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MAGNETOHYDROSTATISCHER SCHEIDER
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Die Erfindung bezieht sich auf die Aufbereitungstechnik, und betrifft
insbesondere magnetohydrostatische Scheider zur Dichtescheidung von unmagnetischen
Stoffen.
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Besonders wirksam kann die Erfindung zur Scheidung von Schrott und
unmagnetischen Buntmetallabfällen, sowie auch zur Aufbereitung von Buntmetallerzen
verwendet werden.
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Außerdem kann die Erfindung auf anderen Gebieten der Technik, z.B.
zur Scheidung von Glas, Keramik, Kunststoffen, Porzellan und anderen unmagnetischen
Stoffen aus Fremdbestandteilen verwendet werden.
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Die Einbeziehung verschiedener Arten von Mischschrott und Abfällen
der Buntmetalle (Schrott von Kraftwagen, Plugzeugen, Fernsehempfängern, Rundfunkempfängern,
elektronischen Apparaten, Haushaltstechnik, Bleimantelkabeln mit Aluminium-oder
Kupferadern usw.) in die Verarbeitung stellt die Aufgabe der Trennung der Mischungen
von Produkten der Schrottzerkleinerung oder der Mischungen von schüttbaren Abfällen,
die aus unmagnetischen Bundtmetallen ( Cu, Pb, Sn, Al, Zn, Mo, Messing, Lötmetall
usw.) bestehen, in einzelneNetallarten.
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Die bestehenden üblichen Verfahren zur Aufbereitung der Metalle nach
der Dichte gewährleisten eine wirksame Trennung der Werkstoffe mit einer Dichte
von höchstens 4,103 kg/m3.
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Metalle wie Kupfer, Blei, Zinn, Zink-lusw. mit einer Dichte von über
4,103 kg/m3 lassen sich nach den bestehenden Verfahren nicht scheiden.
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Zur Zeit ist ein Verfahren zur Scheidung von Werkstoffen nach der
Dichte in einer magnetischen Flüssigkeit bekannt, die mit einem inhomogenen Gleichmagnetfeld
überlagert ist.
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Dabei wird in der magnetischen Flüssigkeit eine zusätzliche Volumenkraft
erzeugt, die es gestattet, auf die in dieser Flüssigkeit befindlichen unmagnetischen
Stoffe einzuwirken. Die magnetische Flüssigkeit kann man in diesem Fall als eine
Flüssigkeit ansehen, die bis zu einer bestimmten Dichte (Quasidichte) "beschwert"
ist.
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Die Quasidichte einer magnischen Flüssigkeit, die sich im inhomogenen
Magnetfeld des Scheiders mit einem Gradienten der magnetischen Feldstärke in Vertikalrichtung
befindet, wird nach der Formel ermittelt: MGrad H P1 P1 + µ0 9 worin P1 die physikalische
Dichte der magnetischen Flüssigkeit, µ0 die magnetische Feldkonstante gleich 4#
# 10-7H/m, M die mittlere Magnetisierung der magnetischen Flüssigkeit in der Scheidezone,
Grad H der Gradient der magnetischen Feldstärke, g die Beschleunigung der Schwerkraft
bedeutet.
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Indem man die Größe der magnetischen Feldkraft und die Magneteigenschaften
einer magnetischen Flüssigkeit ändert, kann man den Wert und die Verteilung der
Quasidichte dieser Flüssigkeit in der Scheidezone des Scheiders ändern, wobei der
Wert der Quasidichte hauptsächlich von den mag-
netischen Feldstärke
und den magnetischen Eigenschaften der magnetischen Flüssigkeit abhängig ist, während
die Verteilung der Quasidichte von dem Gradienten der magnetischen Feldstärke abhängt.
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Die Scheider, in denen die Scheidung von unmagnetischen Stoffen nach
der Dichte durch ein "Beschweren" der magnetischen Flüssigkeit durch ein Magnetfeld
durchgeführt wird, werden als magnetohydrostatische Scheider bezeichnet.
