebenfalls gezahnten Rückseite (Außenseite) auf.According to a preferred embodiment, the drive toothed disc is arranged coaxially to the sun axis and the driven toothed disc is arranged coaxially to the inclined planetary axis and is firmly connected to the grinding bowl receptacle. The toothing of the toothed belt, which runs on the drive toothed disc and the driven toothed disc, engages positively in the toothing of the drive toothed disc and the driven toothed disc and, as already explained above, the toothed belt has several adjacent tension cords with an overall flat cross-section with a toothed flat side (inside) and an untoothed or possibly also toothed back (outside).
Der Tangentenauslauf des Zahnriemens verläuft an der Antriebszahnscheibe insbesondere nicht parallel zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe und der Zahnriemen verläuft dazwischen geschränkt. Ferner verläuft der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe insbesondere nicht parallel zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe und der Zahnriemen verläuft dazwischen ebenfalls geschränkt.The tangent run-out of the toothed belt on the drive sprocket in particular does not run parallel to the tangent run-in of the toothed belt on the driven sprocket, and the toothed belt runs with a set between them. Furthermore, the tangent run-out of the toothed belt on the driven sprocket does not run parallel to the tangent run-in of the toothed belt on the drive sprocket, and the toothed belt also runs with a set between them.
Ferner verlaufen die erste und die zweite Umlenkrollenachse insbesondere nicht koaxial, vorzugsweise schräg zueinander und/oder zumindest eine davon oder beide windschief und schräg zu der Sonnenachse und/oder zumindest eine davon oder beide windschief und schräg zu der geneigten Planetenachse. Unter „schräg“ zueinander verlaufenden Achsen wird hierin verstanden, dass die Achsen weder parallel noch senkrecht zueinander, sondern schräg, also unter einem schiefen Winkel zueinander verlaufen. Die Achsen können schräg in einer gemeinsamen Ebene unter einem schiefen Winkel zueinander verlaufen und sich in der gemeinsamen Ebene schneiden oder schräg und windschief im dreidimensionalen Raum verlaufen. Bei windschiefen Achsen kann der Winkel bzw. Schrägstellungswinkel zwischen den Achsen in einer Projektionsebene, die senkrecht zu der kürzesten Verbindungslinie zwischen den windschiefen Achsen verläuft, bestimmt werden.Furthermore, the first and second deflection roller axes are not coaxial, preferably at an angle to one another and/or at least one or both of them are skewed and at an angle to the sun's axis and/or at least one of them or both are skewed and at an angle to the inclined planetary axis. Axes running “obliquely” to one another is understood here to mean that the axes run neither parallel nor perpendicular to one another, but rather at an angle, ie at an oblique angle to one another. The axes can run obliquely in a common plane at an oblique angle to one another and intersect in the common plane, or run obliquely and skewed in three-dimensional space. In the case of skew axes, the angle or inclination angle between the axes can be determined in a projection plane which runs perpendicular to the shortest connecting line between the skew axes.
Der Schrägstellungswinkel der ersten und/oder zweiten Umlenkrollenachse zu der Sonnenachse und/oder zu der Planetenachse bzw. der Schrägstellungswinkel zwischen der Mittenebene der ersten und/oder zweiten Umlenkrolle zu der Mittenebene der Antriebsscheibe und/oder zu der Abtriebsscheibe beträgt jeweils zwischen 1° und 89° oder zwischen 91° und 179°.The angle of inclination of the first and/or second deflection roller axis to the sun axis and/or to the planetary axis or the angle of inclination between the center plane of the first and/or second deflection roller to the center plane of the drive pulley and/or to the driven pulley is between 1° and 89° ° or between 91° and 179°.
Mit anderen Worten werden das Leertrum und das Lasttrum jeweils mit der ersten bzw. zweiten Umlenkrolle in zwei Trum-Abschnitte aufgeteilt. In vorteilhafter Weise kann die Schränkung des Zahnriemens in den freien Trumen in vertretbaren Grenzen gehalten und ein ruhiger Lauf des Zahnriementriebs ohne Gefahr eines „Ablaufens“ des Zahnriemens von den Zahnscheiben bzw. den Umlenkrollen erreicht werden.In other words, the slack side and the tight side are each divided into two side sections by the first and second deflection rollers. Advantageously, the setting of the toothed belt can be kept within acceptable limits in the free strands and the toothed belt drive can run smoothly without the risk of the toothed belt “running off” the toothed discs or the deflection rollers.
Weiter vorzugsweise verläuft der Zahnriemen zwischen der Antriebszahnscheibe und der ersten Umlenkrolle, zwischen der ersten Umlenkrolle und der Abtriebszahnscheibe, zwischen der Abtriebszahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle, und/oder zwischen der zweiten Umlenkrolle und der Antriebszahnscheibe geschränkt, wobei die Schränkung vorzugsweise jeweils kleiner als 90°, insbesondere jeweils kleiner als 60°, insbesondere jeweils kleiner als 45°, insbesondere jeweils kleiner als 30° beträgt.More preferably, the toothed belt runs between the drive sprocket and the first deflection pulley, between the first deflection pulley and the driven sprocket, between the driven sprocket and the second deflection pulley, and/or between the second deflection pulley and the drive sprocket, with the set preferably being less than 90° in each case , in particular less than 60° in each case, in particular less than 45° in each case, in particular less than 30° in each case.
Gemäß einer Ausführungsform adaptiert die erste Umlenkrolle die Winkelabweichung von der Parallelität bzw. Koaxialität des Tangentenauslaufs an der Antriebszahnscheibe und des Tangenteneinlaufs an der Abtriebszahnscheibe, indem die erste Umlenkrolle die Wirklinie des Zahnriemens im dreidimensionalen Raum von der Richtung des Tangentenauslaufs an der Antriebszahnscheibe in Richtung des Tangenteneinlaufs an der Abtriebszahnscheibe umlenkt und dabei die Schränkung des Zahnriemens zwischen der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe aufteilt, und/oder die zweite Umlenkrolle adaptiert die Winkelabweichung von der Parallelität bzw. Koaxialität des Tangentenauslaufs an der Abtriebszahnscheibe und des Tangenteneinlaufs an der Antriebszahnscheibe, indem die zweite Umlenkrolle die Wirklinie des Zahnriemens im dreidimensionalen Raum von der Richtung des Tangentenauslaufs an der Abtriebszahnscheibe in Richtung des Tangenteneinlaufs an der Antriebszahnscheibe umlenkt und dabei die Schränkung des Zahnriemens zwischen der Abtriebszahnscheibe und der Antriebszahnscheibe aufteilt.According to one embodiment, the first deflection roller adapts the angular deviation from the parallelism or coaxiality of the tangent outlet on the drive pulley and the tangent inlet on the driven pulley by the first deflection roller moving the line of action of the toothed belt in three-dimensional space from the direction of the tangent outlet on the drive pulley in direction of the tangent inlet at the driven pulley and thereby divides the twist of the toothed belt between the drive pulley and the driven pulley, and/or the second deflection pulley adapts the angular deviation from the parallelism or coaxiality of the tangent outlet at the driven pulley and the tangent inlet at the drive pulley by the second Deflection pulley deflects the line of action of the toothed belt in three-dimensional space from the direction of the tangent outlet on the driven pulley towards the tangent entry on the drive pulley, thereby dividing the twist of the toothed belt between the driven pulley and the drive pulley.
Vorzugsweise werden zumindest eines, mehrere oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
- der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe,
- der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe,
- der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle,
- der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle,
- the tangent run-out and the tangent run-in of the toothed belt at the drive pulley,
- the tangent run-out and the tangent run-in of the toothed belt at the output pulley,
- the tangent outlet and the tangent inlet of the toothed belt at the first deflection roller,
- the tangent outlet and the tangent inlet of the toothed belt at the second deflection roller,
Weiter vorzugsweise verlaufen der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe und/oder der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe unter einem schiefen Winkel zueinander, d.h. mit einem Winkel von ungleich 90° und ungleich 180° und ungleich anderen Vielfachen von 90°, wobei der Winkel jedoch vorzugsweise kleiner ist als 180°.More preferably, the tangent run-out of the toothed belt on the drive sprocket and the tangent run-in of the toothed belt on the driven sprocket and/or the tangent run-out of the toothed belt on the driven sprocket and the tangent run-in of the toothed belt on the drive sprocket run at an oblique angle to one another, i.e. at an angle not equal to 90° and not equal to 180° and not equal to other multiples of 90°, but preferably the angle is less than 180°.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest eines, mehrere oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
- der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle und der Zahnriemen zwischen der Antriebszahnscheibe und der ersten Umlenkrolle ist geschränkt,
- der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe und der Zahnriemen zwischen der ersten Umlenkrolle und der Abtriebszahnscheibe ist geschränkt,
- der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der Abtriebszahnscheibe verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle und der Zahnriemen zwischen der Abtriebszahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle ist geschränkt,
- der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der Antriebszahnscheibe und der Zahnriemen zwischen der zweiten Umlenkrolle und der Antriebszahnscheibe ist geschränkt.
- the tangent outlet of the toothed belt on the drive pulley runs coaxially to the tangent inlet of the toothed belt on the first deflection roller and the toothed belt between the drive pulley and the first deflection roller is set,
- the tangent exit of the toothed belt on the first deflection pulley runs coaxially to the tangent entry of the toothed belt on the driven pulley and the toothed belt between the first deflection pulley and the driven pulley is set,
- the tangent outlet of the toothed belt on the output pulley runs coaxially to the tangent inlet of the toothed belt on the second deflection pulley and the toothed belt between the output pulley and the second deflection pulley is set,
- the tangent outlet of the toothed belt on the second deflection roller runs coaxially to the tangent inlet of the toothed belt on the drive sprocket and the toothed belt between the second deflection roller and the drive sprocket is set.
Vorzugsweise verlaufen die erste und/oder zweite Umlenkrollenachse windschief und insbesondere nicht senkrecht zu der Antriebszahnscheibenachse und/oder zu der Abtriebszahnscheibenachse.Preferably, the first and/or second deflection roller axis run skewed and in particular not perpendicular to the axis of the drive sprocket and/or to the axis of the driven sprocket.
Weiter vorzugsweise verlaufen die Antriebszahnscheibenachse und die Abtriebszahnscheibenachse in einer gemeinsamen Ebene schräg zueinander und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene und die Achsen der ersten und/oder zweiten Umlenkrolle verlaufen nicht parallel, insbesondere schräg zu der gemeinsamen Ebene der Antriebszahnscheibenachse und der Abtriebszahnscheibenachse und schneiden insbesondere diese Ebene.More preferably, the drive sprocket axis and the driven sprocket axis run obliquely to one another in a common plane and intersect in the common plane and the axes of the first and/or second deflection roller do not run parallel, in particular obliquely, to the common plane of the drive sprocket axis and the driven sprocket axis and in particular intersect them Level.
Mit den vorgenannten bevorzugten Eigenschaften lassen sich geometrisch wünschenswerte konstruktive Verhältnisse für eine Planetenmühle mit schräg geneigter Planetenachse in vorteilhafter Weise realisieren.With the preferred properties mentioned above, geometrically desirable structural conditions for a planetary mill with an obliquely inclined planetary axis can be realized in an advantageous manner.
Vorzugsweise ist zumindest eine der Umlenkrollen, also die erste und/oder die zweite Umlenkrolle, an der gezahnten Seite im Inneren des Zahnriemens angeordnet und lenkt den Zahnriemen nach außen von der Verbindungslinie der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe bzw. von der gemeinsamen Ebene der Antriebsscheibenachse und der Abtriebsscheibenachse, weg und/oder lenkt den Zahnriemen schräg nach unten bezogen auf eine gedachte Verbindungslinie zwischen Mittelpunkten der Antriebszahnscheibe und Antriebszahnscheibe heraus.Preferably, at least one of the deflection rollers, i.e. the first and/or the second deflection roller, is arranged on the toothed side inside the toothed belt and deflects the toothed belt outwards from the connecting line of the drive pulley and the driven pulley or from the common plane of the drive pulley axis and the Driven pulley axis away and/or deflects the toothed belt obliquely downwards based on an imaginary connecting line between the centers of the drive pulley and drive pulley.
Gemäß einer bevorzugten Bauform des Planetenmühlenantriebs umfasst der Zahnriementrieb ein Haltekreuz mit gekreuzten Armen, wobei die Antriebszahnscheibe, die Abtriebszahnscheibe sowie die erste und zweite Umlenkrolle jeweils an gegenüberliegenden Enden der gekreuzten Arme des Haltekreuzes rotierbar gelagert sind. In vorteilhafter Weise kann so eine stabile Haltekonstruktion für den geschränkten Zahnriementrieb bereit gestellt werden.According to a preferred design of the planetary mill drive, the toothed belt drive comprises a holding cross with crossed arms, with the drive sprocket, the driven sprocket and the first and second deflection rollers on opposite ends of the crossed arms of the holding cross are rotatably mounted. A stable holding structure for the set toothed belt drive can thus be provided in an advantageous manner.
Vorzugsweise weist die räumliche Anordnung aus der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe und der ersten und zweiten Umlenkrolle die Form eines im Raum um die Verbindungslinie der ersten und zweiten Umlenkrolle um einen schiefen Winkel geknickten, insbesondere nicht überschlagenen konvexen, abgerundeten Vierecks auf.Preferably, the spatial arrangement of the drive sprocket and the driven sprocket and the first and second deflection roller has the shape of a convex, rounded quadrilateral that is bent at an oblique angle around the line connecting the first and second deflection roller.
Für die Planetenmühle hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die räumliche Anordnung aus der Antriebszahnscheibe und der Abtriebszahnscheibe und der ersten und zweiten Umlenkrolle spiegelsymmetrisch zu der gemeinsamen Ebene der Antriebszahnscheibenachse und der Abtriebszahnscheibenachse ist. Besonders bevorzugt weist die Anordnung dabei die Form eines im Raum um die Verbindungslinie der ersten und zweiten Umlenkrolle um einen schiefen Winkel geknickten abgerundeten Drachenvierecks auf. Diesbezüglich wird hierin auch von einem „im Raum geknickten Viereck-Zahnriementrieb“ gesprochen.It has proven useful for the planetary mill if the spatial arrangement of the drive pulley and the driven pulley and the first and second deflection roller is mirror-symmetrical to the common plane of the drive pulley axis and the driven pulley axis. The arrangement particularly preferably has the shape of a rounded kite quadrilateral bent at an oblique angle around the connecting line of the first and second deflection rollers. In this regard, the term “square toothed belt drive kinked in space” is also used here.
