DE2556935A1 - Materialbearbeitungsverfahren und dazugehoerige einrichtung - Google Patents
Materialbearbeitungsverfahren und dazugehoerige einrichtungInfo
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- DE2556935A1 DE2556935A1 DE19752556935 DE2556935A DE2556935A1 DE 2556935 A1 DE2556935 A1 DE 2556935A1 DE 19752556935 DE19752556935 DE 19752556935 DE 2556935 A DE2556935 A DE 2556935A DE 2556935 A1 DE2556935 A1 DE 2556935A1
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Description
ZELLHKTiN
.D 8 M ϋ ρ ca en 22
Zv/eibrückoüslraßa ö
Zv/eibrückoüslraßa ö
1. JuriJ Nikolajewitsch Kusnezow, 17. Dezember 1975
Jaroslawl / UdSSR EZ/B/Hu
2. Wladimir Aleksandrowitsch Abrosimow,
Jaroslawl / UdSSE ρ ^
- Materialbearbeitungsverfahren und dazugehörige Einrichtung
' Die Erfindung betrifft ein Materialbearbeitungsverfahr en^
u.zw. solcher Stoffe, wie Pulver, Flüssigkeiten, Gase und deren Gemische sowie eine Einrichtung zu Durchführung dessen.
Die Praxis kennt mehrere technologische Prozesse, die mit der Bearbeitung der genannten Stoffe zusammenhängen. Zu den
nachstehend betrachteten gehören solche Prozesse wie feines und hochfeines Zerkleinern, Dispergieren, Vermischen, Emulgieren,
Absorbieren, Extrahieren u.dgl.
Die Hauptforderungen, welche an diese Prozesse unter Betriebsbedingungen gestellt werden,sind die Möglichkeit der *
Gewinnung eines Produkts von der nötigen Qualität, eine minimale Bearbeitungsdauer sowie minimale wirtschaftliche Aufwendungen
pro Einheit der fertigen Produktion.
Die Qualität der bearbeiteten Stoffe wird durch die entsprechenden
Größen der neugebildeten Phasenoberflächen gekennzeichnet. Beim Zerkleinern und Dispergieren ist das die
Größe der spezifischen Oberfläche des Materials, beim Vermischen, Emulgieren und bei der Absorption ist das die Oberflächengröße
des Phasenkontaktes· Um die erforderliche Qualität
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des betreffenden Materials in einem möglichst kurzen Zeitabschnitt
zu erreichen, muß man . jeder Einheit des zu bearbeitenden Materials eine möglichst hohe Leistung.(Energie
pro Zeiteinheit,} zuführen. Die bekannten Verfahren der Materialbearbeitung
verfügen über eine verschiedene maxima^'erreichbare
Energie dichte, die oftmals zur Erfüllung der beiden ersten
Bedingungen nicht ausreicht.
Die Bearbeitungskosten «erden hauptsächlich durch den
jeweiligen Energieverbrauch, bedingt.
Doch sind in den bekannten Verfahren die Energieverluste, welche bei der Übertragung der Energie von der Speisequelle
zum Bearbeitungsmaterial in den Zwischengliedern entstehen, je
Produktionseinheit recht hoch. Verwendet man beispielsweise
elektrische Energie und einen Elektromotor, so entstehen Energieverluste im Elektromotor, im Reduziergetriebe, in den
Lagern u* dgl. Bei der Verwendung von Niederdruckdampf entstehen
. Energieverluste im Dampfüberhitzer und in den Zuleitungsrohren·
JJie konkreten Vorzüge und Mängel der bekannten Bearbeitungsverfahren
werden nachstehend durch die Arbeitsweise der entsprechenden Einrichtungen erläutert. ;
In den Zerkleinerungs- und Dispergierverf ahren wird der
Stoff unter der Einwirkung der Mahlkörper, der 'üeilchen des
gleichen Stoffes bzw.einesAußenmediums (flüssigkeit oder Gas)
zerstört. Die Bezeichnu^ger Mühlen entspricht den jeweiligen
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Bearbeitungsverfahren.
In der Industrie werden am häufigsten Kugel-, Schleuder-,
Schwing- und Strahlmühlen verwendet.
Die Kugelmühlen sind am wirtschaftlichsten beim Zermahlen
von Schleif st off en, doch weisen sie* infolge ihrer geringen
Energiedichte (bis 0,02 kW/dnr des Mahlguts) eine beschränkte
Mahlfeinheit und eine relativ lange Bearbeitungszeit auf. Ihre spezifische Leistung steigt nur direkt proportional der Quadratwurzel
aus dem Durchmesser der Mahlkammer, weshalb die Hochleistungskugelmühlen
einen großen Durchmesser /bis 4-5m/ und
eine beträchtliche Länge /bis 24-30m/haben.#.
Die Schleudermühlen weisen eine Energiedichte bis 0,3 kW/dir auf und eignen sich nur zum Zermahlen von relativ weichen
Stoffen· Ein wesentlicher Nachteil der Schleudermühlen ist der
Verschleiß der Schlagflügel.
Die Schwingmühlen eignen sich für verschiedene Stoffe und ermöglichen eine hohe Energiedichte /bis i-l,5kW/dnr des Mahlguts/ dank der Verwendung von Beschleunigungen, welche die
Fallbeschleunigung übersteigen. Die Mahlfeinheit erreicht 1-2 «m,
die Effektivität der Bearbeitung ist bei diesen Mühlen proportion
nal der Schwingungsfrequenz und dem Quadrat der Schwingungsamplitude. Ihre Hauptmängel sind die kurze Lebensdauer und der
begrenzte Rauminhalt (bis Im^l
Die Strahlmühlen haben eine Energiedichte bis 2kW/dnr* und
kleine Außenmaße, doch verursacht die Hilfsausrüstung - der Generafcor
- Energieträger,' (die Kesselanlage, der Dampfüberhitzer
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bzw. die Kompressoranlage) und die Staubabscheidereinrichtungen
- eine bedeutende Verteuerung der Bearbeitungskosten.
Zwar ist der Verschleiß in einer solchen Mühle minimal, doch
sind dabei der Energieaufwand und die Materialverluste, welche
durch die Abgase fortgetragen werden, sehr groß. Außerdem las-
ver
sen sich zur Feinmahlung der Teilchen keine hohen Geschwindigkeiten
erreichen, weshalb die höchsterreichbare Feinheit auf
10 JUm. beschränkt ist.
Andere Mühlenarten haben keine industrielle Verbreitung gefunden. So ist beispielsweise der elektrohydraulische Brecher nua
zum Zerstören grober Stücke geeignet, während die Kavitationsund Ultraschallmühlen infolge der relativ kleinen Leistung
der von ihnen erzeugten Schwingungen und der geringen Längen der elastischen Wellen bloß zum Zerstören weicher Geste ine
und Aggregate zerkleinerter teilchen geeignet sind.
Zu den effektivsten Misch-, Eiaulgier- Extrahier- und Absorbierverfahren
gehören solche, in denen zur Erzeugung einer großen Kontaktfläche der zusammenwirkenden Phasen, welche die
Verlaufsdauer des Prozesses bestimmt, sowie zur Verminderung der Außenmaße der Einrichtungen, welche die genannten Prozesse
verwirklichen, verschiedene Arten der mechanischen Vermischung
zu
der/kontaktierenden Phasen benutzt werden. Darum kann man die
der/kontaktierenden Phasen benutzt werden. Darum kann man die
Mängel dieser Verfahren am Beispiel der Vermischung von Stoffen betrachten.Unabhängig davon, welche Medien vermischt werden Flüssigkeit-Gas,
Flüssigkeit-Flüssigkeit bzw. Flüssigkeit-Pulverlassen sich zwei Hauptmischveriahren in flüssigen Medien unter-
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scheiden: ein mechanisches /mit Hilfe von Rührwerken verschiedener
Bauart/ und ein pneumatisches /durch Druckluft oder -
ein inertes Gas/. Außerdem wird ein Vermischen in Rohrle it unsonstigen
gen und ein Mischverfahren mit Hilfe von Düsen und/Aufsätzen
verwendet, nie Energiedichte der mechanischen Rührwerke erreicht
O,JkW/dm , und die der pneumatischen ist noch geringer.
Die Hauptrob1eme, welche der üischvorgang zu lösen hat,
sind eine Vergrößerung der Oberfläche der zusammenwirkenden Phasen
und eine Herabsetzung der Konzentrat ions-, '.Temperatur— und
anderer Gradienten im Hauminhalt des Apparats.