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Es ist ein magnetohydrostatischer Scheider zur Scheidung von unmagnetischen
Stoffen in einer ferromagnetischen Flüssigkeit nach der Dichte dieser Stoffe (US-PS
3483969) bekannt, der ein geschlossenes elektromagnetisches System mit Polschuhen
enthält, wobei in einem zwischen diesen Polschuhen befindlichen Luftspalt eine Kammer
ohne Boden angeordnet ist. Die Eintragrinre ist im Schmalteil der Kammer untergebracht,
und unterhalb der Kammer ist ein Sammelbehälter für abgeschiedene Fraktionen des
Stoffes angeordnet'. Die im Sammelbehälter angeordneten vertikalen Zwischenwände
treten von unten in die Kammer ein. Die einander zugewandten Flächen der Pol schuhe
sind zu der Vertikalebene geneigt, um einen Gradienten der magnetischen Feldstärke
in vertikaler Richtung zu schaffen, der in der Richtung von oben nach unten zunimmt;
die genannten Flächen der Pol-schuhe laufen in der horizontalen Ebene von der Eintragrinne
auseinander, um einen Gradienten der magnetischen Feldstärke in horizontäler Richtung
zu schaffen, der in Richtung zur Rinne zunimmt. Bei eingeschaltetem elektromagnetischem
System wird die Kammer mit ferromagnetischer Flüssigkeit gefüllt. Der Ausgangsstoff
wird über die Eintragrinne in den Schmalteil der Kammer zugeführt. Die Quasidichte
der ferromagnetischen Flüssig-
keit nimmt in der vertikalen Ebene
mit der Dicke der Schicht der ferrromagnetischen Flüssigkeit in der Kammer zu und
vermindert sich in hozirontaler Richtung je nach der Entfernung vom Schmalteil des
zwischen den Polen befindlichen Spaltes. In der Kammer wird der Ausgangstoff in
eine Reihe von Fraktionen getrennt, die zwischen den vertikalen Zwischenwänden in
den Sammelbehälter ausgetragen werden. Je nach der Entfernung von der Eintragzone
des Ausgangsstoffes nimmt die Dichte der getrennten Fraktionen zwischen den Zwischenwänden
ab.
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Ein Nachteil des bekannten Scheiders besteht darin, daß es bei dessen
Anwendung nicht möglich ist, den Gradienten der magnetischen Feldstärke sowohl in
der vertikalen als auch in der horizontalen Ebene in der Scheidezone zu ändern.
Dadurch wird es auch nicht möglich, eine Umverteilung der Quasidichte der ferromagnetischen
Flüssigkeit, die in der Kammer enthalten ist,beim Übergang zur Dichtescheidung dieser
oder anderen Arten des Ausgangsstoffes mit einer anderen Fraktionszusammensetzung
vorzunehmen, die sich von der Fraktionszusammensetzung unterscheidet, für die die
Form der Oberfläche der Pol schuhe berechnet war.
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Es ist weiter ein magnetohydrostatischer Scheider (siehe SU-PS 671848)
bekannt, der ein elektromagnetisches System mit in horizontaler Ebene abgestuft
angeordneten Polschuhen mit hyperbolischem Profil, eine Kammer ohne Boden aus einem
unmagnetischen Stoff, die im Zwischenraum zwischen den Polschuhen angeordnet ist,
und Eintrag- sowie Austragvorrichtungen enthält. Die Eintragsvorrichtung ist oberhalb
der Kammer im Schmalteil des zwischen den Polen befindlichen Spaltes angeordnet,
und der Abstand zwischen
den Pol schuhen nimmt abgestuft in der
Richtung von der Eintragzone entlang der Kammer zu. Nach dem Einschalten des elektromagnetischen
Systems des Scheiders wird die Kammer mit ferromagnetischer Flüssigkeit gefüllt,
wonach in diese der Ausgangsstoff zugeführt wird. Da die Quasidichte der ferromagnischen
Flüssigkeit in der Richtung von dem Schmalteil des zwischen den Polen befindlichen
Spaltes zu seinem breiteren Teil abnimmt, wird der Ausgangsstoff in der Kammer in
eine Reihe von Fraktionen getrennt. Die besonders schwere Fraktion wird am Anfang
der Scheidezone, die nach der Eintragzone folgt, abgeschieden, und die leichteren
Fraktionen werden je nach der Verminderung der Dichte der Teilchen in den folgenden
Scheidezonen abgeschieden.