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft ferner ein Laborgerät mit nicht parallelen Rotationsachsen, umfassend:
- eine Trägervorrichtung, welche um eine Sonnenachse rotierbar ist,
- zumindest eine Becheraufnahme zum Einsetzen eines Bechers, wobei die Becheraufnahme axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotierbar ist,
- einen Antrieb zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung und der Becheraufnahme, wobei die Rotation der Becheraufnahme relativ zu der Rotation der Trägervorrichtung synchron mittels eines Zahnriementriebs angetrieben wird,
- und ggf. weitere Merkmale der hierin beschriebenen Planetenmühle,
- wobei die Planetenachse nicht parallel zu der Sonnenachse verläuft, und wobei der Zahnriementrieb nicht parallele Antriebs- und Abtriebsachsen aufweist.
- a carrier device which can be rotated around a sun axis,
- at least one cup holder for inserting a cup, the cup holder being arranged on the carrier device in an axially offset manner with respect to the sun axis and being rotatable about a planetary axis relative to the carrier device,
- a drive for driving the rotation of the carrier device and the cup holder, the rotation of the cup holder being driven synchronously relative to the rotation of the carrier device by means of a toothed belt drive,
- and possibly other features of the planetary mill described herein,
- wherein the planetary axis is not parallel to the sun axis, and wherein the toothed belt drive has non-parallel input and output axes.
Obzwar der hier offenbarte geschränkte Zahnriementrieb speziell als Synchronantrieb für die Mahlbecheraufnehme bei einer Planetenmühle mit schräg geneigter Planetenachse entwickelt wurde, hat sich gezeigt, dass ein solcher geschränkter Zahnriementrieb mit ggf. sehr speziellen schiefen Anordnungen der Zahnscheiben bzw. der Achsen auch in anderen Bereichen der Antriebstechnik angewendet werden kann. Daher betrifft ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen geschränkten Zahnriementrieb als solchen, unabhängig von seinem besonders vorteilhaften Einsatz in der Planetenmühle mit schräg geneigter Planetenachse. Andererseits werden im Folgenden auch weitere Ausführungsbeispiele und optionale Merkmale eines insbesondere schief im Raum geschränkten Zahnriementriebs offenbart, welche grundsätzlich mit den Merkmalen des Zahnriemenantriebs für die Planetenmühle kombinierbar sind und umgekehrt.Although the set toothed belt drive disclosed here was specially developed as a synchronous drive for the grinding bowl holder in a planetary mill with an inclined planetary axis, it has been shown that such a set toothed belt drive with possibly very special skewed arrangements of the toothed discs or the axes can also be used in other areas of drive technology can be applied. Therefore, one aspect of the present disclosure relates to a set toothed belt drive as such, regardless of its particularly advantageous use in the planetary mill with an inclined planetary axis. On the other hand, further exemplary embodiments and optional features of a toothed belt drive that is in particular obliquely set in space are also disclosed below, which can in principle be combined with the features of the toothed belt drive for the planetary mill and vice versa.
Geschränkter räumlicher Zahnriementrieb mit nicht parallelen AchsenLimited spatial toothed belt drive with non-parallel axes
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein besonderer Zahnriementrieb mit nicht parallelen Achsen und Schränkung im Zahnriemen vorgeschlagen. Unter einem Zahnriemen wird im Einklang mit dem fachmännischen Verständnis ein Zahnriemen mit mehreren nebeneinander liegenden in Kunststoff eingebetteten Zugsträngen mit einem insgesamt flachen Querschnitt verstanden, der auf einer oder auf beiden Flachseiten quer zum Umfang gezahnt ist, um in entsprechende Nuten einer Zahnscheibe formschlüssig einzugreifen, wie dies vorstehend bereits erläutert wurde. Eine Schränkung des Zahnriemens bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Gesamtheit der Zugstränge des Zahnriemens entlang seiner Laufrichtung spiralförmig verdreht ist.According to one aspect of the present disclosure, a special toothed belt drive with non-parallel axes and a twist in the toothed belt is proposed. According to the expert understanding, a toothed belt is understood to mean a toothed belt with several tension cords lying next to one another and embedded in plastic with an overall flat cross-section, which is toothed on one or both flat sides transversely to the circumference in order to positively engage in corresponding grooves of a toothed disk, such as this has already been explained above. In this context, a twist of the toothed belt means that all of the tension cords of the toothed belt are twisted in a spiral shape along its running direction.
Der geschränkte Zahnriementrieb umfasst dabei:
- eine erste Zahnscheibe als Antriebszahnscheibe mit einer ersten Zahnscheibenmittelebene und einer senkrecht zu der ersten Zahnscheibenmittelebene verlaufenden ersten Zahnscheibenachse, und eine zweite Zahnscheibe als Abtriebszahnscheibe mit einer zweiten Zahnscheibenmittelebene und einer senkrecht zu der zweiten Zahnscheibenmittelebene verlaufenden zweiten Zahnscheibenachse, oder umgekehrt,
- einen Zahnriemen, der auf der ersten und zweiten Zahnscheibe läuft, und dessen Zahnung formschlüssig in die Verzahnung der ersten und zweiten Zahnscheibe eingreift, und
- eine erste Umlenkrolle mit einer ersten Umlenkrollenachse und eine zweite Umlenkrolle mit einer zweiten Umlenkrollenachse, wobei die erste bzw. zweite Umlenkrolle jeweils gezahnt oder ungezahnt sein können und auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnriementriebs angeordnet sind, wobei also die erste Umlenkrolle auf der Leertrumseite und die zweite Umlenkrolle auf der Lasttrumseite des Zahnriemenantriebs angeordnet ist,
- wobei die erste und zweite Zahnscheibenachse nicht parallel zueinander verlaufen und vorzugsweise einen Winkel von > 5°, insbesondere > 10°, insbesondere > 20° einschließen,
- wobei der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe nicht parallel zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe nicht parallel zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe verlaufen,
- wobei der Zahnriemen in den vier Trumen zwischen der ersten Zahnscheibe und der ersten Umlenkrolle, zwischen der ersten Umlenkrolle und der zweiten Zahnscheibe, zwischen der zweiten Zahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle und zwischen der zweiten Umlenkrolle und der ersten Zahnscheibe jeweils
- i) die erste Umlenkrollenachse (144) verläuft schräg zu der ersten Zahnscheibenmittelebene (36a),
- ii) die erste Umlenkrollenachse (144) verläuft schräg zu der zweiten Zahnscheibenmittelebene (42a),
- iii) die zweite Umlenkrollenachse (146) verläuft schräg zu der ersten Zahnscheibenmittelebene (36a),
- iv) die zweite Umlenkrollenachse (146) verläuft schräg zu der zweiten Zahnscheibenmittelebene (42a),
- v) die erste und zweite Umlenkrollenachse (144, 146) verlaufen nicht koaxial, zueinander.
- a first sprocket as a drive sprocket with a first sprocket center plane and a first sprocket axis running perpendicular to the first sprocket center plane, and a second sprocket as a driven sprocket with a second sprocket center plane and a second sprocket axis running perpendicular to the second sprocket center plane, or vice versa,
- a toothed belt which runs on the first and second toothed discs and whose toothing engages in a form-fitting manner with the toothing of the first and second toothed discs, and
- a first deflection roller with a first deflection roller axis and a second deflection roller with a second deflection roller axis, wherein the first and second deflection rollers can each be toothed or toothless and are arranged on opposite sides of the toothed belt drive, with the first deflection roller on the slack side and the second deflection roller is arranged on the tight side of the toothed belt drive,
- wherein the first and second toothed disk axes do not run parallel to one another and preferably enclose an angle of > 5°, in particular > 10°, in particular > 20°,
- where the tangent exit of the toothed belt on the first toothed pulley does not run parallel to the tangent entry of the toothed belt on the second toothed pulley and the tangent exit of the toothed belt on the second toothed pulley does not run parallel to the tangent entry of the toothed belt on the first toothed pulley,
- the toothed belt in the four strands between the first pulley and the first pulley, between the first pulley and the second pulley, between the second pulley and the second pulley and between the second pulley and the first pulley, respectively
- i) the first deflection roller axis (144) runs obliquely to the first toothed wheel center plane (36a),
- ii) the first deflection roller axis (144) runs obliquely to the second pulley center plane (42a),
- iii) the second deflection roller axis (146) runs obliquely to the first toothed wheel center plane (36a),
- iv) the second deflection roller axis (146) runs obliquely to the second pulley center plane (42a),
- v) the first and second deflection roller axes (144, 146) are not coaxial with one another.
Vorzugsweise sind zumindest eines, mehrere oder alle der vorstehenden Kriterien i) bis iv) und das Kriterium v) erfüllt. Vorzugsweise sind zumindest zwei der vorstehenden Kriterien i) bis iv) und das Kriterium v) erfüllt.Preferably, at least one, several or all of the above criteria i) to iv) and criterion v) are met. Preferably, at least two of the above criteria i) to iv) and criterion v) are met.
Unter schräg wird hierin ein schiefer Winkel verstanden, d.h. ein Winkel der weder parallel noch senkrecht ist, also ein Winkel ungleich 0°, ungleich 90° und ungleich 180° und ungleich jeden anderen Vielfachen von 90°, wobei die Abweichung größer ist als übliche Toleranzen. Die Abweichung eines schiefen Winkels von 0° oder einem Vielfachen von 90° kann z.B. größer oder gleich 1°, vorzugsweise größer oder gleich 2°, vorzugsweise größer oder gleich 3° betragen, d.h. der schiefe Winkel kann z.B. zwischen 1° und 89° bzw. zwischen 91° und 179°, vorzugsweise zwischen 2° und 88° bzw. zwischen 92° und 178°, vorzugsweise zwischen 3° und 87° bzw. zwischen 93° und 177° liegen.Oblique is understood here to mean an oblique angle, i.e. an angle that is neither parallel nor perpendicular, i.e. an angle not equal to 0°, not equal to 90° and not equal to 180° and not equal to any other multiple of 90°, the deviation being greater than usual tolerances . The deviation of an oblique angle from 0° or a multiple of 90° can, for example, be greater than or equal to 1°, preferably greater than or equal to 2°, preferably greater than or equal to 3°, i.e. the oblique angle can, for example, be between 1° and 89° or between 91° and 179°, preferably between 2° and 88° or between 92° and 178°, preferably between 3° and 87° or between 93° and 177°.
Vorzugsweise sind die erste und zweite Umlenkrolle beide an der gezahnten Seite im Inneren des Zahnriemens angeordnet und lenken den Zahnriemen jeweils nach außen von einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der ersten und zweiten Zahnscheibe bzw. von der jeweils anderen Umlenkrolle weg um, wobei insbesondere ein Drachen-Viereck entsteht.Preferably, the first and second deflection rollers are both arranged on the toothed side inside the toothed belt and deflect the toothed belt outwards away from an imaginary connecting line between the centers of the first and second toothed disc or away from the other deflection roller, in particular a kite -Square is created.
Alternativ dazu ist die erste Umlenkrolle an der gezahnten Seite im Inneren des Zahnriemens angeordnet und lenkt den Zahnriemen nach außen um, also von der Verbindungslinie der ersten und zweiten Zahnscheibe bzw. von der zweiten Umlenkrolle weg, und die zweite Umlenkrolle ist am Rücken des Zahnriemens außerhalb des Zahnriemens angeordnet und den Zahnriemen nach innen, also zu der ersten Umlenkrolle hin, um, oder umgekehrt. Eine solche Anordnung kann auch als Knie-in-Knie-Anordnung bezeichnet werden.Alternatively, the first deflection roller is arranged on the toothed side inside the toothed belt and deflects the toothed belt outwards, i.e. away from the connecting line of the first and second toothed disc or from the second deflection roller, and the second deflection roller is on the back of the toothed belt outside of the toothed belt and the toothed belt inwards, i.e. towards the first deflection roller, or vice versa. Such an arrangement can also be referred to as a knee-in-knee arrangement.
Durch beide Anordnungen kann die Länge der Trume vergrößert werden, um die Querkräfte zu beschränken und die Schränkung des Zahnriemens innerhalb der zulässigen Grenzwerte zu halten.With both arrangements, the length of the strands can be increased in order to limit the transverse forces and keep the twist of the toothed belt within the permissible limit values.
Damit kann bei beiden Anordnungen auch bei ungewöhnlichen Antrieben ein Mindestverhältnis zwischen dem Achsabstand C und der Zahnriemenbreite b von mindestens 5:1 bezogen auf eine Schränkung von 90° eingehalten werden, wobei sich das Mindestverhältnis bei einer geringeren Schränkung als 90° entsprechend ebenfalls verringern kann. In vorteilhafterweise Weise können so die Querkräfte in zulässigen Grenzen gehalten werden.With both arrangements, a minimum ratio between the center distance C and the toothed belt width b of at least 5:1 based on a twist of 90° can be maintained even with unusual drives, whereby the minimum ratio can also be reduced accordingly with a twist of less than 90°. In this way, the transverse forces can advantageously be kept within permissible limits.
Die erste und zweite Zahnscheibenachse verlaufen insbesondere schräg, also unter einem schiefen Winkel zueinander.In particular, the first and second toothed disk axes run obliquely, that is to say at an oblique angle to one another.
Vorzugsweise verlaufen die erste und zweite Zahnscheibenachse wie folgt:
- i) Die erste und zweite Zahnscheibenachse verlaufen nicht parallel in einer gemeinsamen Ebene und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene und die erste und zweite Zahnscheibe weisen eine unterschiedliche Größen auf, so dass eine Über- oder Untersetzung erzeugt wird oder
- ii) die erste und zweite Zahnscheibenachse verlaufen schräg zueinander in einer gemeinsamen Ebene und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene unter einem schiefen Winkel oder
- iii) die erste und zweite Zahnscheibenachse verlaufen windschief und nicht senkrecht zueinander.
- i) The first and second toothed wheel axes do not run parallel in a common plane and intersect in the common plane and the first and second toothed wheel have different sizes, so that a step-up or step-down is generated or
- ii) the first and second pulley axes are oblique to each other in a common plane and intersect in the common plane at an oblique angle or
- iii) the first and second pulley axes are skewed and not perpendicular to each other.
Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen der ersten und zweiten Zahnscheibenachse bzw. zwischen der ersten und zweiten Zahnscheibenmittelebene, zwischen 5° und 85° oder zwischen 175° und 95°, insbesondere zwischen 10° und 80° oder zwischen 170° und 100°, insbesondere zwischen 25° und 75° oder zwischen 155° und 105°, insbesondere zwischen 25° und 50° oder zwischen 155° und 130°.Preferably, the angle between the first and second toothed wheel axis or between the first and second toothed wheel center plane is between 5° and 85° or between 175° and 95°, in particular between 10° and 80° or between 170° and 100°, in particular between 25° and 75° or between 155° and 105°, in particular between 25° and 50° or between 155° and 130°.
Es können also sogar windschiefe Anordnungen umgesetzt werden. Bei windschiefen Achsen kann der Winkel zwischen den Achsen z.B. zwischen deren Projektionen in einer Projektionsebene bestimmt werden, die senkrecht zu der kürzesten Verbindunglinie zwischen den beiden windschiefen Achsen verläuft.Even crooked arrangements can be implemented. For skew axes, the angle between the axes can be determined, for example, between their projections in a projection plane that is perpendicular to the shortest line connecting the two skew axes.