In den gegenwärtig bekannten Mischverfahren werden jedoch
diese Probleme infolge der langen Dauer des Arbeitsprozesses,
von
der hohen Energieaufwendungen, der Bildung toter Zonen und/Bereichen
von schwacher Intensität nicht effektiv genug gelöst. Die bekannten Rührwerke sind meist von sperriger Bauart, und
besonders kompliziert sind Einrichtungen zum Vermischen von Stoffen unter Druck und Vakuum.
In den letzten Jahren wurden manche Verbesserungen in die
Misch- und' Dispergierprozesse eingeführt. Dazu gehören die Verfahren, in welchen die Bewegung einer Menge ferromagnetischer
Elemente im Bearbeitungsstoff mit Hilfe eines magnetischen
Wechselfeldes "benutzt wird, wodurch sich die Zahl der sonst für die Übertragung der elektrischen Energie erforderliche]
Zwischenglieder wesentlich vermindern läßt. In einem solchen Verfahren werden beispielsweise weichmagnetische Elemente und
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ein magnetisches Drehfeld verwendet. Neben der Möglichkeit einer
Durchführung des Misch- bzw. Dispergierprozeeses unter Druck oder im Vakuum weisen die diesen Prozeß verwirklichenden Apparate
einen niedrigen elektrischen Wirkungsgrad, ein kompliziertes Kühlsystem der elektrischen Wicklung, ein geringes Fassungsvermc
gen der Arbeitskammer und eine unzureichende Energiedichte auf.
In anderen Materialbearbeitungsverfahren werden hartmagnetische
Ferro magnet element θ und magnetische Wechselfelde^ insbesondere
pulsierende Magnetfelder verwendet.
.eintsprechend diesen Verfahren wird das Bearbeitungsmaterial
in eine Kammer von beliebiger Form eingebracht, dann werden
magnetisierte Elemente aus einem hartmagnetischen Stoff
in dieser Kammer angeordnet. Daraufhin bringt man die Kammer in einen Raum, in welchem ein magnetisches Wechselfeld erzeugt
wird. Das Magnetfeld bringt die magnetischen Elemente in eine
chaotische Bewegung/sie drehen sich um ihre Achsen und stoßen
miteinander zusammen/,wodurch das Material entsprechend bearbeitet
wird (s.z.B. Patentschriften der USA Nr.5219318 und
Nr. 3 4-23 88OjL
In den Verfahren nach den genannten Patentschriften sind
die Magnet elemente aus einem hartmagnetischen Material von
einer Koerzitivkraft über 50 Oe hergestellt und haben eine unbestimmte
/nichtsphärische/ JPorm. Ihre mittlere Größe wird im
einigen Bereich von mindestens -^fzehnteil eines Mikrometers
bis höchstens einem Zoll /2,5cm/ angenommen. Die Magnetfeld stärke
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betrugüber 0,01 Oe und ihre Frequenz bis IMz.
Diese'Verfahren dienen zur Bearbeitung von Stoffen in einer
periodischen und ununterbrochenen Betriebsfolge in kleinen Gefäßen /Kasten, Röhren und Kapillaren/ sowie zum Schleifen
/Bohren/ schwerzugänglicher Oberflächenstellen·
Die Einrichtungen, welche die genannten Arbeitsverfahren
verwirklichen, enthalten eine elektrische Solenoidwicklung und eine Arbeitskammer aus einem nicht magnetischen Material,
angeordnet im Innen- bzw. Außenraum der Solenoid spule, wo ein sinusförmiges magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Die in
die Kammer eingebrachten Magnet elemente aus Bariumferrit bzw. aus einer "Alnico-8"-Legierung /Eisen-Kobalt-Nickel-Aluminium-
-Legierung/ von unbestimmter Form bewirken unter dem Einfluß
des Magnetfeldes eine Vermischung bzw. Zerkleinerung des Bearbeitungsmaterials· Die Zahl der Magnetelemente in der Kammer
wird so gewählt, daß., sie sich bei ihrer Bewegung in der
Kammer in genügend großen Abständen voneinander befinden und
diese sich gegenseitig nicht abnutzen, wobei /Zahl geringer ist als die Zahl der Elemente bei ihrer einschichtiger Anordnung
auf der gesamten Bodenfläche der Kammer.
Als Vorzüge dieser letztgenannten Bearbeitungsverfahren und
der entsprechenden Einrichtungen gelten die minimale Zahl der Zwischenglieder zur Energieübertragung/ elektrische Wicklung Mag·
netelemente,Barbeitungsmaterial/, die Einfachheit der elektrischen
Wicklung der Anlage und deren leichte Kühlung, die geringen Abmessungen der Anlage sowie eine nahezu geräuschlose
Arbeit.
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Dennoch sind auch diese Verfahren und Einrichtungen mit wesentlichen
Mängeln behaftet.
Der Hauptmangel ist inre geringe Energiedichte, welche
durch die relativ kleine Zahl der Magnet elemente pro Haumeinheit
der Arbeitskammer bedingt ist. Demzufolge entstehen große Energie
auf Wendungen (nicht der gesamte Hauminhalt des Magnetfeldes wird ausgenutzt) pro Einheit des bearbeiteten Produkts, was eine
Verteuerung der Materialbearbeitung verursacht, und das wirkt liemmend auf die industrielle Verwendung solcher Einrichtungen.
Es wurde experimentell festgestellt, daß eine Vergrößerung der Zahl der Hagnetelemente in der Arbeitskammer einerseits zu
deren hohem Verschleiß führt, wodurch das Bearbeitungsprodukt
verschmutzt wird und die Bearbeitungskosten infolge des hohen
Verbrauchs der kostspieligen Magnetkörper ansteigen, und ande rerseitsdie
tief erliegenden Magnet elemente sich weniger
intensiv als die oberen infolge der auf die höherliegenden
Elemente wirkenden Schwerkräfte bewegen. Wird eine bestimmte maximaljzulässige Schichthöhe der Magnetelemente überschritten,
so können keine Datenänderungen des BearbeitungsVerfahrens die
Elemente in Bewegung bringen. Infolge dieser Erscheinung lassen sich keine Einrichtungen mit hoher Energiedichte und bedeutender
Leistung schaffen.
Außerdem konnten wir feststellen, daß eine Bewegung der
Magnetelemente im Bereich der in den Patentschriften angegebenen
der
Parameter in/überwältigenden Mehrzahl der Fälle überhaupt nioht
statt find et} d.h. daß die betreffenden Verfahren sick nicht immer
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nachvollziehen lassen.
In den Einrichtungen, welche die letzten der obenbeschriebenen
Verfahren verwirklichen, wird sowohl eine unvollständige Ausnutzung durch die Magnetelementβ des von der elektrischem
Solenoid»icklung erzeugten Magnetfeldraumes als auch eine Ungleichmäßigkeit
des Magnetfeldes festgestellt. Das führt einerseits zu einer geringen Energiedichte der Einrichtungen /nicht
über 0,01 kW/dnr/ und zur Anordnung der Magneteleiaente unter
der Wirkung des IPeId gradient en in der Zone der Arbeitskammer
mit maximaler Feldstärke, wodurch ein zusätzlicher gegenseitiger Verschleiß der Magnetelementβ entsteht. Werden außerdem
die Hutzniaße eier jünrichtung proportional vergrößert, so
sinkt ihr© spezifische Leistung nach dem Exponentialgesetζ infolge
der begrenzten Höhe der sich bewegenden Magnetelemente.