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Ein Nachteil des bekannten Scheiders besteht darin, daß es bei dessen
Anwendung nicht möglich ist, den Gradienten der magnetischen Feldstärke in der Kammer
in jeder Stufe der Pol schuhe zu ändern. Dadurch wird es auch nicht möglich, im
Scheider eine Umverteilung der Quasidichte der ferromagnetischen Flüssigkeit, die
in der Kammer enthalten ist, beim Übergang zur Dichtescheidung dieser oder anderer
Arten des Ausgangsstoffes mit einer anderen Fraktionszusammensetzung vorzunehmen,
die sich von der Fraktionszusammensetzung unterscheidet, für die die Form der Stufen
der Pol schuhe des Scheiders berechnet war.
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Es ist auch ein magnetohydrostatischer Scheider zur Aufbereitung der
Buntmetallerze und von anderen unmagnetischen Stoffen (SU-PS 671847) bekannt, der
ein elektromagnetisches System mit Polschuhen mit hyperbolischem Profil, die parallel
zueinander angeordnet sind, wobei der Unterteil dieser Pol schuhe nach einer Exponentialkurve
abgerun-
det ist, eine Kammer mit einem abnehmbaren Boden, die zwischen
den Polschuhen angeordnet ist, sowie ein Transportmittel, das sich unterhalb der
Kammer befindet, enthält. Die Kammer wird bei abgeschalteter Elektromagnetwicklung
mit einer ferromagnetischen Flüssigkeit gefüllt, wonach in den Erregerwicklungen
ein bestimmter Strom eingestellt wird, wobei die ferromagnetische Flüssigkeit in
der Kammer zwischen den Polschuhen gehalten wird. Dann wird der Boden abgenommen,
und in die Kammer wird der Ausgangsstoff eingetragen. Die schwere Fraktion, die
durch die Schicht der ferromagnetischen Flüssigkeit durchgegangen ist, wird mittels
eines Transportmittels entfernt, und die leichte Fraktion wird von der Oberfläche
der ferromagnetischen Flüssigkeit abgezogen.
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Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Scheiders besteht darin, daß
es bei dessen Anwendung nicht möglich ist, den Gradienten der magnetischen Feldstärke
in der Kammer zu ändern. Dadurch wird es auch in diesem Scheider nicht möglich,
eine Umverteilung der Quasidichte der ferromagnetischen Flüssigkeit in der Scheidezone
beim Übergang zur Dichtescheidung dieser oder anderer Arten des Ausgangsstoffes
mit einer anderen Fraktionszusammensetzung vorzunehmen, die sich von der Fraktionszusammensetzung
unterscheidet, für die das hyperbolische Profil der Pol schuhe berechnet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetohydrostatischen
Scheider zu schaffen, dessen Konstruktion es gestattet, in Abhängigkeit von der
Fraktionszusammensetzung nach der Dichte des Ausgangs stoffes die Quasidichte der
magnetischen Flüssigkeit in der Scheidezone umverteilen.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem magnetohydrostatischen
Scheider, der ein elektromagnetisches System mit unter einem Winkel zueinander angeordneten
Polschuhen enthält, wobei in dem zwischen den Polen befindlichen Spalt eine Kammer
für die Magnetflüssigkeit und Vorrichtungen zum Eintragen des Ausgangsstoffes in
die Kammer und zum Austragen der abgeschiedenen Fraktionen angeordnet sind, erfindungsgemäß
mindestens ein Polschuh aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, von denen der eine
Teil, der besonders nahe an dem zwischen den Polen befindlichen Spalt liegt, relativ
zu dem anderen Teil schwenkbar angeordnet ist, damit der zwischen den Polschuhen
eingeschlossene Winkel im Querschnitt derselben geändert werden kann.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion des Abscheiders gestattet es, den
Gradienten der magnetischen Feldstärke in der Scheidezone zu ändern, und folglich
in der Kammer die Quasidichte der magnetischen Flüssigkeit umzuverteilen, wodurch
die Möglichkeiten für die Scheidung von Stoffen mit einer veränderlichen Fraktionszusammensetzung
nach der Dichte gewährleistet, die betriebstechnischen Möglichkeiten eines Scheiders
erweitert und die Wirksamkeit der Scheidung des Ausgangsstoffes erhöht werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die beiden
Teile des Polschuhes an deren Stoßstelle parallel zueinander verlaufende zylindrische
Flächen auf, wobei die zylindrische Fläche eines Teils konvex und die des anderen
Teils konkav ausgebildet sind.