Ferner sind insbesondere zumindest eines, mehrere, insbesondere zumindest zwei, oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
- die erste Umlenkrollenachse verläuft windschief und nicht senkrecht zu der ersten Zahnscheibenachse,
- die erste Umlenkrollenachse verläuft windschief und nicht senkrecht zu der ersten Zahnscheibenachse,
- die zweite Umlenkrollenachse verläuft windschief und nicht senkrecht zu der ersten Zahnscheibenachse,
- die zweite Umlenkrollenachse verläuft windschief und nicht senkrecht zu der ersten Zahnscheibenachse.
- the first deflection pulley axis runs skewed and not perpendicular to the first pulley axis,
- the first deflection pulley axis runs skewed and not perpendicular to the first pulley axis,
- the second deflection pulley axis runs skewed and not perpendicular to the first pulley axis,
- the second deflection roller axis runs skewed and not perpendicular to the first pulley axis.
Unter windschief und nicht senkrecht werden zwei Achsen verstanden, die im dreidimensionalen Raum windschief zueinander verlaufen und deren Projektionen in einer Projektionsebene, die senkrecht zu der kürzesten Verbindung zwischen den windschiefen Achsen verläuft, nicht senkrecht zueinander stehen bzw. unter einem schiefen Winkel zueinander verlaufen.Skewed and not perpendicular are two axes that are skew to one another in three-dimensional space and whose projections are not perpendicular to one another or run at an oblique angle to one another in a projection plane that runs perpendicular to the shortest connection between the skew axes.
Der Zahnriementrieb kann zusätzlich oder alternativ mit einer Übersetzung oder Untersetzung, also einem Übersetzungs-/Untersetzungsverhältnis ungleich 1:1, realisiert werden, wobei die erste Zahnscheibe als Antriebszahnscheibe einen größeren oder kleineren Durchmesser als die zweite Zahnscheibe als Abtriebszahnscheibe, oder umgekehrt, aufweist.The toothed belt drive can additionally or alternatively be implemented with a transmission or reduction, i.e. a transmission/reduction ratio not equal to 1:1, with the first toothed disc as the drive toothed disc having a larger or smaller diameter than the second toothed disc as the output toothed disc, or vice versa.
Der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe verläuft schräg, insbesondere in einer gemeinsamen Ebene, zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und/oder der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe verläuft schräg, insbesondere in einer gemeinsamen Ebene, zum Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe.The tangent run-out of the toothed belt on the first toothed disc runs obliquely, in particular in a common plane, to the tangent run-in of the toothed belt on the second toothed disc and/or the tangent run-in of the toothed belt on the first toothed wheel runs obliquely, in particular in a common plane, to the tangent run-out of the toothed belt the second toothed disc.
Mittels einer Verschiebung der Umlenkrollen in der Konstruktion kann die Schränkung in den aufgeteilten Trumen verringert werden, wodurch eine synergistische Kombination aus Umlenkung und Adaption der schiefen Winkel einerseits und eine kompakte Bauweise andererseits ermöglicht wird. Dabei beträgt die Schränkung des Zahnriemens in den folgenden Trumen zwischen der ersten Zahnscheibe und der ersten Umlenkrolle,
zwischen der ersten Umlenkrolle und der zweiten Zahnscheibe,
zwischen der zweiten Zahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle und/oder
zwischen der zweiten Umlenkrolle und der ersten Zahnscheibe jeweils kleiner als 90°, insbesondere jeweils kleiner als 45°.By shifting the deflection rollers in the construction, the twist in the divided strands can be reduced, which enables a synergistic combination of deflection and adaptation of the oblique angles on the one hand and a compact construction on the other. The twist of the toothed belt in the following strands between the first pulley and the first deflection pulley is
between the first deflection pulley and the second pulley,
between the second toothed disk and the second deflection roller and/or
between the second deflection roller and the first toothed disc is less than 90°, in particular less than 45°.
Insbesondere adaptiert die erste Umlenkrolle die Winkelabweichung von der Parallelität bzw. Koaxialität des Tangentenauslaufs und des Tangenteneinlaufs an der ersten bzw. zweiten Zahnscheibe, indem die erste Umlenkrolle die Wirklinie des Zahnriemens im dreidimensionalen Raum von der Richtung des Tangentenauslaufs an der ersten Zahnscheibe in Richtung des Tangenteneinlaufs an der zweiten Zahnscheibe umlenkt und dabei die Schränkung des Zahnriemens zwischen dem Tangentenauslauf der ersten Zahnscheibe und dem Tangenteneinlauf der zweiten Zahnscheibe aufteilt und/oder die zweite Umlenkrolle adaptiert die Winkelabweichung von der Parallelität bzw. Koaxialität des Tangentenauslaufs und des Tangenteneinlaufs an der zweiten bzw. ersten Zahnscheibe, indem die zweite Umlenkrolle die Wirklinie des Zahnriemens im dreidimensionalen Raum von der Richtung des Tangentenauslaufs an der zweiten Zahnscheibe in Richtung des Tangenteneinlaufs an der ersten Zahnscheibe umlenkt und dabei die Schränkung des Zahnriemens zwischen dem Tangentenauslauf der zweiten Zahnscheibe und dem Tangenteneinlauf der ersten Zahnscheibe aufteilt.In particular, the first deflection roller adapts the angular deviation from the parallelism or coaxiality of the tangent outlet and the tangent inlet on the first or second toothed pulley, in that the first deflection roller moves the line of action of the toothed belt in three-dimensional space from the direction of the tangent outlet on the first toothed pulley in the direction of the tangent inlet at the second sprocket, thereby dividing the twist of the toothed belt between the tangent outlet of the first sprocket and the tangent entry of the second sprocket and/or the second deflection roller adapts the angular deviation from the parallelism or coaxiality of the tangent run-out and the tangent entry on the second or first toothed pulley, in that the second deflection roller deflects the line of action of the toothed belt in three-dimensional space from the direction of the tangent exit on the second toothed pulley in the direction of the tangent entry on the first toothed pulley, thereby changing the twist of the Z belt between the tangent outlet of the second pulley and the tangent inlet of the first pulley.
Dabei sind insbesondere zumindest eines, mehrere oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
- der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe,
- der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe,
- der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle,
- der Tangentenauslauf und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle,
- the tangent run-out and the tangent run-in of the toothed belt at the first pulley,
- the tangent run-out and the tangent run-in of the toothed belt at the second pulley,
- the tangent outlet and the tangent inlet of the toothed belt at the first deflection roller,
- the tangent outlet and the tangent inlet of the toothed belt at the second deflection roller,
Weiter vorzugsweise verlaufen der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und/oder der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und der Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe jeweils unter einem schiefen Winkel zueinander, also einem Winkel ungleich 90°, ungleich 180° und ungleich einem anderen Vielfachen von 90°, wobei der Winkel jedoch jeweils vorzugsweise kleiner als 180° beträgt.More preferably, the tangent run-out of the toothed belt on the first toothed disc and the tangent run-in of the toothed belt on the second toothed disc and/or the tangent run-out of the toothed belt on the second toothed disc and the tangent entry of the toothed belt on the first toothed disc each run at an oblique angle to one another, i.e. an angle not equal to 90°, not equal to 180° and not equal to another multiple of 90°, but the angle is preferably less than 180° in each case.
Vorzugsweise sind zumindest eines, mehrere oder alle der folgenden Kriterien erfüllt:
- der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle und der Zahnriemen zwischen der ersten Zahnscheibe und der ersten Umlenkrolle ist geschränkt,
- der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der ersten Umlenkrolle verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe und der Zahnriemen zwischen der ersten Umlenkrolle und der zweiten Zahnscheibe ist geschränkt,
- der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Zahnscheibe verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle und der Zahnriemen zwischen der zweiten Zahnscheibe und der zweiten Umlenkrolle ist geschränkt,
- der Tangentenauslauf des Zahnriemens an der zweiten Umlenkrolle verläuft koaxial zum Tangenteneinlauf des Zahnriemens an der ersten Zahnscheibe und der Zahnriemen zwischen der zweiten Umlenkrolle und der ersten Zahnscheibe ist geschränkt.
- the tangent exit of the toothed belt on the first pulley runs coaxially to the tangent entry of the toothed belt on the first deflection roller and the toothed belt between the first toothed disc and the first deflection roller is set,
- the tangent exit of the toothed belt on the first deflection pulley runs coaxially to the tangent entry of the toothed belt on the second pulley and the toothed belt between the first pulley and the second pulley is set,
- the tangent exit of the toothed belt on the second toothed pulley runs coaxially to the tangent entry of the toothed belt on the second deflection roller and the toothed belt between the second toothed disc and the second deflection roller is set,
- the tangent exit of the toothed belt on the second deflection roller runs coaxially to the tangent entry of the toothed belt on the first toothed disc and the toothed belt between the second deflection roller and the first toothed disc is set.
Vorzugsweise verläuft die erste Umlenkrollenachse nicht koaxial, insbesondere schräg zu der zweiten Umlenkrollenachse.The first deflection roller axis preferably does not run coaxially, in particular at an angle to the second deflection roller axis.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die erste Umlenkrollenachse und die zweite Umlenkrollenachse schräg zueinander in einer gemeinsamen Ebene und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene.According to a preferred embodiment, the first deflection roller axis and the second deflection roller axis run at an angle to one another in a common plane and intersect in the common plane.
Weiter vorzugsweise verlaufen die erste und zweite Zahnscheibenachse nicht nur in einer gemeinsamen Ebene schräg zueinander und schneiden sich in der gemeinsamen Ebene, sondern die räumliche Anordnung aus der ersten und zweiten Zahnscheibe und der ersten und zweiten Umlenkrolle ist zusätzlich spiegelsymmetrisch zu dieser gemeinsamen Ebene der ersten und zweiten Zahnscheibenachse, sodass die Anordnung insbesondere die Form eines im Raum geknickten abgerundeten Drachen-Vierecks aufweist.More preferably, the first and second toothed disc axes not only run at an angle to one another in a common plane and intersect in the common plane, but the spatial arrangement of the first and second toothed discs and the first and second deflection rollers is also mirror-symmetrical to this common plane of the first and second toothed disk axis, so that the arrangement in particular has the shape of a rounded kite quadrilateral kinked in space.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind auf einer Seite des Riementriebs eine dritte und vierte Umlenkrolle angeordnet, wobei die erste oder zweite Umlenkrolle und die dritte und vierte Umlenkrolle nebeneinander angeordnet sind und parallele Achsen aufweisen und/oder in einer gemeinsamen Ebene liegen, und wobei der Zahnriemen zwischen diesen in einer gemeinsamen Ebene liegenden Umlenkrollen nicht geschränkt verläuft. Hier kann die mittlere der drei in einer gemeinsamen Ebene liegenden Umlenkrollen, z.B. die dritte oder vierte Umlenkrolle, als Spannrolle in der gemeinsamen Ebene linear verschiebbar sein.According to an exemplary embodiment, a third and fourth deflection roller are arranged on one side of the belt drive, with the first or second deflection roller and the third and fourth deflection roller being arranged next to one another and having parallel axes and/or lying in a common plane, and with the toothed belt between these lying in a common plane deflection rollers is not set. Here, the middle of the three deflection rollers lying in a common plane, e.g. the third or fourth deflection roller, can be linearly displaceable as a tension roller in the common plane.
Planetenmühle mit KühleinrichtungPlanetary mill with cooling device
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst die Planetenmühle:
- eine Trägervorrichtung als Sonnenelement, welche um eine Sonnenachse rotierbar ist,
- zumindest eine Mahlstation mit einer Mahlbecheraufnahme zum Einsetzen eines Mahlbechers, wobei die Mahlbecheraufnahme axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotierbar ist,
- einen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, so dass die Mahlbecheraufnahme und ein in die Mahlbecheraufnahme einsetzbarer Mahlbecher im Betrieb eine kombinierte Umlauf- und Rotationstrajektorie durchlaufen, und
- eine Kühleinrichtung mit einer Kühlmediumleitung und einer Kühlmedium-Dosieröffnung zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlbecheraufnahme und/oder in einen in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbecher.
- a carrier device as a sun element, which can be rotated around a sun axis,
- at least one grinding station with a grinding bowl holder for inserting a grinding bowl, the grinding bowl holder being arranged on the carrier device in an axially offset manner with respect to the sun axis and being rotatable about a planetary axis relative to the carrier device,
- a drive motor for driving the rotation of the carrier device and the grinding bowl holder, so that the grinding bowl holder and a grinding bowl that can be inserted into the grinding bowl holder run through a combined circulation and rotation trajectory during operation, and
- a cooling device with a cooling medium line and a cooling medium metering opening for metering cooling medium into the grinding jar receptacle and/or into a grinding jar inserted into the grinding jar receptacle.
In vorteilhafter Weise kann hiermit das Mahlgut während der Rotation aktiv und dosiert gekühlt werden und es kann insbesondere kryogenes Mahlen ermöglicht werden. Kryogenes Mahlen eignet sich z.B. zum Mahlen von Lebensmitteln, Pulverbeschichtung, Additiven in der Viskositätskontrolle, Polymeren, insbesondere Thermoplasten oder beim Reifenrecycling.Advantageously, the material to be ground can be cooled actively and in a controlled manner during the rotation and in particular cryogenic grinding can be made possible. Cryogenic grinding is suitable, for example, for grinding foodstuffs, powder coating, additives in viscosity control, polymers, especially thermoplastics, or in tire recycling.
Z.B. kann bei thermoplastischen Harzen eine zu hohe Verarbeitungstemperatur in einer Planetenkugelmühle zu Problemen mit der Partikelgröße außerhalb der Spezifikation führen. Bei Recyclingprozessen werden beispielsweise nicht spezifizierte und postindustrielle Abfälle von Thermoplasten wiederaufbereitet und anderen Verbindungen als Füllstoffe zugesetzt, um die Zähigkeits- und Festigkeitseigenschaften der Harzmatrix zu erhöhen. Dieser Prozess erfordert gleichmäßige feine Partikel. Daher können Schwankungen der Partikelgröße die Effizienz der Prozesse beeinträchtigen. Die Produktionsraten können ebenfalls sinken, wenn die Verarbeitungstemperatur in unerwünschter Weise steigt. Wenn die Temperatur zu hoch wird, kann das Harz sogar teilweise schmelzen und die Mühle verstopfen. Auch diese Probleme können mit der vorliegenden Erfindung vermieden werden.For example, with thermoplastic resins, too high a processing temperature in a planetary ball mill can lead to out-of-spec particle size problems. For example, recycling processes recycle unspecified and post-industrial waste thermoplastics and add other compounds as fillers to increase the toughness and strength properties of the resin matrix. This process requires uniform fine particles. Therefore, fluctuations in particle size can affect the efficiency of the processes. Production rates can also drop if the processing temperature increases undesirably. If the temperature gets too high, the resin can even partially melt and clog the mill. These problems can also be avoided with the present invention.