Zweck der Erfindung ist die Beseitigungder genannten Mangel
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Materialbearbeitungsverfahren
durch Einwirkung auf in eine;· Ar-
durch beitskammer ein-gebrachtesMaterial/eine: große Anzahl von
Magnet element en aus einem hartmagnetischen Stoff ,welche in der
Kammer in einer solchen Schicht angeordnet sind, daß sie bei einer bestimmten Amplitude des Magnetfeldes eine hohe Energiedichte
/bis 2-3>kW/dmV und relativ geringe Energie auf we ndungen
je Produktionseinheit gewährleisten, sowie eine Einrichtung
zur Durchführung » dieses Verfahrens zu schaffen, die
sich durch eine einfache Konstruktion .auszeichnet und
eine hohe Leistungsfähigkeit sowie einen hohen
Wirkungsgrad gewährIeistat.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei der Materialbearbeitung unter Einwirkung auf das in eine. Kammer
eingebrachte Material einer großen Anzahl von Magnetelementen aus einem hartmagnet is chen Stoff, welche in derselben
Kammer angeordnet sind und sich unter der Wirkung eines magnetischen Wechselfeldes chaotisch bewegen, das durch eine
elektrische Wicklung in einem Kaum erzeugt wird, in welchem die Kammer angeordnet ist, erfindungsgemäß die Magnet elemente
in der Kammer in einer Schicht angeordnet werden, deren Hohe
gendem
in fol/ Bereich gewählt wird:
in fol/ Bereich gewählt wird:
bei *
wo> a - die mittlere Größe der üiagnetelemente, in cm;
h - die Schichthöhe der Magnet elemente, in cm;
c die
B -/remanente Induktion des hartmagnetischen Stoffes, in Gauß
B -/remanente Induktion des hartmagnetischen Stoffes, in Gauß
r die
•^-/Koerzitivkraft des hartmagnetischen Stoffes nach der
•^-/Koerzitivkraft des hartmagnetischen Stoffes nach der
Magnetisierung, in Oersted;
die - . ,
J3 -/Dichte des hartmagnetischen Stoffes, in g/cm-3;
g - die Fallbeschleunigung, in cm/sek .ist,
wobei .
und/die Fe Id Stärkenamplitude in folgendem Bereich gewählt wird:
bei die
wov f -/frequenz des Magnetfeldes, in Hz ;
die
HQ-/Feldstärkenamplitude, in Oersted
bezeichnen.
Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß die Einrichtung
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zum Verwirklichen dieses Verfahrens /der Hat er i aufarbeitung/,
enthaltend eine Arbeitskammer, gefüllt mit einer großen
Anzahl von Magneteleiaenten aus einem hartmagnet is chen Stoff, und
eine elektrische Wicklung, welche die Arbeitskammer umfaßt und in ihr ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, erfindungsgemäß
mindestens eine Kammer enthält, deren Höhe 1,1-1,5 der Schicht-
An höhe der Magnet elemente beträgt, und die zahl der Kammern so
gewählt ist, daß deren Gesamtvolumen 0,8-1,0 des Arbeitsraums
des Magnetfeldes entspricht.
Zum" Hegeln des Materialbearbeitungsgrades kann man die
Feldstärkenamplitude am Materialaustritt aus der Arbeitskammer in umgekehrter Abhängigkeit vom erforderlichen Materialbearbeitungsgrad
ändern.
Für ein besseres Zerkleinern und Dispergieren des Material und eine Verringerung der Abnutzung der Magnet elemente ist es
vorteilhaftjMagnetelemente von sphäroidaler Form zu verwenden.
Um die Bearbeitungsintensität zu steigern und Elemente aus
Stoffen von hoher magnetischer Permeabilität zu verwenden, ist es vorteilhaft, . gle ichachsige Magnetelemente zu benutzen.
Um den Bearbeitungsprozeß zu beschleunigen und den Verschleiß der Magnet element e zu verringern, ist vorzugsweise
das Bearbeitungsmaterial in die Arbeitskammer in einer
Menge von 20-80% des Einfüll Volumens der Magnet elemente einzubringen.
Für eine ununterbrochene Bearbeitung pulverförmiger Stoffe
und zum Hegeln des Bearbeitungsgrades ist es zweckmäßig, die
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Arbeitskammer geneigt zur Horizontalebene einzustellen, wobei
man den Neigungswinkel im Bereich von >-20° ändern kann.
Zur Aktivierung der pulverförmigen Stoffe, der Verbesse-
hig
rung ihrer FX ieikfä/ke it und zum Regeln der Durchfluß geschwindigkeit
durch die Kammer kann man in das Bearbeitungsmaterial gasförmige Mittel einpressen.
Pur ein intensives und wirtschaftliches Zerkleinern und
Dispergieren der Stoffe verwendet man zweckmäßig Magnetelemen-
um das
te, deren Größe\10-200facbii)die Größe der Teilchen des Bearbeitungsstoffs
übersteigt.
Zur Leistungssteigerung der Einrichtung verwendet man zweckmäßig Kammern, welche parallel oder hintereinander
geschaltet sind.
Um den Wirkungsgrad der Einrichtung zu erhöhen, die Gleichmäßigkeit
des Magnetfeldes zu steigern und die für die Bearbeitung der Stoffe erforderlichen Energieaufwendungen zu verringern,
verwendet man zweckmäßig eine elektrische Solenoid-
wicklung mit einem Verhältnis der Länge zu ihrem mittleren von
Durchmesser /über 35:1. '
Um die Arbeitseffektivität der Einrichtung zu steigern,
das Gewicht der elektrischen Wicklung zu verringern und die Bedienung zu vereinfachen, kann man eine elektrische Wicklung
verwenden, ausgeführt in Form von zwei flachen Eingen, welche atü
die ringförmige Arbeitskammer oben und unten aufgesetzt wer-
en den und gegenläufige Stromrichtung/Haben.
Um Mehrphasenindustriestrom verwenden zu können,
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ist es zweckmäßig, die elektrische vYicklung aus einzelnen
Elementen herzustellen, deren Zahl ein Vielfaches (der Phasenzahl des elektrischen*Stroms darstellt.
Um eine Regelung des Materialbearbeitungsgrades bei
ununterbrochener Betriebsfolge zu ermöglichen, kann man die Einrichtung am Austritt aus der Kammer mit einer zusätzlichen
elektrischen Wicklung versehen, welche mit einem Spannungsregler
verbunden wird.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht in folgendem
Versuche und theoretische Begründungen der Verhalt eivsgesetzmäßigkeiten einer Gruppe magnetisierter Elemente
aus hartmagnetischen Stoffen in einem magnetischen Wechselfeld zeigten, daß das maximale Drehmoment /die maximale Leistung/
der Magnet elemente von den Eigenschaften des hartmagnetischen
Stoffes, genauer von den Parametern der dynamischen Hy-
steresescnleife dieses Stoffes.abhängt.
Die Grenzwerte dieser Leistung liegen bei eher Amplitude der V/echselfeldstärke HQ, welche 0,5-1,0 der Koerzitivkraft χ #C
des Stoffes nach der Magnetisierung <—>
,d.h. wenn H =(0,5-
-1,0) j U Oersted -(beträgt^ Um die Berechnungen zu vereinx e
Hinblick
fachen, wird im /auf cie verschiedenen formen üer dynamischen
üystereseschleife der Maximalwert der Wechselfeldstärke gleich
,H =0,8rH angenommen,
Die entwickelte Grenzleistung pro Kaum- (Gewichts-)einheit
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des hartmagnet is chen Stoffes verursacht einen dynamicchen Grenzdruck,
welchen die sich chaotisch bewegenden Magnetelemente ausüben, und <r? folglich eine Grenzhöhe hQ der Magnet-
elemente gedingt/, die sich bei einem Maximalwert HQ für den
gegebenen hartmagnetischen Stoff bewegen. Unter dieser Schichthöhe
können sich die Teilchen infolge des Drucks der höherliegenden
Teilchen nicht bewegen. Theoretisch wurde gezeigt, daß die maximale Grenzhöhe durch die Beziehung bestimmt wird:
hc^2.10"2 Br' J-M
bei {SfnSck
wo/ Br - die remanente Induktion des hartmagnetischen Stoffes, in
la;
, -/Dichte des hartmagnetischen Stoffes, in g/cnr;
J> -/Dichte der Bearbeitungsflüssigkeit, in g/cnr und
g -/Fallbeschleunigung, in cm/sek ist.
ei
in der Regel hö/giens 1,0 und Qm =4—8 beträgt und
in der Regel hö/giens 1,0 und Qm =4—8 beträgt und
außerdem bei der Pul ν er bearbeitung und der Belüftung von
Flüssigkeiten J) weit unter 1,0 liegt, wurde als
He chnungsw ert
hc X 2.1CT2 , J
genommen.
iian konnte auch feststellen, daß es einen minimalen Amplitudenwert
der *echselfeIdstärke gibt, welcher erforderlich ist, u
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eine Gruppe von Magnet element en, wenigstens in deren oberster
Schicht, in eine chaotische Bewegung zu bringen. Dieser «/ert
hängt von den Eigenschaften des Stoffes der Teilchen, deren Groß sowie von der Feldfrequenz ab und wird durch die Formel
V*
Oersted
bei
bestimmt, wo/ f - die Magnetfeldstärke, in Hz;
bestimmt, wo/ f - die Magnetfeldstärke, in Hz;
cu - die mittlere Größe der Jiiagnetelemente bezeichnet.
