Die Erfindung betrifft eine Mühle mit einem motorisch angetriebenen Mahlbehälter und darin frei beweglichen Mahlkörpern.

Derartige Mühlen werden insbesondere zum Feinmahlen von mineralischen Werkstoffen, etwa zur Herstellung von Nanopartikeln oder Nano- pulvern aus solchen Werkstoffen eingesetzt. Bei den bisher bekannten Mühlen dieser Art ist der Wirkungsgrad zwischen der eingebrachten Energie und der tatsächlich genutzten Energie zum Brechen des Mahlgutes unbefriedigend. Daraus resultiert ein hoher Verschleiss der Mahlkör-

BESTÄTIGUNGSKOPIE per und die damit verbundene Verunreinigung des Mahlguts. Der schlechte Wirkungsgrad kann zudem eine hohe Temperaturentwicklung im Mahlgut zufolge haben, so dass eine aktive - K-ühlung-des-Mahlguts erforderlich ist, um ungewollte Eigenschaftsveränderungen oder Reaktionen des Mahlgutes zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Mühle der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch ein effizientes Erzeugen insbesondere von Nanopartikeln und durch einen guten energetischen Wirkungsgrad auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Mahlbehälter annährend quaderförmig ausgebildet ist und durch das Antriebssystem der Mühle in mindestens zwei Dimensionen bewegt wird. Sehr vorteilhaft ist er dabei um seine eigene Mittelachse undrehbar.

Auf diese Weise wird erreicht, dass die Mahlkörper im Mahlbehälter vorwiegend hin und her von Wand zu Wand geschleudert werden, und zudem auch durch gegenseitiges Zusammenprallen der Mahlkörper. Die Geometrie bewirkt aber eine bessere stochastische Verteilung der Drehmomente der Mahlkörper und reduziert damit ein energievernichtendes Rollen und Schleifen der Mahlkörper.

Entsprechendes gilt auch für die Partikel des Mahlguts, welche mit dieser Mühle sehr effizient zu Nanopartikeln verarbeitet werden können. Ausserdem werden die damit einhergehenden Reibungsverluste herabgesetzt, was auch die Wärmeentwicklung innerhalb des Mahlgutes reduziert. Die Erfindung sieht ferner vor, dass der um seine Mittelachse undrehbare Mahlbehälter durch das Antriebssystem-der-Mühle- um eine ausserhalb des Behälters angeordnete Achse gedreht wird. Dadurch kann er mit einem einfachen Antrieb in zwei Dimensionen bewegt werden. Seine Kreisbahn ist vorzugsweise in einer vorzugsweise horizontalen Ebene angeordnet. Die zweidimensionale Bewegung erfolgt somit entlang der y- Achse und der x-Achse, wobei auch eine Auf- und Ab-Bewegung in z- Richtung möglich wäre.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass das Antriebssystem ein Lagergehäuse mit einer Antriebswelle und einem Dreharm aufweist, dessen ein Ende an der Antriebswelle drehfest befestigt ist und dessen andere Ende den Mahlbehälter trägt, wobei dieser mittels eines Zahnradgetriebes relativ zum Dreharm mit gleicher Geschwindigkeit und in entgegengesetzter Drehrichtung wie der Dreharm gedreht wird. Dies bewirkt, dass der Mahlbehälter während seiner Drehung um die Drehachse des Dreharms gleichzeitig um die eigene Mittelachse undrehbar bleibt.

Der quaderförmige Mahlbehälter ist zweckmässigerweise mit 85° bis 95° betragenden Innenwinkeln ausgebildet. Zur Vereinfachung der Fertigung ist es vorteilhaft, wenn der Mahlbehälter einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Seitenwände zum Mahlbehälterboden hin eine leichte Krümmung zur Behältermitte hin aufweisen können.

Die im Mahlbehälter frei beweglichen Mahlkörper sind erfindungsgemäss als Mahlkugeln ausgebildet, was dazu beiträgt, die Reibungsverluste beim Mahlprozess zu minimieren. Es ist im Sinne eines optimierten Mahlergebnisses von Vorteil, wenn die Mahlkörper eine -multimodale Grössenverteilung aufweisen. Es kann auch in diesem Sinne vorteilhaft sein , wenn die Anzahl Mahlkugeln so bemessen ist-- dass ihre -Füll menge ca. 1/3 des Gesamtinhaltsraumes des Mahlbehälters entspricht.