Insbesondere wird das Kühlmedium während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme von oben in die Mahlbecheraufnahme und/oder in den in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbecher eindosiert, so dass beim Eindosieren ggf. die Gravitation zunutze gemacht werden kann.In particular, the cooling medium is metered into the grinding jar receptacle and/or into the grinding jar inserted into the grinding jar receptacle from above during the rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle, so that gravity can be used when metering in.
Dabei ist die Kühlmedium-Dosieröffnung vorzugsweise oberhalb der Trägervorrichtung angeordnet, und das Kühlmedium wird durch die Kühlmediumleitung zu der Kühlmedium-Dosieröffnung oberhalb der Trägervorrichtung geleitet, und tritt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme aus der Kühlmedium-Dosieröffnung in den Luftraum über der rotierenden Trägervorrichtung aus und tritt anschließend von oben in die rotierende Mahlbecheraufnahme und/oder in den rotierenden Mahlbecher ein.The cooling medium metering opening is preferably arranged above the carrier device, and the cooling medium is conducted through the cooling medium line to the cooling medium metering opening above the carrier device, and during the rotation of the carrier device and the grinding bowl receptacle it emerges from the cooling medium metering opening into the air space above the rotating one Carrier device and then enters the rotating grinding bowl holder and/or the rotating grinding bowl from above.
In vorteilhafter Weise braucht das Kühlmedium somit nicht über komplexe Drehdurchführungen, Ringverteiler oder Ähnliches von unten durch die Trägervorrichtung geleitet werden, sondern kann trotz Umlaufen und Rotation direkt von oben in die Mahlbecheraufnahme und/oder den Mahlbecher dosiert eingeträufelt werden.Advantageously, the cooling medium does not need to be routed from below through the carrier device via complex rotary feedthroughs, ring distributors or the like, but can be metered directly from above into the grinding bowl holder and/or the grinding bowl despite circulation and rotation.
Weiter vorteilhaft ist es, dass die Kühlmediumleitung und die Kühlmedium-Dosieröffnung ortsfest zum Gerätegehäuse der Planetenmühle angeordnet sein kann und nicht mit der Trägervorrichtung oder der Mahlbecheraufnahme mitrotiert, was die Zuleitung des Kühlmediums erheblich vereinfacht.It is also advantageous that the cooling medium line and the cooling medium dosing opening can be arranged stationary to the device housing of the planetary mill and do not rotate with the carrier device or the grinding bowl receptacle, which considerably simplifies the supply of the cooling medium.
Insbesondere wird in die Mahlbecheraufnahme ein Mahlbecher mit einem Mahlbecherinnenraum, eingesetzt, in welchem im Betrieb, d.h. bei Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, das Mahlgut vorzugsweise mithilfe von Mahlkörpern, z.B. Mahlkugeln, Mahlpuck oder Mahlring, zerkleinert wird. Es handelt sich demnach um eine Vorrichtung zum Mahlen, also zum feinen Zerkleinern von Mahlgut, und nicht lediglich um eine Misch- oder Entgasungsvorrichtung o.ä.. Dabei wird das Kühlmedium während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme aus der Kühlmedium-Dosieröffnung von oben in den Mahlbecherinnenraum und/oder einen Spalt zwischen der Mahlbecheraufnahme und einer Wandung des Mahlbechers eindosiert.In particular, a grinding jar with a grinding jar interior is inserted into the grinding jar receptacle, in which during operation, i.e. during rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle, the material to be ground is preferably comminuted with the aid of grinding bodies, e.g. grinding balls, grinding puck or grinding ring. It is therefore a device for grinding, i.e. for finely comminuting the material to be ground, and not just a mixing or degassing device or similar. During the rotation of the carrier device and the grinding bowl holder, the cooling medium is discharged from the cooling medium metering opening from above metered into the interior of the grinding bowl and/or into a gap between the grinding bowl receptacle and a wall of the grinding bowl.
Durch Eintropfen des Kühlmediums in den Mahlbecher kann eine direkte Kühlung der Mahlprobe und der Mahlkörper während des Zerkleinerungsvorgangs erreicht werden. Diese unmittelbare Kühlung ist besonders effektiv, da die Mahlkörper, z.B. Mahlkugeln beim Aufprall (Wurfregime) punktuell sehr hohe Temperaturspitzen, ggf. bis zu 600°C erreichen können und hierbei ebenfalls direkt gekühlt werden können. Das Einträufeln des Kühlmediums von oben in einen Spalt zwischen dem Mahlbecher und der Mahlbecheraufnahme ist dann besonders vorteilhaft, wenn das Kühlmedium nicht in Kontakt mit dem Mahlgut gelangen darf, z.B. um eine Kontamination des Mahlgutes zu vermeiden. Trotzdem kann auch so immer noch eine effektive Außenkühlung des Mahlbechers erreicht werden.By dripping the cooling medium into the grinding bowl, direct cooling of the grinding sample and the grinding media can be achieved during the grinding process. This direct cooling is particularly effective because the grinding media, e.g. grinding balls, can reach very high temperature peaks, possibly up to 600°C, on impact (throw regime) and can also be cooled directly. The instillation of the cooling medium from above into a gap between the grinding bowl and the grinding bowl holder is particularly advantageous if the cooling medium must not come into contact with the material to be ground, e.g. to avoid contamination of the material to be ground. Nevertheless, effective external cooling of the grinding bowl can still be achieved in this way.
Vorzugsweise weisen die Mahlbecheraufnahme und/oder der in die Mahlbecheraufnahme einsetzbare Mahlbecher an ihrem jeweiligen oberen axialen Ende eine Eindosieröffnung auf und die Kühlmedium-Dosieröffnung befindet sich während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme zumindest zeitweise unmittelbar senkrecht über der Eindosieröffnung, so dass das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung, insbesondere mithilfe der Schwerkraft selbstständig, nach unten in die Eindosieröffnung gelangen kann, insbesondere fällt, tropft, fließt und/oder sprüht. Dies hat z.B. den Vorteil, dass das Kühlmedium fein dosiert werden kann.Preferably, the grinding jar receptacle and/or the grinding jar that can be inserted into the grinding jar receptacle have a metering opening at their respective upper axial end and the cooling medium metering opening is located at least temporarily directly vertically above the metering opening during the rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle, so that the cooling medium flows out of the cooling medium metering opening, in particular independently with the help of gravity, can get down into the metering opening, in particular falls, drips, flows and/or sprays. This has the advantage, for example, that the cooling medium can be finely dosed.
Ferner wird das Kühlmedium bei einer von unten nach oben schräg nach innen geneigten Mahlbecheraufnahme bzw. des schräg nach innen geneigten Mahlbechers aufgrund einer in Bezug auf die schräg stehende Planetenachse axial wirkenden Komponente der Zentrifugalkraft aus der Rotation der Trägervorrichtung erheblich stärker als von der Gravitation zum Boden der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers hin beschleunigt.Furthermore, in the case of a grinding jar receptacle that is inclined inwards from bottom to top or the grinding jar that is inclined inwards, the cooling medium becomes considerably stronger due to a component of the centrifugal force from the rotation of the carrier device that acts axially in relation to the inclined planetary axis than from gravity to the ground the grinding bowl holder or the grinding bowl towards accelerated.
Vorzugsweise ist die Planetenmühle als eine Kryo-Planetenmühle ausgebildet und die Kühlmedium-Dosieröffnung als Düse ausgebildet und das Kühlmedium ist ein flüssiges Kryogen. Das flüssige Kryogen kann aus der Düse in die Mahlbecheraufnahme und/oder in einen in die Mahlbecheraufnahme einsetzbaren Mahlbecher fließen, tropfen und/oder sprühen, was ebenfalls eine präzise Dosierung ermöglicht.The planetary mill is preferably designed as a cryo-planetary mill and the cooling medium metering opening is designed as a nozzle and the cooling medium is a liquid cryogen. The liquid cryogen can flow, drip and/or spray out of the nozzle into the grinding jar receptacle and/or into a grinding jar that can be inserted into the grinding jar receptacle, which also enables precise dosing.
Das flüssige Kryogen weist einen Siedepunkt weit unterhalb der Zimmertemperatur auf, und gelangt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme vorzugsweise im flüssigen kryogenen Zustand in die Mahlbecheraufnahme und/oder in den in die Mahlbecheraufnahme einsetzbaren Mahlbecher. Dort kann es verdampfen und das dabei entstehende Gas kann durch Öffnungen in der Mahlbecheraufnahme und/oder dem Mahlbecher in die Umgebungsluft entweichen. Hierdurch kann der Mahlstation eine große Menge an Wärme, ggf. einschließlich der Energie des Phasenübergangs dosiert entzogen werden, d.h. die Kühlung weist eine hohe und dosierbare Kühlleistung auf.The liquid cryogen has a boiling point well below room temperature and, during the rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle, preferably reaches the grinding jar receptacle and/or the grinding jar that can be inserted into the grinding jar receptacle in the liquid cryogenic state. There it can evaporate and the resulting gas can escape into the ambient air through openings in the grinding bowl holder and/or the grinding bowl. As a result, a large amount of heat, possibly including the energy of the phase transition, can be withdrawn from the grinding station in a controlled manner, i.e. the cooling has a high and controllable cooling capacity.
Vorzugsweise wird das flüssige Kryogen in flüssigem Zustand in das Innere des Mahlbechers eindosiert und bleibt dort zumindest zeitweise im flüssigen Aggregatzustand, so dass zumindest zeitweise eine Nassvermahlung mit dem flüssigen Kryogen, also eine kryogene Nassvermahlung stattfindet.The liquid cryogen is preferably metered into the interior of the grinding bowl in a liquid state and remains there at least temporarily in the liquid aggregate state, so that wet grinding with the liquid cryogen, ie cryogenic wet grinding, takes place at least temporarily.
Besonders bevorzugt enthält das flüssige Kryogen flüssigen Stickstoff oder besteht im Wesentlichen ausschließlich aus flüssigem Stickstoff.The liquid cryogen particularly preferably contains liquid nitrogen or consists essentially exclusively of liquid nitrogen.
Flüssiger Stickstoff hat bei Normaldruck eine Siedetemperatur von 77 K und eignet sich besonders bei der Mahlung von ansonsten schwierig zu mahlenden Materialien wie z.B. manchen Thermoplasten, Polyolefinen und manchen biologischen Proben oder Gewürzen etc.At normal pressure, liquid nitrogen has a boiling temperature of 77 K and is particularly suitable for grinding materials that are otherwise difficult to grind, such as some thermoplastics, polyolefins and some biological samples or spices, etc.
Da Stickstoff die Verbrennung nicht unterstützt, kann er ferner dazu beitragen, die Mahlung sicherer zu machen. Stickstoff ist inert und reagiert unter normalen Bedingungen nicht oder kaum mit anderen Materialien. Mit flüssigem Stickstoff können somit insbesondere unerwünschte Reaktionen mit dem Mahlgut, den Mahlkörpern und/oder den Materialien der Mahlbecheraufnahme oder des Mahlbechers vermieden werden.Furthermore, because nitrogen does not support combustion, it can help make grinding safer. Nitrogen is inert and under normal conditions hardly or not reacts with other materials. Undesirable reactions with the material to be ground, the grinding bodies and/or the materials of the grinding bowl holder or the grinding bowl can thus be avoided in particular with liquid nitrogen.
Ferner bildet flüssiger Stickstoff bei Kontakt mit Wasser keine Kohlensäure, so dass der pH-Wert des Mahlguts selbst bei direktem Kontakt nicht in unerwünschter Weise verändert wird.Furthermore, liquid nitrogen does not form any carbonic acid when it comes into contact with water, so that the pH value of the ground material is not changed in an undesired manner even in the event of direct contact.
Eine kryogene Vermahlung insbesondere unter Verwendung von flüssigem Stickstoff zur Ableitung der während des Mahlprozesses erzeugten Wärme kann bei vielen Produkten z.B. zu einer feineren, gleichmäßigeren Partikelgrößenverteilung und höheren Durchsätzen im Vergleich zu herkömmlichen Mahlmethoden führen. Die kann z.B. auf Klebstoffe, Wachse, Teppiche, Farbkonzentrate, Pigmente, Verbundwerkstoffe, Körner, Pharmazeutika, Kunststoffe, Pulverlacke, Metall, Mehrkomponentenmaterialien, Gummi, Gewürze und Kräuter zutreffen.For example, cryogenic milling, particularly using liquid nitrogen to dissipate the heat generated during the milling process, can result in a finer, more uniform particle size distribution and higher throughputs for many products compared to traditional milling methods. For example, this can apply to adhesives, waxes, carpets, color concentrates, pigments, composites, granules, pharmaceuticals, plastics, powder coatings, metal, composite materials, rubber, spices and herbs.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Mahlbecheraufnahme, des Mahlbechers und/oder unmittelbar des Mahlgutes und/oder der Mahlkörper umfasst sein. Der Temperatursensor, kann z.B. an der Mahlbecheraufnahme und/oder an einem in die Mahlbecheraufnahme einsetzbaren Mahlbecher angeordnet sein oder als berührungsloser Temperatursensor, z.B. als Infrarotsensor, der in die Mahlbecheraufnahme oder in den Mahlbecher gerichtet ist, ausgebildet sein. In vorteilhafter Weise lässt sich so die Temperatur unmittelbar im Bereich des Mahlbechers und/oder an der Mahlbecheraufnahme überwachen. Die Übertragung der Messwerte von dem rotierenden Planetensystem kann z.B. mit einer Funkverbindung bewerkstelligt werden.According to one embodiment, a temperature sensor for measuring the temperature of the grinding bowl holder, the grinding bowl and/or directly the material to be ground and/or the grinding bodies can be included. The temperature sensor can be arranged, for example, on the grinding bowl holder and/or on a grinding bowl that can be inserted into the grinding bowl holder, or it can be designed as a non-contact temperature sensor, e.g. as an infrared sensor, which is directed into the grinding bowl holder or into the grinding bowl. Advantageously, the temperature can be monitored directly in the area of the grinding bowl and/or on the grinding bowl holder. The transmission of the measured values from the rotating planetary system can be accomplished, for example, with a radio link.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Planetenmühle eine elektronische Steuerungseinrichtung mit einem Benutzer-Interface. Der Benutzer kann über das Benutzer-Interface, z.B. einem Touch-Screen-Display zunächst übliche Betriebsparameter der Planetenmühle, wie z.B. Drehzahl und/oder Mahldauer einstellen. In vorteilhafter Weise kann der Benutzer nun über das Benutzer-Interface die Kühlung, z.B. mittels des Kühlmittelflusses steuern. Z.B. können bei einer einfachen Steuerung Intervalle für die Öffnungszeiten des Kühlmediumventils eingestellt werden. Bei einer aktiven Temperaturregelung kann ein Sollwert für die gewünschte Mahltemperatur, insbesondere in einem kryogenen Bereich, eingestellt werden.According to a further preferred embodiment, the planetary mill includes an electronic control device with a user interface. The user can use the user interface, e.g. a touch screen display, to set the usual operating parameters of the planetary mill, such as speed and/or milling time. The user can now advantageously control the cooling via the user interface, e.g. by means of the coolant flow. For example, with a simple control, intervals for the opening times of the cooling medium valve can be set. With an active temperature control, a target value for the desired grinding temperature, in particular in a cryogenic range, can be set.