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Die Verwendung der zylindrischen Flächen der Teile der Pol schuhe
an deren Stoßstelle gestattet es, einen minimalen Spalt an der Stoßstelle zu erhalten;
dadurch wird
eine stufenlose Regelung des Gradienten der magnetischen
Feldstärke in dem zwischen den Polen befindlichen Spalt des Scheiders gewährleistet.
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Es ist zweckmäßig, ein Mittel zur Regelung der Schwenkung eines der
Teile des Polschuhes, der besonders nahe an dem zwischen den Polen befindlichen
Spalt liegt, relativ zu dem anderen Teil vorzusehen.
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Ein solches Mittel gestattet es, unter einem minimalen Aufwand an
Zeit und physischen Kräften die Regelung des Gradienten der magnetischen Feldstärke
des Scheiders durchzuführen.
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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein prinzipielles Schema des magnetohydrostatischen
Scheiders in Axonometrie und Fig. 2 eine Einrichtung zur Einstellung der Schwenkung
eines der Teile des Polschuhes.
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Der erfindungsgemäße magnetohydrostatische Scheider enthält ein elektromagnetisches
System mit Polschuhen 1 (Fig. 1). Mindestens ein Polschuh ist aus zwei Teilen 2
und 3 zusammengesetzt. Der Teil 2 ist in Form eines Klotzes ausgebildet und weist
eine konkave zylindrische Oberfläche auf. Der Teil-3ist ebenfalls in Form eines
Klotzes ausgebildet und weist an der dem zwischen den Polen befindlichen Spalt zugewandten
Seite eine hyperbolische Fläche und an der gegenüberliegenden Seite eine konvexe
zylindrische Fläche auf. Die Teile 2 und 3 sind jeweils an der konkaven und der
konvexen zylindrischen Fläche, die
parallel zueinander verlaufen,
miteinander im Stoß verbunden. Im Zwischenraum zwischen den Polschuhen ist eine
Kammer 4 aus einem unmagnetischen Werkstoff (Kupfer, Aluminium, organischem Glas
usw.) angeordnet, die mit ferromagnetischer Flüssigkeit gefüllt wird. An den Stirnenden
der Teile 3 ist eine Einrichtung zur Einstellung der Schwenkung dieser Teile 3 relativ
zu den Teilen 2 vorgesehen. Diese Einrichtung enthält eine Platte 5 (Fig. 2), die
an dem Teil 3 des Polschuhes 1 festehend befestigt ist. Die Platte 5 weist einen
Ansatz 6, eine bogenförmige Nut 7 und einen Griff 8 auf. Mit dem Teil 2 ist die
Platte 5 mittels eines Stiftes 9, der an dem Teil 2 befestigt und in der bogenförmigen
Nut 7 untergebracht rist, sowie mittels einer Mutter 10 verbunden. Entlang der Bewegungsbahn
des Ansatzes 6 ist am Teil 2 eine Skale 11 befestigt. Die Platte 5 ist aus einem
unmagnetischen Werkstoff (z.B. Kupfer, nichtrostender Stahl) und die Teile 2 und
3 der Pol schuhe 1 sind aus einem ferromagnetischen Werkstoff (z.B. Stahl) ausgeführt.
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Der Scheider ist mit bekannten Vorrichtung zum Eintragen des Ausgangs
stoffes und zum Austragen der abgetrennten Fraktionen (in Fig. nicht wiedergegeben)
versehen.
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Das elektromagnetische System des Scheiders stellt einen C-förmigen
gegossenen Bügel mit Erregerwicklungen (in Fig.
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nicht wiedergegeben) dar. Es kann das elektromagnetische System, z.B.
bekannter Eisenabscheidern mit einer Leistung bis zu 5 kW verwendet werden. Die
Pol schuhe 1 werden als Einzelfertigungen hergestellt, und mit diesen wird das gewählte
elektromagnetische System komplettiert.