Die erfindungsgemässe Mühle zeichnet sich auch dadurch aus, dass ihre Betriebsweise leicht dem jeweils vorgesehenen Mahlprozess anpassbar ist. Es ist insbesondere leicht möglich, den Mahlbehälter intervallartig und/oder mit alternierenden Richtungswechseln anzutreiben.

Durch gleichzeitiges Zuführen, Herausziehen oder -drücken sowie Aussieben des Mahlguts ist es nach der Erfindung möglich, das Mahlverfahren als kontinuierlich ablaufendes Verfahren zu gestalten. Zuführ- und Absaugleitungen sind hierbei vorzugsweise im Deckel des Mahlbehälters angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Mahlbehälter samt Antrieb einer erfindungsgemäss Mühle, in der Seitenansicht und schematisch dargestellt, und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 , ebenfalls schematisch dargestellt.

Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich, ist der Mahlbehälter 1 zur Aufnahme des Mahlgutes quaderförmig ausgebildet, mit einem Boden 2, Seitenwänden 3a bis 3d und einem Deckel 4, der bei Bedarf abnehmbar ist. Der Mahlbehälter 1 hat ebene Wände und einen rechteckigen Quer- schnitt und wird durch ein Antriebssystem 5 angetrieben, der sich aus einem Lagergehäuse 6 mit einer Antriebswelle 7 und einem Dreharm 8 mit einem Zahnradgetriebe 9a, 9b, 9c zusammensetzt-

Der Mahlbehälter 1 ist mit einem an seinem Boden 4 befestigten Tragzapfen 10 versehen, der am äusseren Ende des Dreharmes 8 gelagert ist. Letzterer ist an seinem anderen Ende an der Antriebswelle 7 befestigt und dreht sich um deren Achse A mit Drehgeschwindigkeit ωΑ in einer vertikalen Ebene auf einer Kreisbahn 1 1 mit Radius R. Dabei wird der Mahlbehälter 1 mitgenommen und dadurch zweidimensional in Richtung der y-Achse und der x-Achse mitbewegt. Gleichzeitig bewirkt das Zahnradgetriebe 9a, 9b, 9c, dass der Mahlbehälter 1 um seine Mittelachse B undrehbar bleibt, indem er relativ zum Dreharm 8 mit gleicher Drehgeschwindigkeit ωΒ = ωΑ aber in entgegengesetzter Drehrichtung wie der Dreharm 8 gedreht wird.

Im Mahlbehälter 1 befindet sich eine Anzahl Mahlkugeln 12, deren Grösse und Beschaffenheit mit der des Mahlguts abgestimmt ist, und deren Füllmenge ca. 1/3 des Gesamtinhaltsvolumens des Mahlbehälters 1 entspricht. Eine solche Füllmenge trägt in der Praxis dazu bei, das Mahlergebnis zu optimieren. Es ist hierbei vielfach vorteilhaft, wenn die Mahlkugeln 12 eine multimodale Grössenverteilung aufweisen. Die Mahlkugeln sind sphärisch ausgebildet. Sie können aber auch eiförmig sein.

Die Mahlkugeln 12 sind im Mahlbehälter 1 frei beweglich. Da dieser um seine Mittelachse B undrehbar ist, werden sie darin im Betrieb von Wand zu Wand hin und her geschleudert, ohne dass ein nennenswerter Anteil ihrer kinetischen Energie etwa durch Zusammenprallen der Mahlkugeln vernichtet wird. Die erfindungsgemässe Mühle hat dadurch einen hohen energetischen Wirkungsgrad, der nicht nur wirtschaftliche, sondern auch verfahrenstechnische Vorteile mit sich bringt. Letztere resultieren aus der Verringerung der Reibungsverluste und der damit einhergehenden Wärmeentwicklung im Mahlgut. Die Vermeidung von reibungsbedingten Verunreinigungen und/oder wärmebedingten Reaktionen führt zu einer Qualitätsverbesserung des gemahlenen Produkts.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die zweidimensionale Bewegungsbahn 12 des Mahlbehälters vertikal. Sie kann aber auch im Rahmen der Erfindung ohne weiteres waagerecht sein, oder aber dreidimensional, etwa indem der Mahlbehälter Schwingungen in den drei Dimensionen ausgesetzt wird. Die erfindungsgemässe Anordnung ermöglicht es auch, den Mahlbehälter intervallartig und /oder mit alternierenden Richtungswechseln anzutreiben.