Bestimmte Mahlgüter, z.B. Gewürze sind besonders temperaturempfindlich. Die beim Mahlen entstehende Wärme kann dazu führen, dass Gewürze ihre ätherischen Öle verlieren, ihr Aroma und ihren Geschmack verzerren und ihre Farbe verändern, was die Qualität der Gewürze beeinträchtigen kann. Wenn die Gewürze nicht bei einer ausreichend niedrigen Temperatur verarbeitet werden, können die Öle und Fette in den Gewürzen eine Agglomeration verursachen und ggf. sogar die Mühle verstopfen. Die Kühlung und eine Steuerung der Betriebstemperatur, z.B. mittels einer Steuerung der Flussmenge an flüssigem Kryogen kann dazu beitragen, diese Probleme zu vermeiden.Certain ground goods, e.g. spices, are particularly sensitive to temperature. The heat generated during grinding can cause spices to lose their essential oils, distort their aroma and flavor, and change color, which can affect the quality of the spices. If the spices are not processed at a sufficiently low temperature, the oils and fats in the spices can cause agglomeration and possibly even clog the grinder. Cooling and controlling the operating temperature, e.g., by controlling the amount of liquid cryogen flow, can help avoid these problems.
Vorzugsweise umfasst die Steuerungseinrichtung einen Regelkreis, wobei die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur als Istwert zurückgeführt und mit dem Sollwert verglichen wird, und wobei der Regelkreis die Temperatur an der Mahlbecheraufnahme und/oder dem Mahlbecher aktiv regelt, indem die Steuerungseinrichtung die Menge an flüssigem Kryogen, das über die Kühlmediumleitung der Kühlmedium-Dosieröffnung zugeführt wird, als Stellgröße verwendet. Damit kann in vorteilhafter Weise eine aktive und präzise Temperaturregelung auf einen vom Benutzer vorgewählten kryogenen Temperatur-Sollwert erreicht werden.The control device preferably includes a control loop, the temperature measured by the temperature sensor being fed back as an actual value and compared with the setpoint value, and the control loop actively controlling the temperature on the grinding bowl holder and/or the grinding bowl, in that the control device changes the amount of liquid cryogen, which is fed to the cooling medium metering opening via the cooling medium line, is used as the manipulated variable. In this way, an active and precise temperature control to a cryogenic temperature setpoint value preselected by the user can be achieved in an advantageous manner.
Vorzugsweise weist die Mahlbecheraufnahme und/oder der in die Mahlbecheraufnahme eingesetzte Mahlbecher am oberen axialen Ende eine Eindosieröffnung auf und die Kühlmedium-Dosieröffnung ist im Bereich der Sonnenachse zentral über der Trägervorrichtung angeordnet. Insbesondere schneidet die Mahlbecheraufnahme und/oder der in die Mahlbecheraufnahme eingesetzte Mahlbecher die Sonnenachse, so dass sich die Eindosieröffnung in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme senkrecht unter der Kühlmedium-Dosieröffnung befindet. Dadurch kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung durch die Schwerkraft, insbesondere senkrecht von oben durch die axiale Eindosieröffnung in die Mahlbecheraufnahme und/oder in den Mahlbecher eindosiert werden, insbesondere kann das Kühlmedium von oben durch die axiale Eindosieröffnung fließen, tropfen oder sprühen.The grinding jar receptacle and/or the grinding jar inserted into the grinding jar receptacle preferably has a metering opening at the upper axial end and the cooling medium metering opening is arranged in the area of the sun axis centrally above the carrier device. In particular, the grinding jar receptacle and/or the grinding jar inserted into the grinding jar receptacle intersects the axis of the sun, so that the dosing opening is located vertically below the cooling medium metering opening in any rotary position of the carrier device and the grinding jar receptacle. As a result, at any time during the rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle, the cooling medium can be metered out of the cooling medium metering opening by gravity, in particular vertically from above through the axial metering opening into the grinding jar receptacle and/or into the grinding jar; in particular, the cooling medium can be flow, drip or spray through the axial metering opening at the top.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Planetenmühle eine erste und zweite Mahlbechervariante wie folgt:
- i) Die erste Mahlbechervariante schneidet die Sonnenachse, wenn sie in die Mahlbecheraufnahme eingesetzt ist, und weist eine obere axiale Eindosieröffnung auf, wobei sich die Eindosieröffnung in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, insbesondere senkrecht, unter der Kühlmedium-Dosieröffnung befindet, und das Kühlmedium wird durch die Eindosieröffnung ins Innere des Mahlbechers geleitet, so dass zu jedem Zeitpunkt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung durch die axiale Eindosieröffnung ins Innere des Mahlbechers eindosiert werden kann.
- ii) Die zweite Mahlbechervariante schneidet die Sonnenachse nicht selbst, wenn sie in die Mahlbecheraufnahme eingesetzt ist, sondern nur die Mahlbecheraufnahme schneidet die Sonnenachse. Zumindest bei dieser zweiten Mahlbechervariante ist ferner ein Spalt zwischen einer radialen Umfangswandung des Mahlbechers und der Mahlbecheraufnahme vorhanden, und die Mahlbecheraufnahme weist eine axiale Eindosieröffnung auf, wobei sich die Eindosieröffnung in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, insbesondere senkrecht, unter der Kühlmedium-Dosieröffnung befindet, und das Kühlmedium wird durch die Eindosieröffnung in den Spalt geleitet, so dass zu jedem Zeitpunkt während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme das Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung durch die axiale Eindosieröffnung in den Spalt eindosiert werden kann.
- i) The first grinding jar variant intersects the sun's axis when it is inserted into the grinding jar receptacle and has an upper axial metering opening, with the metering opening being located below the cooling medium metering opening in any rotary position of the carrier device and the grinding jar receptacle, in particular vertically, and the cooling medium is fed through the metering opening into the interior of the grinding bowl, so that the cooling medium can be metered from the cooling medium metering opening through the axial metering opening into the interior of the grinding bowl at any time during the rotation of the carrier device and the grinding bowl holder.
- ii) The second grinding jar variant does not itself intersect the sun's axis when inserted into the grinding jar receptacle, only the grinding jar receptacle intersects the sun's axis. At least in this second grinding jar variant, there is also a gap between a radial peripheral wall of the grinding jar and the grinding jar receptacle, and the grinding jar receptacle has an axial metering opening, the metering opening being located below the coolant Dosing opening is located, and the cooling medium is fed through the dosing opening into the gap, so that at any time during the rotation of the carrier device and the grinding bowl holder, the cooling medium can be dosed from the cooling medium dosing opening through the axial dosing opening into the gap.
Dabei kann der Benutzer zwischen der ersten und zweiten Mahlbechervariante auswählen und je nachdem, welche der beiden Mahlbechervarianten in die Mahlbecheraufnahme eingesetzt wird, kann das Kühlmedium entweder in das Innere des Mahlbechers (erste Mahlbechervariante) oder an die Außenwandung des Mahlbechers, bzw. in den Spalt zwischen dem Mahlbecher und der Mahlbecheraufnahme (zweite Mahlbechervariante) eindosiert werden, je nachdem, ob das Mahlgut direkt mit dem Kühlmedium in Kontakt kommen soll oder nicht.The user can choose between the first and second grinding jar variant and depending on which of the two grinding jar variants is used in the grinding jar receptacle, the cooling medium can either get into the interior of the grinding jar (first grinding jar variant) or onto the outer wall of the grinding jar, or into the gap between the grinding bowl and the grinding bowl holder (second grinding bowl variant), depending on whether the material to be ground should come into direct contact with the cooling medium or not.
Insbesondere umfasst die Planetenmühle also ein Mahlbecherset, welches beide, nämlich die erste und die zweite Mahlbechervariante umfasst und die erste und zweite Mahlbechervariante sind wahlweise in die Mahlbecheraufnahme einsetzbar sind, um das Kühlmedium je nach eingesetzter Mahlbechervariante wahlweise ins Innere des Mahlbechers oder in den Spalt zwischen dem Mahlbecher und der Mahlbecheraufnahme zu führen. Selbstverständlich kann die Planetenmühle zunächst mit nur einer der Mahlbechervarianten geliefert werden und der Kunde kann bei Bedarf die andere Mahlbechervariante als Zubehörteil nachkaufen.In particular, the planetary mill therefore includes a grinding jar set, which includes both, namely the first and the second grinding jar variant, and the first and second grinding jar variant can be optionally inserted into the grinding jar receptacle in order to direct the cooling medium, depending on the grinding jar variant used, either into the interior of the grinding jar or into the gap between the grinding bowl and the grinding bowl holder. Of course, the planetary mill can initially only be supplied with one of the grinding jar variants and the customer can buy the other grinding jar variant as an accessory if required.
Vorzugsweise sind die Mahlbecheraufnahme und die Planetenachse um einen schiefen Winkel relativ zu der Sonnenachse schräg geneigt, und zwar von unten nach oben gesehen schräg nach innen zur Sonnenachse hin geneigt. Dadurch kann das obere Ende der Mahlbecheraufnahme näher an die Sonnenachse heran gebracht werden als der Boden der Mahlbecheraufnahme. Dies erleichtert die Konstruktion einer Anordnung bei welcher die Mahlbecheraufnahme und/oder der Mahlbecher am jeweiligen oberen Ende die Sonnenachse schneiden soll. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, insbesondere bei einer Monomühle, die Mahlbecheraufnahme auch bei parallelen Achsen so anzuordnen, dass die Sonnenachse geschnitten wird.Preferably, the grinding bowl receptacle and the planetary axis are inclined at an oblique angle relative to the sun axis, namely inclined obliquely inwardly towards the sun axis when viewed from the bottom up. As a result, the upper end of the grinding cup holder can be brought closer to the sun axis than the bottom of the grinding cup holder. This simplifies the construction of an arrangement in which the grinding bowl receptacle and/or the grinding bowl should intersect the sun's axis at the respective upper end. In principle, however, it is also conceivable, in particular in the case of a mono mill, to arrange the grinding bowl receptacle in such a way that the sun axis is intersected, even if the axes are parallel.
Falls bei der gekühlten Planetenmühle die Planetenachse schräg zur Sonnenachse geneigt ist, ist es besonders vorteilhaft, die Rotation der Mahlbecheraufnahme relativ zu der Rotation der Trägervorrichtung synchron mittels eines geschränkten Zahnriementriebs anzutreiben, wobei der Zahnriementrieb nicht parallele Antriebs- und Abtriebsachsen aufweist, welche insbesondere koaxial zur Sonnenachse bzw. zur Planetenachse verlaufen.If, in the case of the cooled planetary mill, the planetary axis is inclined at an angle to the sun axis, it is particularly advantageous to drive the rotation of the grinding bowl receptacle relative to the rotation of the carrier device synchronously by means of a crossed toothed belt drive, with the toothed belt drive not having parallel drive and output axes, which in particular are coaxial to the Sun axis or run to the planetary axis.
Die hierin beschriebene Kühlung, insbesondere das Eindosieren von (kryogenem) Kühlmedium z.B. direkt in das Innere des Mahlbechers kann im Übrigen geeignet sein, auch in anderen Labormühlen eingesetzt zu werden, z.B. in Schwingmühlen oder anderen Mühlen. Die Labormühle umfasst:
- zumindest eine Mahlbecheraufnahme zum Einsetzen eines Mahlbechers,
- einen Antrieb zum Antreiben einer Bewegung des Mahlbechers, z.B. einer Planetenbewegung oder einer Schwingbewegung, um das in den Mahlbecher eingefüllte Mahlgut mittels Mahlkörpern zu mahlen und
- eine Kühleinrichtung mit einer Kühlmedium-Dosieröffnung zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlbecheraufnahme und/oder direkt ins Innere des in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbechers während der Bewegung des Mahlbechers, also während des Betriebs der Labormühle,
- und ggf. weitere Merkmale der hierin beschriebenen Planetenmühle.
- at least one grinding bowl holder for inserting a grinding bowl,
- a drive for driving a movement of the grinding bowl, for example a planetary movement or an oscillating movement, in order to grind the ground material filled into the grinding bowl by means of grinding bodies and
- a cooling device with a cooling medium metering opening for metering cooling medium into the grinding jar receptacle and/or directly into the interior of the grinding jar inserted into the grinding jar receptacle during the movement of the grinding jar, i.e. during operation of the laboratory mill,
- and optionally other features of the planetary mill described herein.
Planetenmühle mit geneigter Planetenachse und offener Mahlbecheraufnahme bzw. offenem MahlbecherPlanetary mill with inclined planetary axis and open grinding bowl holder or open grinding bowl
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst die Planetenmühle:
- eine Trägervorrichtung als Sonnenelement, welche um eine Sonnenachse rotierbar ist,
- zumindest eine Mahlstation mit einer Mahlbecheraufnahme zum Einsetzen eines Mahlbechers, wobei die Mahlbecheraufnahme axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotierbar ist,
- einen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme, so dass die Mahlbecheraufnahme und ein in die Mahlbecheraufnahme einsetzbarer Mahlbecher im Betrieb auf einer Kreisbahn um die Sonnenachse umläuft und gleichzeitig um die Planetenachse rotieren, also eine kombinierte Umlauf- und Rotationstrajektorie durchlaufen,
- wobei die Mahlbecheraufnahme und die Planetenachse um einen schiefen Winkel zu der Sonnenachse schräg geneigt sind,
- wobei die Mahlbecheraufnahme ein oberes Ende, an welchem der Mahlbecher eingesetzt wird und ein dem oberen Ende axial gegenüberliegendes unteres Ende aufweist von unten nach oben gesehen die Planetenachse schräg nach innen in Richtung der Sonnenachse geneigt ist,
- wobei die Mahlbecheraufnahme und/oder der in die Mahlbecheraufnahme eingesetzte Mahlbecher während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme nach oben offen bleiben.