Diese hauptsächlichen Gesetzmäßigkeiten wurden zur Basis
der Schaffung hochwirtschaftlicher Materialbearbeitungsverfahren
durch Magnet elemente, welche sich in einem magnetischen Wechselfeld chaotisch bewegen, das durch eine elektrische Wicklung
erzeugt wird , sowie/Hochleistungsapparaten/für verschiedene
technologische Prozesse.
Erfindungsgemäß verwendet man eine solche Anzahl magnetische
Elemente zur Materialbearbeitung, die bei einer gleichmäßigen
Verteilung auf der gesamten Bodenfläche der Arbeitskammer/eine
Schichthöhe (in statischem Zustand/'im Bereich, von
*» ergibt.
gleich der Die untere Grenze der Schichthöhe wurde / doppelten Größe
der Elemente gewählt, damit sie während der Bearbeitung eng zusammenwirken·
Nachdem der konkrete Wert von h bestimmt ist., wählt
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eine solche Arbeitskammer, deren Höhe h^ höchstens 1,1-bis
1,5 der Schichthöhe der Magnetelemente beträgt. .Dadurch
wird eine maximale Ausnutzung des Volumens der sich bewegenden Elemente erreicht.
Weiterhin verwendet man eine elektrische Wicklung, bei der fast das gesamte Arbeitsvolumen ihres !Magnetfeldes die Arbeitskammer einnimmt. Unter den Grenzen des Arbeitsvolumens ist die
Gesamtheit der geometrischen Punkte des Raumes zu verstehen, in welchem keine Wicklung vorhanden ist und wo die Feldstärkenamplitude
mindestens die Hälfte der maximalen FeId-
*.-? . es>
das
stärkenamplitude beträgt, (des Feld/aurch die Wicklung erzeugt
wurde. So ist beispielsweise für ein genügend langes Solenoid dieses Volumen durch die Stirnflächen des Solenoids
und den Innenraum begrenzt.
Nachdem die Arbeitskammer mit dem Bearbeitungsmaterial bzw·
dem Materialgemisch beschickt wurde, wird im Arbeitsraum der Wicklung durch Zufuhr einer elektrischen Spannung ein magnetiscte
Wechselfeld erzeugt. Die Feldstärke H um die Wicklung muß
dazu ausreichen, um die Magnetelemente in Bewegung zu bringen; sie darf jedoch den für den betreffenden Stoff zulässigen
Wert nicht übersteigen; d. h. sie muß im Bereich von
Λ, ·* /JL
—-q **ηο^ ' τ c Oersted liegen.
—-q **ηο^ ' τ c Oersted liegen.
Genauer wird der untere Wert von HQ in Abhängigkeit von den.
minimalen Bewegungskräften der Teilchen bestimmt, welche zur
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Durchführung des jeweiligen technologischen Prozesses erforderlich
sind· üierbei ist zu beachten, daß mit einer Erhöhung der .Feldstärke die Wärme Verluste des" Wickluxigsstroms bei
bleibender
gleich/ Draht stärke im quadratischen Verhältnis ansteigen.
gleich/ Draht stärke im quadratischen Verhältnis ansteigen.
Darum wird der konkrete Wert von H0' aus wirtschaftlichen Erwägungen
gewählt, wozu man die EnergieaufWendungen mit der nötigen
Geschwindigkeit der Mat endbearbeitung vergleicht.
Die Durchführung der genannten Operationen gewährleistet ein hochwirtschaftliches Materialbearbeitungsverfahren mit
Hilfe bearbeitender Elemente mit einer/besser entwickelten
spezifischen Oberfläche um Vergleich zu den bereits bekannten Verfahren^ da die minimale
Größe dieser Elemente nur durch die Eigenschaften des zu "bearbeitenden
Materials beschränkt ist. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nur in einer solchen Einrichtung
möglich, in welcher die erforderlichen Abmessungsverhältnisse
der Einrichtung und die Parameter des Verfahrens eingehalten sind. Der praktisch erreichte elektromechanische
Wirkungsgrad, worunter man das Verhältnis der zur Bewegung der Kugeln erforderlichen Energie zur gesamten, aus dem elektrischen
isfetz verbrauchten Energiemenge versteht, beträgt 0,85 für Einrichtungen mit einem Hauminhalt der Arbeitskammer bis zu
100 Liter. Mit einer Inhaltssteigerung der Kammer wird der
Wirkungsgrad der Einrichtung entsprechend erhöht.
Bei einer automatischen hzw. tfernregelung des Materialbearbeitungsgrades
verwendet man ein Verfahren, bei welchem am Austritt des Materials aus der Kammer eine zusätzliche Wicklung
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angeordnet wird, mit deren Hilfe die Amplitude der Magnetfeldstärke
am Austritt aus der Kammer in den obenangegebenen Bereichen geändert wird.
Der auf diese Weise erhaltene regelbare "MagnetVerschluß"
ermöglicht eine zügige und genauere- Leistungsregelung und
daher auch eine entsprechende Hegelung des Materialbearbeitungsgrades.
In der Praxis lassen sich^auch^zur Leistungsregelung gewöhnliche
Klappen und Schieber verwenden.
durch den
Um den Verschleiß der Magnetelemente /Bearbeitungsstoff sowie durch den Zusammenprall und die Reibung untereinander
zu verringern, ist es zweckmäßig, Elemente von runder 1?qzu} vorwiegendjbphäroidale Elemente zu verwenden. Diese
Feststellung gilt sowohl für keramische hartmagnetische als
auch für metallische Stoffe. Als Sonderarten dieser Form sind Kugeln und . Ellipsoidezu betrachten.
Bei der Verwendung hartmagnet is eher Stoffe mit einem .Ver-
ten Induktion
hältnis der remanen/zur Induktionskoerzitivf eidstärke über 1,0 muß man gleichachsige Elemente benutzen, d.h. solche Elemente, die das gleiche Trägheitsdxehmoment in Bezug auf ihre drei durch den Schwerpunkt verlaufenden und senkrecht zueinander/stehenden Achsen haben. Diese Forderung ist durch die Gefahr der Entstehung eines entgegengesetzten Drehmoments bei unüleichachsigen Elementen mit einer höheren magnetischen Permeabilität bedingt.
hältnis der remanen/zur Induktionskoerzitivf eidstärke über 1,0 muß man gleichachsige Elemente benutzen, d.h. solche Elemente, die das gleiche Trägheitsdxehmoment in Bezug auf ihre drei durch den Schwerpunkt verlaufenden und senkrecht zueinander/stehenden Achsen haben. Diese Forderung ist durch die Gefahr der Entstehung eines entgegengesetzten Drehmoments bei unüleichachsigen Elementen mit einer höheren magnetischen Permeabilität bedingt.
Es wurde festgestellt, daß die Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit
der Materialbearbeitung vom Volumen des Bearbeitungsmaterials
abhängt: je weniger Material sich in der
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Kammer'befindet, desto schneller läßt es sich bearbeiten· liennoc.
sollte das Volumen des Materials einen Minimalwert nicht imtereinlr1allzukleinen
Materialmenge zwischen den Magnet elementen diese sich übermäßig gegenseitig abnutzen. Die bevor—
zugte Beschickungsmenge der Kammer mit dem zerkleinerten Ma-
von
terial entspricht efaem Verhältnis/dessen Einfüllvolumen zum Binfüllvolumen der Magnet elemente im -Bereich von 20-80%, wobei 50% als optimal zu empfehlen sind, da sich nierbei der gesamte Raum zwischen den üagnetelementen ohne Materialüberschuß ausfülle läßt.
terial entspricht efaem Verhältnis/dessen Einfüllvolumen zum Binfüllvolumen der Magnet elemente im -Bereich von 20-80%, wobei 50% als optimal zu empfehlen sind, da sich nierbei der gesamte Raum zwischen den üagnetelementen ohne Materialüberschuß ausfülle läßt.
Durch Versuche konnte man feststeilen, daß. bei ununterbrochener
Bearbeitung pulverförmiger Stoffe in einer horizontal angeordneten Kammer die Durchlaufgeschwindigkeit des LIaterials
durch die Kammer und folglich dessen Bearbeitungsgrad vom Neigungswinkel der Kammer abhängt Bin derartiges BearbeiW-verfahren
erscheint zweckmäßig bei manueller Leistungsregelung. Cptimale Neigungswinkel der Kammer zur Horizontalebene sind Winkel im Bereich von 3-20°.