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Der erfindungsgemäße magnetohydrostatische Scheider hat folgende Arbeitsweise.
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Den Erregerwicklungen des elektromagnetischen Systems wird eine Gleichspannung
von 110 oder 220 V in Abhängigkeit von dem Wicklungsschema zugeführt.
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Nach dem Einschalten des elektromagnetischen Systems wird in den Erregerwicklungen
die erforderliche Stromgröße eingestellt, und die Kammer 4 wird mit ferromagnetischer
Flüssigkeit gefüllt, die eine kolloidale Lösung von ferromagnetischen Stoffen mit
einer Korngröße von 8 bis 10 nm in Petroleum darstellt, die mit Oleinsäure stabilisiert
sind. Die Teile 2 der Pol schuhe 1 werden in die Mittelstellung gebracht, die es
gestattet, diese relativ zu den Elementen 2 nach einer oder nach der anderen Seite
zu schwenken. Mittels bekannter Vorrichtungen, z.B. mittels einer Eintragrinne,
wird der Ausgangsstoff in die Kammer eingetragen. Die abgeschiedenen Fraktionen
werden mittels ebenfalls bekannter Vorrichtungen entfernt. Es wird zu diesem Zweck,
z.B. unterhalb der Kammer 4 ein Sammelbehälter mit Zwischenwänden angeordnet, die
in die ferromagnetische Flüssigkeit eintauchen; dabei werden verschiedene Fraktionen
des geschiedenen Ausgangsstoffes im Sammelbehälter zwischen den Zwischenwänden gesammelt.
Nach den Angaben einer Schnellanalyse der abgeschiedenen Fraktionen wird eine Lage
der Pol schuhe 1 relativ zu den Teilen 2 gewählt, -die den besten Ergebnissen der
Scheidung entspricht. Zu diesem Zweck wird die Mutter 10 gelockert und mittels des
Griffes 8 wird jeder Teil 3 relativ zu jedem Teil 2 der Pol schuhe 1 um ein und
denselben Winkel nach einer oder nach der anderen Seite geschwenkt. Die neue Stellung
der Teile 2 und 3 relativ zueinander wird mittels der Mutter 10 fixiert. Bei Erhalt
der besten Ergebnisse wird die Stellung des Ansatzes 6 relativ zu der Skale 11 registriert.
Bei der Zuführung eines Ausgangs stoffes mit
einer nach der Dichte
anderen Fraktionszusammensetzung wird eine neue Einstellung der Teile 3 relativ
zu den Teilen 2 vorgenommen, wobei eine neue Verteilung der Quasidichte der ferromagnetischen
Flüssigkeit in der Kammer 4 erhalten wird, die den besten Ergebnissen der Scheidung
dieses Ausgangsstoffes entspricht. Es wird die neue Einstellung des Ansatzes 6 relativ
zu der Skale 11 registriert Auf Grundlage der Angaben über die Verteilung der Fraktionszusammensetzung
des Ausgangsstoffes nach der Dichte kann man dann die besten Ergebnisse durch die
Einstellung der Teile 3 relativ zu den Teilen 2, die Verschiebung des Ansatzes 6
in die erforderliche Stellung relativ zu der Skale 11 erhalten, wobei statistische
Werte der durchgeführten Messungen benutzt werden.