- a carrier device as a sun element, which can be rotated around a sun axis,
- at least one grinding station with a grinding bowl holder for inserting a grinding bowl, the grinding bowl holder being arranged on the carrier device in an axially offset manner with respect to the sun axis and being rotatable about a planetary axis relative to the carrier device,
- a drive motor for driving the rotation of the carrier device and the grinding bowl holder, so that the grinding bowl holder and a grinding bowl that can be inserted into the grinding bowl holder revolve during operation on a circular path around the axis of the sun and simultaneously rotate around the planetary axis, i.e. run through a combined orbital and rotational trajectory,
- wherein the grinding bowl receptacle and the planetary axis are inclined at an oblique angle to the sun axis,
- wherein the grinding bowl receptacle has an upper end, on which the grinding bowl is inserted, and a lower end axially opposite the upper end, seen from the bottom up, the planetary axis is inclined obliquely inwards in the direction of the sun axis,
- wherein the grinding jar receptacle and/or the grinding jar inserted into the grinding jar receptacle remain open at the top during the rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle.
Durch die Schräglage des Mahlbechers, und zwar mit dem oberen Ende nach innen in Richtung der Sonnenachse, entsteht eine Komponente der Zentrifugalkraft, die die Mahlkörper sowie das Mahlgut zum Becherboden hin beschleunigt. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei einer Planetenmühle mit einem solchen nach innen geneigten Mahlbecher, ggf. sogar der Mahlbecher im Betrieb nach oben offen bleiben kann, wenn die von der Umlauf- und Rotationsbewegung erzeugten kombinierten Zentrifugalkräfte das Mahlgut und die Mahlkörper ggf. auch ohne Mahlbecherdeckel oder zumindest mit einem Mahlbecherdeckel mit einer Öffnung im Mahlbecher halten und dieses nicht, wie das bei einer Planetenmühle mit parallelen Achsen der Fall wäre, nach oben aus dem Mahlbecher herausfliegt. Dieser Effekt kann vielfältig genutzt werden. Der Effekt kann unter anderem dazu genutzt werden, dass z.B. während des Betriebs ein Kühlmedium von oben ins Innere des Mahlbechers in die oder in die Mahlbecheraufnahme eingetropft werden kann. Der Effekt kann aber auch dazu genutzt werden, den Mahlvorgang von oben, z.B. mit einer Kamera zu überwachen.Due to the inclined position of the grinding bowl, namely with the upper end inward in the direction of the sun's axis, a component of the centrifugal force is created, which accelerates the grinding media and the material to be ground towards the bottom of the bowl. Surprisingly, it has been shown that in a planetary mill with such an inwardly inclined grinding jar, possibly even the grinding jar can remain open at the top during operation if the combined centrifugal forces generated by the revolving and rotational movement damage the material to be ground and the grinding media without a grinding jar lid or at least with a grinding jar lid with an opening in the grinding jar and this does not fly out of the grinding jar upwards, as would be the case with a planetary mill with parallel axes. This effect can be used in many ways. Among other things, the effect can be used so that, e.g. during operation, a cooling medium can be dripped in from above into the inside of the grinding bowl or into the grinding bowl holder. The effect can also be used to monitor the grinding process from above, e.g. with a camera.
Vorzugsweise weist der in die Mahlbecheraufnahme eingesetzte Mahlbecher ein axiales oberes Ende und an seinem oberen Ende eine axiale Öffnung auf, welche während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme offen bleibt, wobei die axiale Öffnung des Mahlbechers die Sonnenachse schneidet, so dass in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme von oben durch die axiale Öffnung des Mahlbechers Einblick und/oder Mediumszugabe in das Innere des Mahlbechers möglich ist und/oder die Mahlbecheraufnahme weist an ihrem oberen Ende eine axiale Öffnung auf, welche während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme offen bleibt, wobei die axiale Öffnung der Mahlbecheraufnahme die Sonnenachse schneidet, so dass in jeder beliebigen Drehstellung der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme von oben durch die axiale Öffnung der Mahlbecheraufnahme Einblick und/oder Mediumszugabe in das Innere der Mahlbecheraufnahme, insbesondere in den Bereich um die Mahlbecheraußenwand möglich ist.The grinding jar inserted into the grinding jar receptacle preferably has an axial upper end and at its upper end an axial opening which remains open during the rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle, with the axial opening of the grinding jar intersecting the sun axis, so that in any rotational position of the carrier device and the grinding jar receptacle from above, through the axial opening of the grinding jar, it is possible to view and/or add medium to the interior of the grinding jar and/or the grinding jar receptacle has an axial opening at its upper end, which opens during the rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle remains, the axial opening of the grinding cup holder intersects the sun axis, so that in any rotational position of the carrier device and the grinding cup holder from above, through the axial opening of the grinding bowl receptacle, it is possible to view and/or add medium into the interior of the grinding bowl receptacle, in particular into the area around the outer wall of the grinding bowl.
In vorteilhafter Weise kann somit, je nach Ausführung der Mahlbecheraufnahme und des Mahlbechers während des Betriebs z.B. ein Kühlmedium senkrecht von oben wahlweise ins Innere des Mahlbechers oder in die Mahlbecheraufnahme an die Außenseite der Mahlbecherwandung eingetropft werden und/oder es kann z.B. mit einer Kamera ins Innere des Mahlbechers und/oder in die Mahlbecheraufnahme gefilmt werden.Depending on the design of the grinding jar holder and the grinding jar, a cooling medium can thus advantageously be dripped vertically from above into the interior of the grinding jar or into the grinding jar holder on the outside of the grinding jar wall during operation, for example, and/or it can be inspected, e.g. with a camera of the grinding bowl and/or in the grinding bowl holder.
Vorzugsweise ist der Mahlbecher im Betrieb der Planetenmühle verdrehsicher in der Mahlbecheraufnahme befestigt, z.B. verrastet oder verspannt, so dass ein effektiver Leistungseintrag zur Mahlung des Mahlguts in dem Mahlbecher möglich ist.When the planetary mill is in operation, the grinding jar is preferably secured against twisting in the grinding jar receptacle, e.g. latched or braced, so that effective power input for grinding the material to be ground in the grinding jar is possible.
Insbesondere ist die Mahlleistung der Planetenmühle hinreichend groß, um mit Mahlkörpern, z.B. Mahlkugeln, die zusammen mit dem Mahlgut in den Mahlbecher eingebracht sind, das Mahlgut in dem Mahlbecher zu mahlen, d.h. signifikant zu zerkleinern und Material nicht lediglich nur zu mischen oder zu Entgasen.In particular, the grinding capacity of the planetary mill is sufficiently large to grind the material to be ground in the grinding bowl with grinding bodies, e.g.
Vorzugsweise weist der Antriebsmotor hierzu eine Motorleistung von mindestens 300 W, vorzugsweise von mindestens 500 W, vorzugsweise von mindestens 1 kW, insbesondere im Bereich von 300 W bis 3 kW, vorzugsweise im Bereich von 500 W bis 2,5 kW, vorzugsweise im Bereich von 1 kW bis 2 kW auf.For this purpose, the drive motor preferably has a motor power of at least 300 W, preferably at least 500 W, preferably at least 1 kW, in particular in the range from 300 W to 3 kW, preferably in the range from 500 W to 2.5 kW, preferably in the range of 1 kW to 2 kW.
Vorzugsweise beträgt die maximale Drehzahl der Rotation der Trägervorrichtung mindestens 700 min-1, vorzugsweise mindestens 800 min-1, vorzugsweise mindestens 900 min-1, vorzugsweise mindestens 1000 min-1, vorzugsweise mindestens 1100 min-1 und/oder höchstens 1800 min-1, vorzugsweise höchstens 1400 min-1, vorzugsweise höchstens 1200 min-1.The maximum rotation speed of the carrier device is preferably at least 700 rpm , preferably at least 800 rpm , preferably at least 900 rpm , preferably at least 1000 rpm , preferably at least 1100 rpm and/or at most 1800 rpm , preferably at most 1400 min -1 , preferably at most 1200 min -1 .
Vorzugsweise beträgt der Betrag des relativen Drehzahlverhältnisses zwischen der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme zwischen 1:1,2 und 1:5, vorzugsweise zwischen 1:1,5 bis 1:3, vorzugsweise im Bereich von 1:2+/-0,5.The amount of the relative speed ratio between the rotation of the carrier device and the grinding bowl receptacle is preferably between 1:1.2 and 1:5, preferably between 1:1.5 and 1:3, preferably in the range of 1:2+/-0. 5.
Weiter vorzugsweise rotieren die Trägervorrichtung und die Mahlbecheraufnahme gegenläufig und das relative Drehzahlverhältnis zwischen der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme beträgt zwischen 1:-1,2 und 1:-5, vorzugsweise zwischen 1:-1,5 und 1:-3 , vorzugsweise im Bereich von 1:-2+/-0,5.More preferably, the carrier device and the grinding bowl holder rotate in opposite directions and the relative speed ratio between the rotation of the carrier device and the grinding bowl holder is between 1:-1.2 and 1:-5, preferably between 1:-1.5 and 1:-3 in the range of 1:-2+/-0.5.
In vorteilhafter Weise kann insbesondere in diesen Bereichen mit der Planetenmühle eine effektive Mahlung erreicht werden, insbesondere wenn hierbei im Wurfregime gearbeitet wird und trotzdem kann mit einem nach oben offenen Mahlbecher gemahlen werden.In an advantageous manner, particularly in these areas, effective grinding can be achieved with the planetary mill, especially when working in the throw regime and nevertheless grinding can be carried out with a grinding bowl that is open at the top.
Die relative Neigung der Planetenachse gegenüber der Sonnenachse beträgt vorzugsweise im Bereich von 15° bis 70°, vorzugsweise im Bereich von 25° bis 60°, vorzugsweise im Bereich von 37,5° +/-10°, insbesondere im Bereich von 37,5° +/-5°.The relative inclination of the planetary axis to the sun axis is preferably in the range of 15° to 70°, preferably in the range of 25° to 60°, preferably in the range of 37.5° +/-10°, in particular in the range of 37.5 ° +/-5°.
Die räumliche Anordnung lässt sich in vorteilhafter Weise gut mit einer Monomühle realisieren, d.h. mit einer Planetenmühle mit nur einer Mahlbecheraufnahme und einem, insbesondere verstellbaren Gegengewicht zur Kompensation der Unwucht der Trägervorrichtung.The spatial arrangement can be implemented in an advantageous manner with a mono mill, i.e. with a planetary mill with only one grinding bowl receptacle and a counterweight, which can be adjusted in particular, to compensate for the imbalance of the carrier device.
Vorzugsweise weist die Mahlbecheraufnahme einen Boden auf und der Boden der Mahlbecheraufnahme schneidet die Sonnenachse insbesondere nicht. Gleichermaßen schneidet der Mahlbecherboden des in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbechers die Sonnenachse vorzugsweise nicht. Damit können konstruktive Vorteile als auch Vorteile in Bezug auf die Mahlleistung erzielt werden.Preferably, the grinding jar receptacle has a base and the base of the grinding jar receptacle, in particular, does not intersect the sun's axis. Likewise, the grinding jar base of the grinding jar inserted into the grinding jar receptacle preferably does not intersect the sun's axis. In this way, constructive advantages as well as advantages with regard to the grinding performance can be achieved.
Bevorzugt ist der Antrieb für die Mahlbecheraufnahme, insbesondere ein Zahnriemenantrieb, unterhalb der Mahlbecheraufnahme angeordnet.The drive for the grinding bowl holder, in particular a toothed belt drive, is preferably arranged below the grinding bowl holder.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die Mahlbecheraufnahme einen Boden auf und vom Boden der Mahlbecheraufnahme erstreckt sich ein Wellenfortsatz koaxial zur Planetenachse schräg nach unten. Der Wellenfortsatz ist unterhalb des Bodens der Mahlbecheraufnahme an der Trägervorrichtung rotierbar gelagert, z.B. mit einem Kugellager, und unterhalb des Bodens der Mahlbecheraufnahme ist ein Abtriebsrad des Planetenantriebs an dem Wellenfortsatz befestigt, um die Mahlbecheraufnahme um die schräg geneigte Planetenachse rotierend anzutreiben, wenn die Trägervorrichtung rotiert.According to an exemplary embodiment, the grinding cup holder has a base and a shaft extension extends obliquely downwards coaxially to the planetary axis from the bottom of the grinding cup holder. The shaft extension is rotatably mounted on the carrier device below the bottom of the grinding jar receiver, e.g. with a ball bearing, and below the bottom of the grinding jar receiver an output gear of the planetary drive is attached to the shaft extension to drive the grinding jar receiver to rotate about the obliquely inclined planetary axis when the carrier device rotates .
Vorzugsweise wird also die Rotation der Mahlbecheraufnahme relativ zu der Rotation der Trägervorrichtung synchron und direkt mittels eines geschränkten Zahnriementriebs angetrieben und der Zahnriementrieb weist vorzugsweise nicht parallele schräg zueinander verlaufende Antriebs- und Abtriebsachsen auf.The rotation of the grinding bowl receptacle relative to the rotation of the carrier device is preferably driven synchronously and directly by means of a set toothed belt drive, and the toothed belt drive preferably has non-parallel drive and output axes running at an angle to one another.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Kamera und/oder ein berührungsloser Temperatursensor, z.B. ein Infrarotsensor umfasst sein, welche oberhalb der Mahlbecheraufnahme angeordnet sind und, ggf. senkrecht oder schräg von oben in die Mahlbecheraufnahme und/oder ins Innere des in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbechers gerichtet sind, um dauerhaft während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme das Innere der Mahlbecheraufnahme und/oder das Innere des in die Mahlbecheraufnahme eingesetzten Mahlbechers optisch oder temperaturmäßig zu überwachen und/oder aufzunehmen. Mit einer optischen Überwachung des Mahlvorgangs können z.B. besondere Erkenntnisse über die Mahlparameter bzw. Eigenschaften der Mahlung ermittelt werden. Mit einem Temperatursensor kann unmittelbar die Temperatur des Mahlgutes gemessen werden.According to one exemplary embodiment, a camera and/or a non-contact temperature sensor, eg an infrared sensor, can be included, which is arranged above the grinding bowl receptacle net and, if necessary, are directed vertically or at an angle from above into the grinding jar receptacle and/or into the interior of the grinding jar inserted into the grinding jar receptacle in order to permanently protect the interior of the grinding jar receptacle and/or the interior of the grinding jar receptacle and/or the interior of the To monitor grinding bowl recording used grinding bowl optically or in terms of temperature and / or record. With an optical monitoring of the grinding process, for example, special insights into the grinding parameters or properties of the grinding can be determined. The temperature of the material to be ground can be measured directly with a temperature sensor.
Zum Mahlen bestimmter Proben, kann wiederum eine Kühleinrichtung zum Eindosieren von Kühlmedium in die Mahlbecheraufnahme und/oder in das Innere des Mahlbechers vorteilhaft sein.A cooling device for metering cooling medium into the grinding bowl holder and/or into the interior of the grinding bowl can in turn be advantageous for grinding certain samples.
Wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, kann die Kühleinrichtung eine Kühlmediumleitung und eine Kühlmedium-Dosieröffnung zentral im Bereich der Sonnenachse umfassen, und das Kühlmedium wird durch die Kühlmediumleitung in den zentralen Bereich an der Sonnenachse oberhalb der Mahlbecheraufnahme bzw. oberhalb des Mahlbechers geleitet und kann während der Rotation der Trägervorrichtung und der Mahlbecheraufnahme Kühlmedium aus der Kühlmedium-Dosieröffnung durch die obere Öffnung der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers von oben in die Mahlbecheraufnahme und/oder ins Innere des Mahlbechers eindosiert werden.As already explained above, the cooling device can comprise a cooling medium line and a cooling medium metering opening centrally in the area of the sun axis, and the cooling medium is guided through the cooling medium line into the central area on the sun axis above the grinding bowl holder or above the grinding bowl and can during the Rotation of the carrier device and the grinding jar receptacle cooling medium from the coolant metering opening through the upper opening of the grinding jar receptacle or the grinding jar from above into the grinding jar receptacle and / or into the interior of the grinding jar.
Wie ebenfalls vorstehend bereits ausgeführt wurde, kann die Kühlmedium-Dosieröffnung als Düse ausgebildet und das Kühlmedium ein flüssiges Kryogen sein, z.B. flüssiger Stickstoff. Vorzugsweise fließt tropft oder sprüht das flüssige Kryogen von oben aus der Düse in die Mahlbecheraufnahme und/oder in den Mahlbecher und verdampft in der Mahlbecheraufnahme bzw. dem Mahlbecher. Das dabei entstehende Gas kann durch Öffnungen in der Mahlbecheraufnahme und/oder dem Mahlbecher in die Umgebungsluft entweichen.As also already explained above, the cooling medium metering opening can be designed as a nozzle and the cooling medium can be a liquid cryogen, e.g. liquid nitrogen. The liquid cryogen preferably drips or sprays from above out of the nozzle into the grinding jar receptacle and/or into the grinding jar and evaporates in the grinding jar receptacle or the grinding jar. The resulting gas can escape into the ambient air through openings in the grinding bowl holder and/or the grinding bowl.
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft ferner ein Laborgerät, umfassend:
- eine Trägervorrichtung, welche um eine Sonnenachse rotierbar ist,
- zumindest eine Becheraufnahme zum Einsetzen eines Bechers, wobei die Becheraufnahme axial versetzt zu der Sonnenachse an der Trägervorrichtung angeordnet und um eine Planetenachse relativ zu der Trägervorrichtung rotierbar ist,
- einen Antrieb zum Antreiben der Rotation der Trägervorrichtung und der Becheraufnahme, so dass die Becheraufnahme und ein in die Becheraufnahme einsetzbarer Becher im Betrieb eine kombinierte Umlauf- und Rotationstrajektorie durchlaufen,
- und ggf. weitere Merkmale der hierin beschriebenen Planetenmühle, wobei insbesondere die Becheraufnahme und die Planetenachse um einen schiefen Winkel (α) zu der Sonnenachse schräg geneigt sind, die Becheraufnahme ein oberes Ende und ein dem oberen Ende gegenüberliegendes unteres Ende aufweist und von unten nach oben gesehen die Planetenachse schräg nach innen in Richtung der Sonnenachse geneigt ist, und/oder die Becheraufnahme und/oder der in die Becheraufnahme eingesetzte Becher mit deren jeweiligem oberen Ende die Sonnenachse schneiden.
- a carrier device which can be rotated around a sun axis,
- at least one cup holder for inserting a cup, the cup holder being arranged on the carrier device in an axially offset manner with respect to the sun axis and being rotatable about a planetary axis relative to the carrier device,
- a drive for driving the rotation of the carrier device and the cup holder, so that the cup holder and a cup that can be inserted into the cup holder run through a combined circulation and rotation trajectory during operation,
- and optionally further features of the planetary mill described herein, in particular the cup holder and the planetary axis being inclined at an oblique angle (α) to the sun axis, the cup holder having an upper end and a lower end opposite the upper end and from bottom to top Seen the planetary axis is inclined obliquely inwards in the direction of the sun axis, and / or the cup holder and / or the cup used in the cup holder with their respective upper end intersect the sun axis.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. In manchen Zeichnungen außer in den
Figurenlistecharacter list
Es zeigen:
-
1 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform der Planetenkugelmühle, -
2 eine dreidimensionale Darstellung der rotierenden Teile und des Antriebs einer weiteren Ausführungsform der Planetenkugelmühle, -
3 eine Frontansicht der rotierenden Teile und des Antriebs der Planetenkugelmühle aus2 , -
4 eine teilweise geschnittene Frontansicht der Planetenkugelmühle mit einer Ausführungsform der Mahlbecheraufnahme und des Mahlbechers, -
5 wie 4 , aber mit einer abgewandelten Ausführungsform der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers, -
6 wie 5 , aber mit einer abgewandelten Ausführungsform der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers, -
7 wie 6 , aber mit einer abgewandelten Ausführungsform der Mahlbecheraufnahme bzw. des Mahlbechers, -
8 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform des direkten geschränkten Zahnriemenantriebs mit nicht parallelen Achsen für die Planetenkugelmühle, -
9 eine Frontansicht des Zahnriemenantriebs aus8 , -
10 eine dreidimensionale Darstellung einer weiterer Ausführungsform des direkten geschränkten Zahnriemenantriebs mit nicht parallelen Achsen für die Planetenkugelmühle, -
11 eine Ansicht von unten aufden Zahnriemenantrieb aus 10 , -
12 verschiedene Darstellungen einer Ausführungsform des direkten geschränkten Zahnriemenantriebs mit nicht paralleler Antriebs- und Abtriebsachse für die Planetenkugelmühle, -
13 verschiedene Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des direkten geschränkten Zahnriemenantriebs mit nicht paralleler Antriebs- und Abtriebsachse für die Planetenkugelmühle, -
14 verschiedene Darstellungen einer Ausführungsform eines direkten geschränkten Zahnriementriebs mit schräg verlaufender, windschiefer Antriebs- und Abtriebsachse und Übersetzungsverhältnis, -
15 verschiedene Darstellungen einer weiteren Ausführungsform eines direkten geschränkten Zahnriementriebs mit schräg verlaufender Antriebs- und Abtriebsachse, die sich in einer Ebene schneiden, und Übersetzungsverhältnis, -
16 eine beispielhafte schematische Konstruktionsdarstellung der räumlichen Anordnung der Mittenebenen einer Antriebszahnscheibe und einer Abtriebszahnscheibe, -
17 eineschematische Konstruktionsdarstellung wie 16 mit Konstruktionspunkten A und B für die Umlenkrollen, -
18 eine schematische Konstruktionsdarstellung wie17 mit Ausrundung für die Umlenkrolle am Konstruktionspunkt B, -
19 eine schematische Konstruktionsdarstellung wie17 mit hinzu konstruierter Umlenkrolle, -
20 eine schematische Konstruktionsdarstellung wie19 , aber für eine Knie-in-Knie-Anordnung, -
21 eine Seitenansicht der Trägervorrichtung einer weiteren Ausführungsform der Planetenkugelmühle in Form einer Duo-Planetenmühle mit zwei schräg geneigten Mahlstationen bzw. Mahlbecheraufnahmen und zwei direkten geschränkten Zahnriemenantrieben, -
22 eine Frontansicht der rotierenden Teile und des Antriebs der Planetenkugelmühle aus21 , -
23 eine Draufsicht auf die rotierenden Teile und den Antrieb der Planetenkugelmühle aus21 , -
24 ein komplexer geschränkter Zahnriementrieb mit Übersetzungsverhältnis und linearer Spannrolle, -
25 ein Foto hinein in den rotierenden Mahlbecher einer Ausführungsform der Kryo-Planetenkugelmühle, -
26 eine gemessene Korngrößenverteilung einer PP-Probe, gemahlen mit einer Ausführungsform der Kryo-Planetenkugelmühle, -
27 eine gemessene Korngrößenverteilung einer PP-Probe, gemahlen mit einer gekühlten magnetisch angetriebenen Mühle, -
28 eine gemessene Korngrößenverteilung einer PP-Probe, gemahlen mit einer gekühlten Schwingmühle.
-
1 a three-dimensional representation of an embodiment of the planetary ball mill, -
2 a three-dimensional representation of the rotating parts and the drive of a further embodiment of the planetary ball mill, -
3 a front view of the rotating parts and the drive of theplanetary ball mill 2 , -
4 a partially sectioned front view of the planetary ball mill with an embodiment of the grinding bowl receptacle and the grinding bowl, -
5 how4 , but with a modified embodiment of the grinding bowl holder or the grinding bowl, -
6 how5 , but with a modified embodiment of the grinding bowl holder or the grinding bowl, -
7 how6 , but with a modified embodiment of the grinding bowl holder or the grinding bowl, -
8th a three-dimensional representation of an embodiment of the direct offset toothed belt drive with non-parallel axes for the planetary ball mill, -
9 a front view of the toothed belt drive8th , -
10 a three-dimensional representation of another embodiment of the direct offset toothed belt drive with non-parallel axes for the planetary ball mill, -
11 a view from below of thetoothed belt drive 10 , -
12 various representations of an embodiment of the direct offset toothed belt drive with non-parallel input and output axis for the planetary ball mill, -
13 various representations of a further embodiment of the direct offset toothed belt drive with non-parallel input and output axis for the planetary ball mill, -
14 various representations of an embodiment of a direct set toothed belt drive with an inclined, skewed input and output axis and transmission ratio, -
15 various representations of a further embodiment of a direct set toothed belt drive with obliquely running input and output axes, which intersect in one plane, and transmission ratio, -
16 an exemplary schematic design representation of the spatial arrangement of the center planes of a drive pulley and a driven pulley, -
17 a schematic construction representation as16 with construction points A and B for the pulleys, -
18 a schematic construction representation as17 with fillet for the deflection pulley at construction point B, -
19 a schematic construction representation as17 with additionally designed deflection roller, -
20 a schematic construction representation as19 , but for a knee-to-knee arrangement, -
21 a side view of the carrier device of a further embodiment of the planetary ball mill in the form of a duo planetary mill with two inclined grinding stations or grinding bowl receptacles and two direct offset toothed belt drives, -
22 a front view of the rotating parts and the drive of the planetary ball mill21 , -
23 a plan view of the rotating parts and the drive of the planetary ball mill21 , -
24 a complex offset toothed belt drive with transmission ratio and linear tensioner, -
25 a photo into the rotating grinding bowl of an embodiment of the cryo-planetary ball mill, -
26 a measured particle size distribution of a PP sample, ground with an embodiment of the cryo-planetary ball mill, -
27 a measured particle size distribution of a PP sample ground with a cooled magnetically driven mill, -
28 a measured particle size distribution of a PP sample ground with a cooled vibratory mill.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Bezugnehmend auf
Bezugnehmend auf die
Die Hauptantriebsriemenscheibe 26 ist starr mit der Trägervorrichtung 28 verbunden, welche die Sonnenrotation um die Sonnenachse S ausführt. Hierzu sind die Trägervorrichtung 28 und die Hauptriemenscheibe 26 zentraler Kugellager 32 an der Zentrumsachse 34 gelagert. Die Zentrumsachse 34 ist wiederum starr mit der Grundplatte 18 bzw. dem Gerätegehäuse 12 verbunden. Somit treibt der Antriebsmotor 22 über den Riemenantrieb 24, 26 die Rotation der Trägervorrichtung 28 als Sonnenelement um die feststehende Zentrumsachse 34 an.The
Die Antriebszahnscheibe 36 ist koaxial und starr mit der Zentrumsachse 34 verbunden. Wenn die Trägervorrichtung 28 von dem Riemenantrieb 24, 26 in Rotation versetzt wird, wird der Zahnriemen 38 von der ortsfesten Antriebszahnscheibe 36 angetrieben und treibt wiederum die Abtriebszahnscheibe 42 an der Mahlstation 2 an. Dadurch wird die Mahlstation 2 von der Trägervorrichtung 28 um die Zentrumsachse 34 bzw. Sonnenachse S, umlaufend mitgenommen und rotiert gleichzeitig zusätzlich um ihre eigene Achse, die Planetenachse P. Die Planetenmühle 1 ist als Planetenmühle 1 mit nicht parallelen Rotationsachsen S und P ausgebildet. Die Abtriebszahnscheibe 42 ist schräg geneigt zu der Antriebszahnscheibe 36 bzw. zur Zentrumsachse 34 und koaxial zur Planetenachse P angeordnet, so dass ein direkter geschränkter Zahnriementrieb 50 mit nicht paralleler Antriebs- und Abtriebsachse gebildet wird. Die schräg zur Antriebszahnscheibe 36 geneigte Abtriebszahnscheibe 42 weist einen kleineren Durchmesser als die Antriebszahnscheibe 36 auf, so dass ein direkter geschränkter Zahnriementrieb 50 mit nicht paralleler Antriebs- und Abtriebsachse und integriertem Übersetzungsverhältnis in ein und demselben direkten Zahnriementrieb 50 gebildet wird. Im vorliegenden Beispiel wird der Zahnriemen 38 ferner von zwei gezahnten Umlenkrollen 44, 46 umgelenkt und nach außen gespannt, um die Schiefheit des Zahnriementriebs 50 zwischen den schief zueinander angeordneten Antriebs- und Abtriebszahnscheiben 36, 42 zu adaptieren. Dabei verlaufen die Achsen der Umlenkrollen 44, 46 schräg, genauer sogar windschief, sowohl zur Antriebsachse (Sonnenachse S) als auch zur Abtriebsachse (Planetenachse P), um die Tangenteneinläufe und Tangentenausläufe des Zahnriemens 38 sauber ineinander überzuführen. Der Zahnriemen 38 verläuft dabei in allen vier Trumen 52a-d geschränkt.The
Mit dem so geschaffenen direkten geschränkten räumlichen Zahnriemenantrieb für die schräggestellte Mahlstation 2 bzw. schräggestellte Mahlbecheraufnahme 62 kann ein einfacher, zuverlässiger, kostengünstiger, laufruhiger und wartungsarmer Antrieb für eine Planetenkugelmühle mit schräggestellter Planetenachse geschaffen werden.A simple, reliable, inexpensive, smooth-running and low-maintenance drive for a planetary ball mill with a tilted planetary axis can be created with the direct spatial toothed belt drive created in this way for the tilted grinding
Bei dem in
Bezugnehmend auf die
Der Kühlmediumauslass bzw. die Kühlmediumdüse 116 kann, wie vorliegend dargestellt, koaxial zur Sonnenachse angeordnet sein, so dass das flüssige Kühlmedium 6 durch die Gravitation koaxial entlang der Sonnenachse S nach unten tropft. Aufgrund der Neigung der Planetenachse P relativ zur Sonnenachse S ist das obere Ende 62a der Mahlbecheraufnahme 62 bzw. das obere Ende 64a des Mahlbechers 64 dichter an der Sonnenachse S als der Boden 62b der Mahlbecheraufnahme bzw. der Mahlbecherboden 64b.The cooling medium outlet or the cooling medium nozzle 116 can, as shown here, be arranged coaxially to the axis of the sun, so that the
In dem Beispiel in
Obzwar im vorliegenden Beispiel ein flüssiges kryogenes Kühlmedium verwendet wird, welches bei Zimmertemperatur und Normaldruck gasförmig ist bzw. verdampft, und das entstehende Gas aus dem Mahlbecher 64 entweichen kann, sind, je nach Anwendung, auch andere kryogene Kühlmedien, wie z.B. Trockeneis möglich, sofern dies mit den Materialien des Mahlbechers, der Mahlkörper (vgl.