Durcnführung der
Versuche mit Einrichtungen zur / obengenannten Bees für
arbe it ungs ν erfahren * . zeigten, daß/je den. Pulverstoff
zulässige
eine maximal/länge der geneigten Kaniner gibt ^e i welcher der
eine maximal/länge der geneigten Kaniner gibt ^e i welcher der
(d. h. unter der Wirkung seines Eigengewichts) Bearbeitungsstoff die Kaumer im Selbstfluß/passiert. Diese
Länge ist einerseits durch die Maximalhöne der Clementenscnicht
und andererseits durch die Schüttbarkeit des Bearbeitungsmaterials
beschränkt. Beispielsweise für Zement darf die
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Maximallänge der Kammer 4.m<£i.ich.t übersteigen^ und für Tonerde
der /~y>
(AIpO,) /Y- Modifikation 1,5m/ Zur Verlängerung
der Kammer wird dem Material ein gasförmiges
Mittel,z.B. Gas zugeführt. Dieses Mittel begünstigt
eine größere Beweglichkeit des Materials infolge dessen Belüftung und der Erzeugung eines Gaspolsters. Durch Verbrauchtste:
gerung des Wirkungsstoffes kann man nicht nur die Kammer verlängern, sondern auch die Bewegung des Materials durch die
Kammer beschleunigen,d.h. damit auch den Bearbeitungsgrad regeln.
Aus der Beschreibung der drei letztgenannten Verfahren
folgt , daß das Material die Kammer im Selbstfluß passiert, wobei dessen zeitliche Durchlaufgenauigkeit den Einsatz spezieller
Aufgabe- und Dosiereinrichtungen erübrigt.
Beim Zerkleinern und Dispergieren der Stoffe werden Magnetelemente
benutzt, deren mittlere Größe im Bereich der 10-20Ofache
mittleren Teilchengröße des Bearbeitungsmaterials gewählt wire
Als Wahlkriterium der Größen der Magnetelemente dient die folgende
Richtlinie: zum Beschleunigen der Materialbearbeitung ist eine möglichst große bearbeitende Fläche der Elemente
möglichst erforderlich ,d.h. ihre Größe muß/ klein sein. Ihre minimale
unter dem
Große ist jedoch sowohl durch den -Winkely/d'e Materialerfaßt
werden,
teilchen/als auch durch die von jedem Magnetelement entwickelte
teilchen/als auch durch die von jedem Magnetelement entwickelte
und zum Zerkleinern der Materialteilchen erforderliche Leistung
Anhand
beschränkt. / der Stoffzerkleinerungstheorie und von Unter-
im Zusammenhang mit dem
suchungen / vorliegenden Verfahren sowie der entsprechenden
suchungen / vorliegenden Verfahren sowie der entsprechenden
609827/06 79
Einrichtung wurde festgestellt, daß es für die Praxis zweckmäßig
und ausreichend ist, die Große der Magnet elemente im Bereich
fachen der
des IO-200/ Größe der Materialteilchen zu wählen.
des IO-200/ Größe der Materialteilchen zu wählen.
Um das Wesen der Erfindung besser begreiflich zu machen,
wird nachstehend eine konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtungen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt
das
Pig. 1/ Schema einer Einrichtung zur Materialbearbeitung
Pig. 1/ Schema einer Einrichtung zur Materialbearbeitung
mit einer Solenoidwicklung und einer .Arbeitskammer im Längsschnitt;
Fig. 2 das gleiche, Ansicht nach Pfeil V; .
Pig. 3 das gleiche, mit drei parallelgeschalteten
Arbeitskammern, im Längsschnitt;
eine
Pig. 4/Einrichtung zum Materialbearbeiten mit Ringwicklungen
und einer Arbeitskammer, im Querschnitt;
Pig. 5 das gleich^ mit zwei parallelgeschalteten Arbeits-
kammern, im Querschnitt; eine
Pig. 6/Einrichtung zum Mat erialbe arbeit en mit einer
ren
Solenoidwicklung und mehre/ Arbeitskammern, im Querschnitt; eine
Solenoidwicklung und mehre/ Arbeitskammern, im Querschnitt; eine
Pig· 7/Eiariehtung zum Materialbearbeiten mit drei hintereinander
ge schalt et en Kammern, wobei jede Kammer in einer Solenoid wicklung angeordnet ist, im Längsschnitt.
Die in den Zeichnungen dargestellten Einrichtungen enthalten
eine Arbeitskammer 1 (Pig. 1-7) aus einem nichtmagnetischen
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Material - aus nichtrostendem Stahl bzw. Gummi, in der.eine Viel
zahl magnetischer Elemente 2 von vorzugsweise sphäroidaler Form untergebracht ist. Die Magnet elemente 2 sind aus hartmagnetischem
Material, beispielsweise aus Bariumhexaferrit bzw. aus
wie
Legierungen/Mangan-Aluminium, Samarium-Kobalt, "Tikonal" (Titan-Kobalt-Aluminium), "Alnicko" (Aluminium-Nickel-Kobalt- -Eisen) u.a. hergestellt.
Legierungen/Mangan-Aluminium, Samarium-Kobalt, "Tikonal" (Titan-Kobalt-Aluminium), "Alnicko" (Aluminium-Nickel-Kobalt- -Eisen) u.a. hergestellt.
Die Arbeitskammer 1 ist in einem Kaum angeordnet, in welchen
<(ein magnetisches Wechself eld^it Hilfe einer sie umfassenden
elektrischen Solenoid- O) bzw. Ringwicklung O')/erzeugt wird.
Am Ausgang der Kammer 1 ist eine zusätzliche elektrische Wicklung 4 (Fig. 1,2) angeordnet, verbunden mit einem Spannungsregler
5» welche die Möglichkeit bietet, die Leistung
des Prozesses /den Materialbearbeitungsgrad/ durch entsprechende Änderung der aktiven Querschnittsfläche der Kaumer 1 an deren
Ausgang.zu regeln.
Um die Magnetelemente 2 in der Arbeitskammer 1
der.Kammer
zujhalten, ist die Ausgangs st irnf lache/durch ein Netz 6 über-
decket» ' und an die Eingangs st irnf lache der Kammer/ ein Aufgabebunker
7 an^renzt^ Die erfindungsgemäße Einrichtung kann man
auch mit mehreren Arbeitskammern 1 (Fig.3,5-7) in der Arbeitszone des Magnetfeldes ausführen.
In einer Ausführun^svariante der Einrichtung sind die Kamaneinander
mern 1 (Fig. 3)/anliegend und parallel übereinander angeordnet,
wobei der Bunker 7 sämtliche Eingangsstirnseiten der Arbeitskammern 1 uifaßt. Die elektrische Solenoidwicklung J besteht
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aus einzelnen elektrisch miteinander verbundenen Elementen, deren
Zahl ein Vielfaches/der Phasenzahl /A,B,C/ des die Wicklung
speisenden elektrischen Stroms beträgt. An den SingangsStirnseiten
der Arbeitskammern sind geneigte Zwischenwände 8 vorgesehen, welche das Herausfallen der Magnetelemente 2 aus den
Arbeitskammern 1 verhindern und einen parallelen Durchgang des Beschickungsmaterials in den Kammern gewährleisten.
In einer anderen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Materialbearbeitungseinrichtung ist die Arbeitskammer 1
zwischen zwei elektrischen Wicklungen J* (Fig. 4) angeordnet,
ausgeführt in Form von zwei flachen Ringen, welche elektrisch und gegenläufig miteinander verbunden sind.
Die Arbeitskammer 1 stellt ein Höhltorοid dar, welches im
Radialschnitt eine rechteckige Form hat. Die Innenwand des Toro-.
ids bildet ein Netz 6. An der Außenseite ist die Kammer 1
von einem Bunker 7 umfaßt. Die Ringwicklung 3' ist
durch eine kegelförmige Haube 9 geschützt.
Bei mehreren (zwei) Arbeitskammern 1 mit Ringwicklungen J*
(Pig. 5) werden die Kammern übereinander angeordnet, wobei der Aufgabebunker 7 sämtliche Kammern umfaßt.
Die Vorzüge der Einrichtungen mit ringförmigen Wicklungen bestehen im geringen Verbrauch, an Wicklungsdraht pro Raumeinheit
der Arbeitskammer, in.· einfacher Bauart und leichter
Bedienung.