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Prüfungen des magnetohydrostatischen Scheiders ergaben folgende Vorteile
dieses Scheiders gegenüber den bekannten: - bei der Scheidung einer Mischung von
Buntmetallabfällen oder von Produkten der Zerkleinerung von BuntmetaIlsc1'ott mit
nahe liegenden Werten der Dichte, wie Aluminiumlegierungen der Systeme AL-Zn, Al-Mg,
AL-Cu-Si, bei denen sich das Verhältnis zwischen den Systemen in der Mischung (Fraktionszusammensetzung
nach der Dichte) in einem breiten Bereich bewegt, wurde die gegenseitige Verunreinigung
der abgeschiedenen Fraktionen bis zu 1,5 bis 1,7 % gogenuber-2,5 bis 2,8 bei den
bekannten Scheidern vermindert; - bei der Scheidung von Mischungen von Buntmetallen,
wie Aluminium und Blei, Kupfer und Blei , Kupfer und Aluminium wurde der Aluminiumgehalt
der schweren Fraktion des Ausgangsstoffes bis zu einem Wert von 0,16 bis 0,20 %
gegenüber 0,4 bis 0,65 % bei bekannten Scheidern, und der Kupfergehalt in der schweren
Fraktion des Ausgangsstoffes und
- bis zu einem Wert von 0,28 bis
0,45 % gegenüber den 0,8 bis 1,0 % bei bekannten Scheidern vermindert; - besonders
aussichtsreich ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Scheiders zur Scheidung
eines Ausgangsstoffes mit nahe liegenden Werten der Dichte der Bestandteile, aus
welchen sich die Mischung zusammensetzt, sowie in dem Falle, wenn mehrere Fraktionen
aus der Ausgangsmischung abgeschieden werden müssen; - die für die Schwenkung der
Teile 3 relativ zu den Teilen 2 erforderliche Zeit ist äußerst gering, weil die
Einrichtung zur Einstellung der Schwenkung der Teile 3 eine einfache Konstruktion
besitzt.
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Auf diese Weise gestattet es der erfindungsgemäße Scheider, die Scheidung
in einem breiten Bereich der Dichtewerte des Ausgangs stoffes durchzuführen. Der
erforderliche Wert der Quasidichte der ferromagnetischen Flüssigkeit in der Kammer
wird entweder durch Änderung des Stromes in den Erregerwicklungen des Scheiders
oder durch Änderungen der magnetischen Eigenschaften der ferromagnetischen Flüssigkeit
gewählt. Die Umverteilung der gewählten Quasidichte über die Höhe der Scheidezone
in einem geringen Bereich wird durch Änderung der Stellung der Teile 3 der Pol schuhe
relativ zu den Teilen 2 verwirklicht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Scheider (Fig. 1 und 2) beträgt der Halbmesser
der konvexen zylindrischen Fläche der Teile 2 die Hälfte der Höhe der Polschuhe.
Dabei führt die Schwenkung der Teile 3 relativ zu denTeilen 2 zu einer bestimmten
Änderung der Breite des zwischen den Polen befindlichen Spaltes der Polschuhe 1.
Damit sich der zwischen den Polen befindliche Spalt zwischen den gegenüberliegenden
Teilen 3 nicht ändern kann, soll der Mittel punkt der zylindrischen Fläche, natürlich,
in einem Punkt
liegen, der sich an dem besonders vorstehenden Teil
des hyperbolischen Profils des Teils 3 befindet, das dem zwischen den Polen befindlichen
Spalt zugewandt ist.
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Die Verwendung der schwenkbaren Teile 2, 3 der Polschuhe 1, deren
zylindrische Flächen parallel zueinander verlaufen, ist auch bei anderen Ausführungsformen
der magnetohydrostatischen Scheider möglich. Die schwenkbaren Teile 3 der Pol schuhe
1 können nicht nur in der horizontalen Ebene, sondern auch in anderen Ebenen angeordnet
werden; sie können nicht nur parallel zueinander verlaufen, sondern auch auseinandergehen.
Die Fläche der Teile 3 der Polschuhe 1, die dem zwischen den Polen befindlichen
Spalt zugewandt sind, muß nicht umbedingt eine hyperbolische Form aufweisen. Die
zylindrische Fläche der Teile 3 kann konkav und die zylindrische Fläche des Teils
2 konvex ausgebildet werden.
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Selbstverständlich können zur Schwenkung des Teils 3 relativ zu dem
Teil 2 beliebige bekannte Konstruktionen verwendet werden, die es gestatten, den
zwischen den Polschuhen 1 eingschlossenen Winkel im Querschnitt derselben zu ändern.
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Die Kammer des magnetohydrostatitischen Scheiders kann zur Scheidung
der Stoffe nicht nur mit der ferromagnetischen Flüssigkeit, sondern auch mit anderen
magnetischen Flüssigkeiten, z.B. mit paramagnetischen Flüssigkeiten, Lösungen der
Eisensalze, der Salze der Seltenerdmetalle und mit anderen magnetischen Flüssigkeiten
gefüllt werden.
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