Es ist auch im Rahmen der Erfindung möglich, den Querschnitt des Mahlbehälters 1 leicht abweichend von der rechteckigen Form auszugestalten, wobei die Innenwinkel des Behälters vorzugsweise zwischen 85° und 95° variieren. Es ist auch möglich, den Mahlbehälter 1 mit leicht gekrümmten bzw. leicht angeschrägten Seitenwänden zu versehen, die zum Behälterboden hin eine Krümmung bzw. Schräge zur Behältermitte hin aufweisen.

Die Erfindung ermöglicht ferner die Ausgestaltung des Mahlverfahrens als kontinuierliches Verfahren, nämlich durch gleichzeitiges Zuführen, Herausziehen oder -drücken sowie Aussieben des Mahlguts. Hierbei sind die Zuführ- und Absaugleitungen vorzugsweise im abnehmbaren Deckel 4 des Mahlbehälters 1 untergebracht.

Zur Verminderung von Pulverablagerungen an den Wänden und Ecken des Behälters ist es zweckmässig, entsprechende Fluidisierungseinrich- tungen vorzugsweise in Ecken und Boden des Behälters einzubauen.

Die erfindungsgemässe Mühle eignet sich besonders für die Herstellung von Submikron- und Nanopulvern aus makroskopischen spröden Werkstoffen, wie insbesondere Diamant, Oxide, oder Karbide, sowie für die Herstellung von Kompositpulvern und mit Nanopartikeln und/oder Nano- tubes, insbesondere CNT verstärken Werkstoffen, wobei die weichere Matrix vor allem aus Metallen, Leichtmetallen und deren Legierungen oder aus Kunststoffen und/oder deren Mischungen besteht.

Mit dieser Mühle kann auch ein Mahlen unter Schutzgas, Vakuum oder reaktiven und /oder angeregten, wie beispielsweise plasmaaktivierten oder teilionisierten Gasen erfolgen. Letzteres würde die kontrollierte Herstellung von Submicron-Pulvern bzw. Nanopulvern aus Nitriden, Karbiden, Oxiden entsprechender Metalle, Metalllegierungen und/oder Mischungen erlauben, bis hin zur Herstellung von komplexen, nanostruktu- rierten Pulvern. Man vermischt Metalle, die zum einen eine hohe Reaktivität zu Sauerstoff, Kohlenstoff bzw. Stickstoff haben (Ti, Ta, W, AI etc.), mit Metallen geringerer Reaktivität (Ni, Cu, Ag etc.). Dadurch kann man auf der einen Seite die Härte und auf der anderen Seite die Zähigkeit eines Werkstoffes gezielt beeinflussen. Das Mahlgut soll möglichst ständig in Bewegung gehalten werden, um so den Mahlprozess effizienter zu gestalten und Anbackungen zu vermeiden.

Die Erfindung ist mit dem erläuterten Ausführungsbeispiel ausreichend dargetan. Selbstverständlich könnte sie noch durch andere Varianten veranschaulicht sein. So könnten beispielsweise anstelle eines Zahnradgetriebes für den Antrieb der Mühle auch Zahnriemen oder ähnlichem verwendet werden.

Mit der erfindungsgemässen Mühle soll auch Mahlgut, welches entnommen worden ist und noch nicht die gewünschte Korngrösse aufweist, nochmals einem Mahlprozess zugeführt werden.

Der Mahlbehälter wird vorzugsweise auf einer Kreisbahn in einer horizontalen Ebene bewegt. Diese Ebene kann aber auch in einem vorgegebenen Winkel, vertikal oder sich verändernd ausgerichtet sein.

Der Mahlbehälter könnte durch das Antriebssystem der Mühle in allen drei Dimensionen bewegt werden, indem beispielsweise noch eine Rüttelbewegung übergeordnet ist. Auch diese Undrehverbarkeit des Mahlbehälters in Bezug auf seine Mittelachse (B) könnte durch eine Steuerung in eine beschränkte gleich- oder ungleichmässige Drehbewegung ersetzt werden.