Möglich ist auch eine Ausführ ungsv ar i ante der Einrichtung, in welcher die Arbeitskammer aus mehreren (sechs) zylindrischen
Kammern 1 (Fig. 6) zusammengesetzt ist, wobeidiese untereinander
609827/0679
angeordnet und durch Netze 6 voneinander getrennt sind. Sämtliche Kammern sind hierbei von einer durchlaufenden Solenoidwick·
lung 3 umfaßt. An die obere Kammer grerefc der Aufgabebunker 7
an.
In einer der konstruktiven Ausführungsvarianten besteht die Einrichtung aus drei unabhängig voneinander angeordneten
Kammern 1 (Fig. 7), die miteinander durch Mittel verbunden sind, welche einen sukzessiven Durchgang des Mat eri. .als während
der Bearbeitung aus einer Kammer in die nächste gewährleisten
und im gegebenen Falle Rohrleitungen IO darstellen. Ah
sämtlichen Stirnseiten der Kammern 1 aincjpSetze 6 angeordnet.
Die Schichthöhe der Magnet elemente in der Kammer* in statischen
Zustand ist mit hc und die Höhe der Kammer mit h^
(Fig. 1 und 4) bezeichnet.
Sämtliche angeführten Einrichtungen sind hauptsächlich für
eine ununterbrochene Materialbearbeitung bestimmt; sie können
die
jedoch gleichfalls für/periodische (einmalige) Bearbeitung eines Materials verwendet werden. Für sämtliche Einrichtungen ist ein Verhältnis der Kammerhöhe iu zur Schichthöhe h„ der Magnetelemente im Bereich von 1,1- 1,5 angenommen· Die Kammern nehmen praktisch den gesamten Arbeitsraum des Magnetfeldes genauer einen Bereich von 0,8*-l,0 des. Geldvolumens ein.
jedoch gleichfalls für/periodische (einmalige) Bearbeitung eines Materials verwendet werden. Für sämtliche Einrichtungen ist ein Verhältnis der Kammerhöhe iu zur Schichthöhe h„ der Magnetelemente im Bereich von 1,1- 1,5 angenommen· Die Kammern nehmen praktisch den gesamten Arbeitsraum des Magnetfeldes genauer einen Bereich von 0,8*-l,0 des. Geldvolumens ein.
Die Länge"L"der elektrischen Solenoidwicklung 3 in den
in Fig. 1 und 6 dargestellten Einrichtungen beträgt das 3-15facfte ihres mittleren Durchmessers "D!J wodurch sich die Ungleichmäßigkeit
des Magnetfeldes über die Länge der Kammer hin
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verringern und damit die Gleichmäßigkeit der Materialbearbeitung
erhöhen sowie der Verschleiß der Magneteleinente entsprechend
herabsetzen läßt. Ist die Wicklung 5 C^ig. 2) rechteckig
oder ähnlich gestaltet, so wird ihr äquivalenter mittlerer Durchmesser nach der Formel
M
5Γ
bestimmt, wof"a" und "b" die mittlere Höhe und Breite der Wicklung
bezeichnen.
Die Verwendung von Mehrphasenstrom ermöglicht die Srzeug^ung <^in der Solenoidwicklunfeines "laufenden" Magnetfeldes.
Bei der Bewegungsrichtung des laufenden Feldes entgegengesetzt der Schwerkraft kann die Schichthöhe hQ der Magnetelemente
vergrößert werden, wodurch die Möglichkeit entsteht,
nur einer
Höchleistungseinrichtungen sogar mit/einzigen Arbeitskammer
zu schaffen.
Die obenbeschriebenen Einrichtungen arbeiten folgendermaßen:
Vor Arbeitsbeginn wird dig-Kammer 1 (Fig. 1-7) niit einer
Schicht von Magnet element en 2 .gefüllt, deren Höhe entsprechend
den Eigenschaften des Maö'netstoffes nach dem obenangeführten Verhältnis
gewählt wird. Dann wird an die elektrische Wicklung 5 eine Wechselspannung angelegt , mit deren Hilfe in der Kammer
ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Bei einer bestimmten
entsprechend
Feldstärkenamplitude, -vuiclie / den Eigenschaften des LIagnet- ·
Stoffes, eier Feldfrequenz und der Größe der magnet elemente
gewählt wird, kommen die Magnet elemente in der Kammer in eine
609827/0679
chaotische Bewegung, deren Hauptkomponente eine Drehung
darstellt. Das zu bearbeitende Material gelangt/im Selbst-Cd,
b. unter der Wirkung seines Eigengewichts) fluß/aus dem Aufgabebunker 7 in die Kammer l<in Pfeilrichtung
11C1^, wo es der Einwirkung von Schub- und Schlagkräften
durch die Magnetelemente 2 ausgesetzt wird. Nach dem
Passieren der Kammer 1 und des Netzes 6 am Augang der Kammer gelangt das Fertigprodukt in Pfeilrichtung "d" in einen
Sammelbehälter /in der Zeichnung nicht dargestellt/. Die Verwendung einer zusätzlichen Wicklung 4 und eines Spannungsreglers
5 ermöglicht eine Regelung der ü'eldstärkenamplitude
am lustritt des Materials aus der Kammer und damit auch der Höhe der Arbeitsschicht der Liagnetelemente am Ausgang der Kammer,
wodurch din Magnet Verschluß" geschaffen wird. Der Materialbearbeitungsgrad
steht in umgekehrter Abhängigkeit aur
Amplitude der Feldstärke in der Wicklung 4.
In einem weiteren Regel ν erfahr en des Materialbearbeitungsgrades
wird eine entsprechende Änderung des Neigungswinkels der Kammer zur Horizontalebene verwendet, und in einem anderen
benutzt man G-aszuf uhr/vor wiegend Luft/ ία das zu bearbeitende
Material. Sämtliche Bearbeitungsverfahren beruhen auf einer Änderung der . Verweilzeit des Produkts in der Kanonier.
Nachfolgend werden konkrete Beispiele der Durchführung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren und der entsprechenden
Einricntungen angeführt.
Betrachten wir zunächst die Anwendung der 609827/0679
vorliegenden Erfindung am TMspie^L der feinzerkleinerung von 0
Aluminiumoxyd /Tonerde/,
Die Dispersität des Ausgangspulvers nach dem mikrometrischen
fit erfahren war gleich 100/* m. Das feinzerkleinerte Material
dient als Schleifmittel für Schleif- und Polierpasten. Als bearbeitende Magnetkörper dienten isotrope kugelförmige Element«
aus Bariumhexaferrit von 5min. Durchmesser.
Die Berechnete H.öhe der Schicht für das Magnetmaterial
betrug
wc/' ß,, ^ZWO(U ; ϊ Hc = SOOOoe. ; J)* 5fjL*}
In der Kammer 1 (Pig. 1 und 2) wurden die Magnet element β
vqn
2 in einer Schicht mit einer Höhe/hcT12cm angeordnet, um eine gleichmäßige Materialbearbeitung über die gesamte Schichthöhe zu erreichen. Das erklärt sich dadurch, daß die in der Schicht tiefe rl legenden Magnetelemente weniger intensiv arbeiten^ besonders, wenn ein Teil der Elemente geringere Magneteigenschaften aufweist.
2 in einer Schicht mit einer Höhe/hcT12cm angeordnet, um eine gleichmäßige Materialbearbeitung über die gesamte Schichthöhe zu erreichen. Das erklärt sich dadurch, daß die in der Schicht tiefe rl legenden Magnetelemente weniger intensiv arbeiten^ besonders, wenn ein Teil der Elemente geringere Magneteigenschaften aufweist.
Die maxima^aögliche Feldstärkenamplitude betrug
Die minimal/zulässige Amplitude H war gleich
bei
wo/ a=0,5cm, f=50Hz (Netafrequenz des Industriestroms) betragen.
wo/ a=0,5cm, f=50Hz (Netafrequenz des Industriestroms) betragen.
Die angenommene Feldstärkenamplitude war gleich 800 Oe*
• 6 098 2.7/06 7 9
Dieser Wert wurde unter der Bedingung minimaler Energiever-1uste
in der elektrischen Wicklung und des zulässigen Kupferverbrauchs für diese Wicklung bestimmt, welcher 6 kg/Liter des
Kammervolumens betrug.
Die Höhe hk der Kammer entsprach dem Verhältnis hic/hc=l,25
sie betrug
d.h./15 cm. "Die übrigen Maße der Einrichtung wurden
d.h./15 cm. "Die übrigen Maße der Einrichtung wurden
entsprechend der Leistungsfähigkeit, der Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes,
der Möglichkeit einer Bewegung des Materials im Selbstfluß sowie der Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung gewählt.