Bezugnehmend auf
Im vorliegenden Beispiel ist die axiale Öffnung am oberen Ende der Mahlstation 2 bzw. des Planeten, durch welche das Kühlmedium in die Mahlstation 2 gelangt, demnach eine axiale Öffnung 62c der Mahlbecheraufnahme, wobei auch hier die Öffnung 62c die Sonnenachse S schneidet, damit das Kühlmedium koaxial zur Sonnenachse S senkrecht in die Mahlbecheraufnahme 62 eindosiert bzw. eingetropft werden kann. Es ist jedoch auch denkbar, die Kühlmediumdüse 116 exzentrisch anzuordnen und in die Öffnung 62c bzw. 64c mit gewissem Kühlmediumdruck schräg hinein zu sprühen.In the present example, the axial opening at the upper end of grinding
Ferner kann die Planetenkugelmühle 1 eine Kamera 76 und/oder einen Infrarotsensor 77 aufweisen, welche mit einer Haltevorrichtung 78 an der Trägervorrichtung 28 befestigt sind und mit der Trägervorrichtung 28 bzw. der Sonnenscheibe mitrotieren. Die Kamera 76 bzw. der Infrarotsensor 77 können koaxial zur Planetenachse P durch die obere Öffnung 62c bzw. 64c unmittelbar in den Mahlbecher 64 oder in die Mahlbecheraufnahme 62 „hineinsehen“, und zwar dauerhaft während des Betriebs der Planetenmühle, also während der Rotation der Trägervorrichtung 28 und der Mahlbecheraufnahme 62.Furthermore, the
Bezugnehmend auf
Bezugnehmend auf die
Ein weiterer Vorteil des schräg nach innen zur Sonnenachse S hin geneigten Mahlbechers 64 ist im Übrigen, dass überhaupt mit einem offenen Mahlbecher 64 gearbeitet werden kann. Aufgrund der Achsenneigung des Planeten, bei welcher sich der obere Rand 64a des Mahlbechers 64 näher an der Sonnenachse S befindet als der Mahlbecherboden 64b, können das Mahlgut und die Mahlkörper trotzdem den Mahlbecher 64 nicht verlassen, wie dies bei einer achsparallelen Anordnung der Fall wäre.A further advantage of the grinding
Zusammenfassend, kann die Mahlprobe also entweder im direkten Kontakt mit dem flüssigen Stickstoff versprödet werden (
Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, befindet sich der geschränkte Zahnriementrieb 50 unterhalb der Trägervorrichtung 28 und unterhalb der Mahlbecheraufnahme 62. Die Abtriebszahnscheibe 42 ist an einem unteren Ende 82a eines Wellenfortsatzes 82 befestigt, welcher Mahlbecheraufnahme-seitig in eine obere Grundplatte 84 mündet und auf welcher die Mahlbecheraufnahme 62 befestigt, zum Beispiel aufgeschraubt ist. Unterhalb der Mahlbecheraufnahme 62, genauer zwischen dem Boden 62b der Mahlbecheraufnahme 62 und der Abtriebszahnscheibe 42 ist die gesamte Mahlstation 2 bzw. Planetenanordnung 90 mit Kugellagern 92 koaxial zur schräg stehenden Planetenachse P an der Trägervorrichtung 28 rotierbar gelagert. Nach oben rotiert die Mahlbecheraufnahme 62 frei. Es befindet sich hier insbesondere keine Lagerung für die Mahlbecheraufnahme 62 oberhalb des Mahlbechers 64. Insbesondere ist hier die Mahlbecheraufnahme 62 nur am unteren Ende gelagert.As already explained above, the set
Der hier vorgestellte geschränkte räumliche Zahnriemenantrieb einerseits und die schräge Lagerung unterhalb der Mahlbecheraufnahme 62 andererseits weisen gegenüber den in der Beschreibungseinleitung zitierten Lagerungen und Antrieben vielschichtige Vorteile auf.The spatially offset toothed belt drive presented here, on the one hand, and the slanted mounting below the grinding
Bezugnehmend auf
Bezugnehmend auf
Grundsätzlich steht die Antriebsachse 136 der Antriebszahnscheibe 36 senkrecht auf der Mittelebene 36a der Antriebszahnscheibe und die Abtriebsachse 142 steht senkrecht auf der Mittelebene 42a der Abtriebszahnscheibe 42. In dem in
Bei anderen Anordnungen, wie zum Beispiel in
Wieder bezugnehmend auf die
Die
Bezugnehmend auf die
Durch die schiefe Anordnung der beiden Achsen 136, 142 stellt sich eine Schnittlinie 172 der beiden Zahnscheibenmittelebenen 36a, 42a ein. Anschließend wird die räumliche Positionierung der Umlenkrollen 44, 46 ermittelt. Hierzu werden die Verläufe in die Zahnscheiben 36, 42 hinein bzw. aus diesen heraus tangential an die jeweilige Zahnscheibe 36, 42 angetragen. Der Verlauf des Zahnriemens 38 wird auf die jeweilige Mittelebene 36a, 42a der Zahnscheiben 36, 42 skizziert. Zur Umschlingung des Zahnriemens 38 nimmt man sinnvollerweise statt des Kopfkreisdurchmessers der Zahnscheiben 36, 42 den Wirkdurchmesser derselben. Das hat Vorteile bei der späteren Ermittlung der Gesamtlänge des Zahnriemens 38. Die „freien“ Enden der aus den Zahnscheiben 36, 42 herauslaufenden „Zahnriemenstrahlen“ treffen sich in jeweils einem Punkt, der auf der Schnittlinie 172 der beiden Mittelebenen 36a, 42a liegt. Dies sind die Punkte A und B auf der Schnittlinie 172 in
Dann wird für jede zu erstellende Umlenkung des Zahnriemens 38 eine Hilfsebene konstruiert. Bezugnehmend auf
Für die in
Mit den so konstruierten Umlenkrollen 44, 46 weist der Zahnriemen 38 nun an allen Zahnscheiben bzw. Umlenkrollen 36, 42, 44, 46 nun optimale Tangenteneinläufe 36c, 42c, 44c, 46c und Tangentenausläufe 36b, 42b, 44b, 46b, auf. Vorteilhaft ist, dass mit den Umlenkrollen 44, 46 die Zahnriemenschränkung in den Trumen 52a-d beeinflusst, insbesondere verringert werden kann. Wandert nämlich z.B. in der rechten oberen Darstellung die Umlenkrolle 46 nach rechts, so werden die beiden Trume 52c, 52d aufwärts und abwärts der Umlenkrolle 46 länger und zusätzlich wird die Schränkung in den Trumen 52c, 52d geringer, was beides vorteilhaft für die Lebensdauer des Zahnriemens 38 ist. Bei der Positionierung der Umlenkrollen 44, 46 sollte lediglich darauf geachtet werden, dass die Umschlingung der Antriebszahnscheibe 36 und der Abtriebszahnscheibe 42 nicht zu gering wird, was jedoch bei der vorstehend beschrieben Konstruktion entsprechend eingestellt werden kann. Somit kann die Schränkung jedes einzelnen Trums 52a-d relativ klein gehalten werden und ist, wie vorstehend beschrieben, vom Konstrukteur in bestimmten Grenzen konstruktiv beeinflussbar.With the
Somit kann der Konstrukteur den schiefen geschränkten räumlichen Zahnriemenantrieb 50 relativ frei nach den gewünschten geometrischen Antriebs- und Abtriebsverhältnissen konstruieren. Dabei kann immer eine Konstruktion für den schrägen geschränkten räumlichen Zahnriementrieb 50 gefunden werden, bei der der Zahnriemen 38 korrekt umlenkt und an keiner Stelle in eine Richtung drängt, sondern der Zahnriemen 38 immer das Bestreben hat, in den Mittelebenen 36a, 42a, 44a, 46a der Zahnscheiben bzw. Umlenkrollen 36, 42, 44, 46 zu bleiben. Dadurch kann gegebenenfalls sogar auf Bordscheiben 162 verzichtet werden.Thus, the designer can construct the skewed set spatial
Es ist auch möglich, wie zum Beispiel in
Die Umlenkrollen 44, 46 können auch zum Nachspannen des Zahnriemens 38 verwendet werden, dies ist jedoch je nach Anwendung nicht notwendig. Falls dies gewünscht sein sollte, kann eine oder können gegebenenfalls beide Umlenkrollen 44, 46 ortsveränderlich befestigt werden und der Zahnriemen 38 kann durch Verschiebung einer oder beider Umlenkrollen 44, 46 nachgespannt werden. Demnach kann zumindest eine ggf. beide Umlenkrollen 44, 46 jeweils eine verstellbare Spannrolle bilden.The
Bezug nehmend auf
Bezugnehmend auf die
Bei diesem Beispiel ist es vorteilhaft, die Sonnenachse S so schräg zur Basisplatte 18 bzw. zum Gerätegehäuse 12 zu neigen, dass an einer bestimmten Stelle 182 die gerade dort befindliche Planetenachse P senkrecht zur Basisplatte 18 verläuft. Dies kann Vorteile in Bezug auf das Einsetzen und Entnehmen der Mahlbecher 64 haben.In this example, it is advantageous to incline the sun axis S so obliquely to the
Bezugnehmend auf die
Bezugnehmend auf die
Ferner kann bei der vorliegend offenbarten Planetenmühle 1 in vorteilhafter Weise mit offenem Mahlbecher gemahlen und/oder ein Kryogen bedarfsgerecht dosiert, falls gewünscht sogar direkt ins Innere des Mahlbechers eindosiert werden. Weiter kann auch mit nicht-metallischen Mahlkörpern, z.B. keramischen Mahlkugeln oder Achatmahlkugeln gemahlen werden, was für bestimmte Proben vorteilhaft sein kann und z.B. mit einer magnetisch angetriebenen Mühle so nicht möglich ist. Wenn der flüssige Stickstoff das Mahlgut umspült, kann das sogar - zumindest temporär - zu einer kryogenen Nassvermahlung führen. Dadurch kann die Durchmischung des Mahlguts verbessert werden. Ferner kann die Bildung von Agglomeraten und/oder die Anhaftung des Mahlguts an der Mahlbecherwand vermindert werden.Furthermore, with the presently disclosed
Darüber hinaus können bei der vorliegend offenbarten Planetenmühle 1 anders als z.B. bei Schwingmühlen oder magnetisch angetriebenen Mühlen erheblich größere Probenmengen auf einmal gemahlen werden. Allgemein kann das Mahlvolumen des vorliegenden Mahlbechers 64 größer oder gleich 50 ml, größer oder gleich 100 ml, größer oder gleich 250 ml, größer oder gleich 500 ml, ggf. sogar bis zu 1000 ml oder mehr betragen.In addition, with the presently disclosed
Zusammenfassend wird hiermit eine Planetenmühle 1 bzw. ein Zahnriementrieb 50 bereitgestellt, welche mehrere vorteilhafte technische Aspekte aufweisen, die gemeinsam oder unabhängig voneinander realisierbar sind. Der Zahnriementrieb 50 kann z.B. auch anderweitig als für eine Planetenmühle 1 verwendet werden. Die Planetenmühle 1 kann mit einer kryogenen Kühlung versehen werden, welche Kühlmedium unmittelbar in die Mahlbecheraufnahme 62 bzw. den Mahlbecher 64 einzubringen vermag. Der Mahlbecher 64 kann gegebenenfalls beim Mahlvorgang oben offen bleiben und es kann ein Kryogen in den Mahlbecher 64 und/oder die Mahlbecheraufnahme 62 eindosiert und/oder der Mahlvorgang während der Rotation videotechnisch überwacht werden. Ggf. kann sogar während der Rotation der Trägervorrichtung 28 und des Mahlbechers 64 Mahlgut in den Mahlbecher 64 eingefüllt, bzw. nachgefüttert werden. All diese Aspekte wirken zwar gegebenenfalls vorteilhaft zusammen, sind aber insbesondere auch unabhängig voneinander umsetzbar und lösen ein technisches Problem und weisen jedes für sich alleine genommen bereits bestimmte Vorteile auf.In summary, a
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.It is obvious to the person skilled in the art that the embodiments described above are to be understood as examples and that the invention is not limited to these, but can be varied in many ways without departing from the scope of protection of the claims. Furthermore, it is evident that the features, regardless of whether they are disclosed in the description, the claims, the figures or otherwise, also individually define essential components of the invention, even if they are described together with other features.
Ferner können insbesondere Merkmale, die in Zusammenhang mit den Aspekten einer Planetenmühle mit nicht parallelen Achsen und einem geschränkten räumlichen Zahnriemenantrieb, mit einem geschränkten räumlichen Zahnriementrieb mit nicht parallelen Achsen als solchem, mit einer Planetenmühle mit Kühleinrichtung und/oder mit einer Planetenmühle mit geneigter Planetenachse und offener Mahlbecheraufnahme bzw. offenem Mahlbecher beschrieben sind, wechselweise miteinander kombiniert werden.Furthermore, in particular features that are related to the aspects of a planetary mill with non-parallel axes and a set spatial toothed belt drive, with a set spatial toothed belt drive with non-parallel axes as such, with a planetary mill with a cooling device and/or with a planetary mill with an inclined planetary axis and open grinding bowl holder or open grinding bowl are described, are alternately combined with each other.
Die Anmeldung offenbart andererseits mehrere Erfindungsaspekte wie z.B. eine Planetenmühle mit einem besonderen geschränkten räumlichen Zahnriemenantrieb, den Zahnriementrieb als solchen, eine Mahlstation, die mit nach oben offener Mahlbecheraufnahme und/oder nach oben offenem Mahlbecher betrieben werden kann und/oder eine kryogene Kühleinrichtung zum aktiven Kühlen während des Mahlvorgangs in einer Planetenmühle. Es ist ersichtlich, dass insbesondere diese Erfindungsaspekte sowohl gemeinsam aber auch separat voneinander umgesetzt werden können und entsprechende Vorteile mit sich bringen.On the other hand, the application discloses several aspects of the invention such as e.g during the grinding process in a planetary mill. It can be seen that these aspects of the invention in particular can be implemented both together and separately from one another and entail corresponding advantages.
Claims (17)
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