Die Hauptparameter der Einrichtung waren: Rauminhalt der
Kammer - lüOLiter, deren Länge - 120cm, ihre Breite - 60cm; die elektrische Wicklung umfaßte dicht die Arbeitskammer; sie
bestand aus 16 Wicklungselementen, wobei das letzte Element mit einem Spartransformator verbunden war. Die Dicke der aufgewickelten
Kupferschicht in der Wicklung war gleich 4cm, die Anzahl der Mahlkörper betrug I50 kg, das Einfüllvolumen der Magnetelemente
war gleich 80 Liter, das Volumen der Tonerde in der Kammer war gleich 50 Liter.
Die Tonerde gelangte aus dem Aufgabebunker 7 im Selbstfluß
zum Eingang der Kammer 1. Die Einrichtung wurde unter einem Winkel von 6-7° zur Horizontalfläche eingestellt, wodurch die
Möglichkeit eines freien Durchlaufs des Materials über die Gesamtlänge der Kammer entstand. Die mittlere Zerkleinerungszeit / Verweilzeit im Apparat/ betrug 3-4 Minuten. Dabei lag
die Dispersität der zerkleinerten Tonerde im Bereich von 20
609827/0679
nach. dem. mikrometri sehen Meßverfahren. Die Korit rollprob en
wurden periodisch alle 10 Minuten entnommen. Im Lauf« der Arbeit wurde eine zeitliche Gleichmäßigkeit der Leistung des
Apparats und eine konstante Dispersität des feinzerkleinerten
Materials festgestellt· Der Energieaufwand betrug 15 kvVh/t.
Die Leistung wurde auch mit Hilfe einer zusätzlichen Y/icklung
geregelt, was eine Erleichterung des Betriebs bedeutet. Der Verschleiß der Magnetelemente war etwa 0,2kg/t. Die Leistung
bei ununterbrochener Zerkleinerung betrug etwa lOOü kg/h.
Gegenüber den bekannten Zerkleinerungsverfahren, beispielsweise
in Kugelmühlen, erwies sich das erfindun^s^emäße
Verfahren laut den Ergebnissen von Vergleichsprüfungen
in der spezifischen Leistung und den EnergieaufWendungen
zigmal effektiver; im Vergleich zur Zerkleinerung in Strahlmühlen ist das vorliegende Verfahren einige Hunderte Male
wirtschaftlicher.
In einem Apparat mit den im Beispiel 1 angegebenen Parametern wurde das gemeinsame Hachmahlen von Zement und. Asche
durchgeführt. Die sphäroidalen Magnet elemente waren aus einer
Mangan-ALuminium-Legierung ausgeführt und hatten eine Größe
ca.
von/4mm· Um den '.Transport des Bindemittels durcn die Kammer 1
(Pig.l) zu erleichtern, wurde Luft zugeführt, wozu in der Kammer
ein Rohristiizen 11 vorgesehen war. Die Ausgangsstoffe waren:
Zement mit 4CO kg/cm2 Druckfestigkeit und Asche mit
609827/0679
_ 30 -
Brennst off gehalt, die spezifische Ausgangsf lache des Gemisches
war gleich 3200 cm /g,
von
Bei Gewichtsmengen/75% Zement und 25% Asche erhielt man
Bei Gewichtsmengen/75% Zement und 25% Asche erhielt man
folgende Resultate : spezifische Bndfläche 5150cm /g (nach
dem Koseni-Karman-Verfahren); Leistung lt/h; Energieaufwand •20kffih/t;
Verschleiß der Magneteleiaente - 0,5kg/t des Bearbeitung
smaterials.
Die Druckfestigkeit des feingemahlenen Bindemittels war nacl
28 Tagen gleich 504kg/cm , d.h. es wurden 25% Zement eingespart
und dabei die Qualität des Bindemittels erhöht.
Bei Gewichtsmengen von 50% Zement und 50% Asche erhielt
man andere Resultate^und zwars spezifische Endfläche 4850 cm/g;
Verschleiß der iilagnetelemente 0,7 kg/t des Bearbeitungsmaterials. Die Druckfestigkeit des feingemahlenen Bindemittels
2 Z1/
war nach 28 Tagen gleich 380kg/cm d.h. es wurde bi^/50% Zement
eingespart^ und die Qualität des Bindemittels blieb praktisch
erhalten.
Die übrigen Parameter blieben die gleichen wie zuvor.
Um solche Kennwerte mit den bekannten Schwing- und Strahl-
um /das mahlen zu erreichen, müßten die Mahlkosten/2-5faciE.vergrößert
werden.
Betrachten wir nun die Durchführung des vorliegenden Verfahrens
am Beispiel der iTachmahlung von Portlandzement. Das Ausgangsmaterial - Portlandzement mit einer spezifi-
609827/0679
sehen Oberfläche von 3000cm /g, gemessen nach aem Luftdurchlässigkeitsverfahren,
hatte nach 28 Tagen eine jJruckfestig-
von
keit/43Qkg/cm· *»s wurde dabei eine Einrichtung mit einem Eauminhalt der Arbeitskammer 1 (Fig· 4) gleich lOdm·^ verwendet. Hie kugelförmigen Magnetelemente aus Bariumhexaferrit von 5raa Durchmesser wurden in die Kammer in einer Schicht von 8cm Höhe eingeschüttet. Der Kupferverbrauch betrug 5kg/dnr des Kammervolumens. Die spezifische Fläche des Portlandzements nach dem
keit/43Qkg/cm· *»s wurde dabei eine Einrichtung mit einem Eauminhalt der Arbeitskammer 1 (Fig· 4) gleich lOdm·^ verwendet. Hie kugelförmigen Magnetelemente aus Bariumhexaferrit von 5raa Durchmesser wurden in die Kammer in einer Schicht von 8cm Höhe eingeschüttet. Der Kupferverbrauch betrug 5kg/dnr des Kammervolumens. Die spezifische Fläche des Portlandzements nach dem
ο ρ
Vermählen war 5200cm /g/und.die -Pruckfestigkeit war 650kg/cm .
Der Verschleiß der Magnetelemente war gleich l,O{kg/t der
zu ■ zu
Energieverbrauch bis/20kWh/t, die Leistung bis/100 kg/h.
Die Mahlkosten des Materials in den bekannten Schwingmühlen waren bei den gleichen Kennwerten doppelt so hoch
wie in der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Betrachten wir nun das Dispergieren von Pigmenten in Bindemitteln.
Dispergiert wurde eine Suspension, bestehend aus Gasruß und Alkydharzlack bei einem Gewi ent svernältnis entsprechend
7ί3· Die Magnetelemente waren aus einer Mangan-Aluminium-Kohlenstoff-Legierung
<fkugelförmig, 2-4mm yroii^hergestellt. Die
Schichthöhe der Magnetelemente in den Kammern 1 (Fig. 6) war
5cm, die Höhe der Kamern 7cm, die Zahl der Kammern 6, der gesamte Rauminhalt der Kammern war gleich 3dm , die Zahl der
Elemente der elektrischen Wicklung war 3-6. Die Dispersität der Suspension vor dem Dispergieren war über 200 /<m;nach dem
6 O 9 8 2.7 / O 6 7 9
Dispergieren war sie gleich. 15 //fflj -die basnet feld stärke -
Oersted; der Energieverbrauch 50 k'.Vh/t der Suspension;
der Verschleiß der Magnetelemente l,Okg/t der Suspension, Leistung JO kg/h. Der Bearbeitungsprozeß war 1,5*2 mal wirtschaftlicher
als in den bekannten idetallperlenmühlen.
Betracnten wir nun die Durchführung des vorliegenden Verfahrens am d-es Emuigierens Beispiel einer Mischung von
Silikonharz mit einer 1>^-Losung von Polyvinylalkohol im Vernältnis
1:1. Die erhaltene Emulsion dient als Bestandteil von Wasseremulsionsfarben.
Es wurden hierbei gleichachs ige/Magnet elemente aus einer
Aluminium-Kupfer-liickel-Kobalt-Legierung von 5^iai Durchmesser
und «(zylindrische) ^min. Länge verwendet. Um den
Verschleiß der Magnetelemente herabzusetzen, wurden diese mit
einer .kunststoffhülle von 0,5-1»0mm Dicke überzogen. Der Rauminhalt
jeder der drei Arbeitskammern 1 (Pig.l) war gleich 5dm-5, die Schichthöhe der Magneteleiaente 8cm, die Hohe jeder
Kammer 10cm. Die Magnetfeldstärke war gleich 300 ue, der
iäaergieverbrauch 50kV/h/t der Emulsion, die Leistung war
so 50kg/h. Der Bearbeitungsprozeß war doppelt/ wirtschaftlich
wie das Emulgieren in Lauf er emulgatoren. Die ernaltene
Emulsion wies eine hohe Homogenität auf und entmischte sich im Laufe eines Llonats nicht.
Betrachten wir schließlich noca eine AusführungsVariante
6 0 9827/0673
ZJ?
des vorliegenden Verfahrens am der Vermischung -Beispiel von
Koni end i oxy d mit Wasser.
Es wurden zylinderfÖrmige ka^net elemente von geringer Höhe
(etwa 4mm) und 8mm Durchmesse*? verwendet. Die Elemente wurden
mit einer lmm starken Hülle aus Polyurethanharz überzogen.
Der Bauminhalt der Arbeitskammer 1 (Fig. 1 und 2) betrug
5dm , die Magnet feld stärke war 1000 Oe, die SchicntiiÖhe der
Uagnetelemente h =8cm, der Energieverbrauch war 2,0/k,V'h/m.:'? des
Wasser Volumens. Die Sättigung des V/assers mit Gas dauerte lOsek,
u:q das
Der Arbeitsprozeß erwies sich/>* 5-faciewirtschaftlicher als in den uekannten ^ i-o^pt ions apparat en.
Der Arbeitsprozeß erwies sich/>* 5-faciewirtschaftlicher als in den uekannten ^ i-o^pt ions apparat en.
Äie man aus der Beschreibung ersehen kam.., ist die Wirtschaftlichkeit
der vorliegenden Einrichtungen in industriel Ler Ausführung ■ im Vergleich zu den besten bekannten Einrichtungen
der Weltpraxis für die genannten technologischen Prozes—
ches (bis .um das
se um ein Vielfa-/20facte und darüber/ höher. Darüber hinaus ist ihre Bauart und Bedienung einfach, sie haben kleine Abmessungen und ein geringes Gewicht.
se um ein Vielfa-/20facte und darüber/ höher. Darüber hinaus ist ihre Bauart und Bedienung einfach, sie haben kleine Abmessungen und ein geringes Gewicht.
Die bekannten Einrichtungen arbeiten geräuschvoll und
vibrieren im Betrieb, wodurch ihre Bedienung erschwert ist und die Kapitalaufwendungen ansteigen. Die erfindungsgemäße
Einrichtung arbeitet fast geräuschlos, was für das Bedienungspersonal eine wesentliche Erleichterung bedeutet. Dank dem
geringen Gewicht pro Gewichtseinheit des Bearbeitunüsmaterials
kann uie vorliegende Einrichtung ohne besondere Fundamente
609827/0679
arbeiten.
i)ie Bauart der vorliegenden Einrichtungen bietet die
Möglichkeit, Industrieanlagen zu schaffen, welche eine hohe
zu
Leistung- bis/lOO Tonnen Material in einer Stunde und darüberaufweisen.
609827/0679
Claims (11)
17- Dezember 1975 EZ/B/Hu
P 59 722 PATENTANSPRÜCHE
\Xl Materialbearbeitungsverfahren durch Einwirkung auf einen
in eine Kammer eingebrachten Stoff durch eine Oro^e Anzahl
von Magnetelementen aus einem hartmagnetischen Material, welche in der gleichen Kammer angeordnet sind und sich unter
der Wirkung eines magnetiscnen «/ecns elf el des 'chaotisch bewegen^
erzeugt durcu eine elektrische Wicklung in einem üaum, in
welchem die Kammer angeordnet ist,,d adurch gekennzeichnet,
daß die Hagnetelemente(2)in der Kaaimer(l)in
einer Schicht angeordnet werden, deren Hohe in folgendem
Bereich gewählt wird:
bei
wo/ a - die mittlere Größe der iüaoneteleiuente, in cm;
wo/ a - die mittlere Größe der iüaoneteleiuente, in cm;
h - die Schichthöhe der Magnetelemente, in ca;
B - die remanente Induktion des hartmagnet ischen Stoffes,
in Gs;
die
H0 -yAoerzitivkraft des hartmagnetischen Stoffes nach der
H0 -yAoerzitivkraft des hartmagnetischen Stoffes nach der
magnetisierung,in Oersted;
j? - dichte des hartmagnetischen Stoffes, in g/ca^;
j? - dichte des hartmagnetischen Stoffes, in g/ca^;
^Fallbeschleunigung, in cm/sek2 bezeichnen,
wobei
und/die Feldstärkenamplitude in . . folgendem
und/die Feldstärkenamplitude in . . folgendem
Bereich gewählt v/ird:
- die Frequenz des Magnetfeldes, in Hz;
- die Feldstärkenamplitude, in Oersted bezeichnen.
609827/0679
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Feldstärkenamplitude am Austritt des
Materials aus der Kammer (l) in umgekehrter Abhängigkeit vom
erforderlichen Materialbearbeitungsgrad geändert wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Magnetelemente (2) von sphär ο id aler Form verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch l,dadurch gekennzeichnet,
daß gleichachsige Magnetelemente(2)verwendet
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bearbeitungsmaterial in die Kammer QL) in einer Menge eingebracht wird, welche 20·-80% des Einfüllvolumens
der Magnetelemente beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz
e ichnet, daß für eine ununterbrochene Bearbeitung pulverförmiger Stoffe die Arbeitskammer(1 )geneigt zur Horizontalebene
eingestellt wird, wobei der Neigungswinkel 1CiDi Bereich
keit vom
von 3-20vin Abhängig'erforderlichen Materialbearbeitungsgrad<->
gewählt wird.
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß in- " - das Bearbeitungsmaterial ein
gasförmiges Mittel eingepreßt wird.
,
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge k e η η-ze
ichnet, daß . beim Zerkleinern und Dispergieren der
609 8 2 7/0679
12. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e kennze ichnet, daß in ihr eine elektrische Solenoidwicklung
(3)mit einem Verhältnis der Län^e zum mittleren
Durchmesser im Bereich von 3-15 verwendet ist.
13· Einrichtung nach Anspruch 9i ei a d u x· ch g ekennze
ichnet, daß die Arbeitskammer (l) im Zwischenraul
zwischen zwei elektrischen Wicklungen(3')angeordnet ist, welche
als flache Ringe gestaltet und elektrisch gegenläufig miteinander verbund-en sind.
14. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß in ihr eine elektrische Wicklung ( 3)νerwendet ist, welche aus einzelnen elektrisch miteinander
verbundenen Elementen besteht, deren Saal ein Vielfaches der
Phasenzahl des die Wicklung speisenden Stroms beträgt.
15« Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch g e kennze
i chnet, daß am-Ausgang der Kammer eine zusätzliche Wicklung (4)angeordnet ist, welche mit einem Spannungsregler
(5>)elektrisch verbunden ist.
6 0 9827/0679
werden Stoffe Magnetelemente 2 verwendet^ deren mittlere Größe im
Bereich der 10-200-fachen mittleren Größe der Teilchen des Bearbeitungsmaterials
gewählt wird.
einem der
9. Einrichtung zur -Durch führung^ es Verfahrens nach/Ansprtich?
bis B, zahl
1/ enthaltend eine Arbeitskammer(l} in welcher eine YIeY magnetischer
Elemente aus einem hartmagnetischen Material in
einer Schicht angeordnet ist, und eine elektrische Wicklung, welche die Arbeitskammer umfaßt und in ihr ein
magnetisches Wechselfeld erzeugt, dadurch gekennze
ichnet, daß diese Einrichtung mindestens eine Kammer
(l)enthält, deren Höhe 1,1-1,5 der Schichthöhe der Magnetderart
elemente (2)beträgt, und die Zahl der Kammern / gewählt ist,
daß deren gesamter Rauminhalt 0,8-1,0 des Arbeitsvolurmens
des Magnetfeldes beträgt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Verwendung von mindestens zwei Kammern(l)diese durch Mittel(10)miteinander verbunden
sind, welche einen sukzessiven Durchgang des Materials während der Bearbeitung aus der einen Kammer in die andere
gewährleisten.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die KammernCl Miteinander durch
MittelCe; verbunden sind, welche einen parallelen Durchgang
des Materials (während der Bearbeitung) in sämtlichen Kammern
gewährleisten.
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