DE10059502A1 - Mixture of ultra-fine powder transported through pipe module by exposure to ultrasonic oscillations - Google Patents
Mixture of ultra-fine powder transported through pipe module by exposure to ultrasonic oscillationsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Die Handhabung hochdisperser Pulver (< 10 µm) beinhaltet in zunehmenden Maße auch die kontinuierliche Förderung, Dosierung und Mischung von Feinstpulverfraktionen z. B. aus Metall und Keramik. Im Hinblick auf Sicherheitsrisiken, Handling und Weiterverarbeitung (z. B. Wiederaufschmelzung) der Feinstpulver ist die Oxidfreiheit des Produktes ein wichtiges Qualitätskriterium.The handling of highly disperse powders (<10 µm) increasingly includes that continuous conveying, dosing and mixing of fine powder fractions e.g. B. from Metal and ceramic. With regard to security risks, handling and further processing (e.g. Remelting) of the very fine powder, the freedom from oxide of the product is an important factor Quality criterion.
Diese Aufgaben werden durch eine nachfolgend beschriebene Vorrichtung mit den Merk malen des Anspruchs 1 gelöst.These tasks are performed by a device described below with the Merk paint the claim 1 solved.
Die Vorrichtung besteht aus einem modularen Förder-, Dosier- und Mischsystem für Feinstfraktionen metallischer, keramischer und anderer Pulver, welches auf der Anwendung von Ultraschallschwingungen basiert unter Inertgasatmosphäre (bei dem das Gas jedoch keine Förderaufgabe übernimmt) oder im Vakuum. Das betreffende modulare Rohrfördersy stem fördert Feinstpulver ohne Sauerstoffkontamination, d. h. ohne diesbezügliche Qualität seinbußen. Der Einsatzbereich ist bei kleinen Mengen und Förderleistungen vorzusehen, wobei ein stabiler und kontinuierlicher Förderbetrieb über längere Zeiten ermöglicht wird.The device consists of a modular conveying, dosing and mixing system for Fine fractions of metallic, ceramic and other powders, which are based on the application based on ultrasonic vibrations under an inert gas atmosphere (in which the gas however no funding task takes over) or in a vacuum. The relevant modular pipe conveyor system stem delivers fine powder without oxygen contamination, d. H. without related quality seinbußen. The area of application is to be provided for small quantities and delivery rates, whereby a stable and continuous production operation is possible over longer periods.
Die Vorteile der Erfindung liegen:
The advantages of the invention are:
- - in der Möglichkeit der Handhabung von Feinstpulvern ohne gasförmige oder flüssige Zusatzmedien,- In the possibility of handling very fine powders without gaseous or liquid Additional media
- - daraus resultierend einem oxidationsfreien Pulverhandling z. B. von Metallpulvern,- resulting in an oxidation-free powder handling z. B. of metal powders,
- - der Verhinderung von Wandanbackungen und Pulveragglomerationen in der Förder strecke,- the prevention of wall caking and powder agglomerations in the conveyor route,
- - der Möglichkeit der Kombination der Pulverförderung, -dosierung und -mischung.- the possibility of combining powder delivery, metering and mixing.
Den Anforderungen der gasfreien Förderung, Dosierung und Mischung von Feinstpulvern wird durch den hier vorgestellten gasfreien, ultraschall-vibrations-induzierten Feststoff transport entsprochen. Die Vorrichtung besteht aus einem modularen Förder-, Dosier- und Mischsystem für Feinstfraktionen metallischer, keramischer und anderer Pulver, welches auf der Anwendung von Ultraschallschwingungen basiert unter Inertgasatmosphäre (bei dem das Gas jedoch keine Förderaufgabe übernimmt) oder im Vakuum. Das betreffende modula re Rohrfördersystem fördert Feinstpulver ohne Sauerstoffkontamination, d. h. ohne diesbe zügliche Qualitätseinbußen. Der Einsatzbereich ist bei kleinen Mengen und Förderleistungen vorzusehen, wobei ein stabiler und kontinuierlicher Förderbetrieb über längere Zeiten er möglicht wird.The requirements of gas-free conveying, dosing and mixing of very fine powders is due to the gas-free, ultrasonic vibration-induced solid presented here transportation met. The device consists of a modular conveying, dosing and Mixing system for fine fractions of metallic, ceramic and other powders based on the application of ultrasonic vibrations is based on an inert gas atmosphere however, the gas does not take on a pumping task) or in a vacuum. The module in question re pipe conveyor system conveys very fine powder without oxygen contamination, d. H. without this rapid loss of quality. The area of application is for small quantities and delivery rates provide a stable and continuous production operation over longer periods is possible.
Die Schwingungsanregung eines mit Pulver beaufschlagten Rohrsegments über piezoelek trische Aktuatoren führt zu einer elliptischen Bewegung der Rohrinnenwand, wodurch das Pulver innerhalb des Rohres axial transportiert wird. Die prinzipielle Anordnung eines För dermoduls ist in Bild 1 dargestellt. Da die Verarbeitung und das Handling feinster Feststoffe aufgrund der mit abnehmender Partikelgröße wachsenden interpartikulären Wechselwir kungskräfte große Schwierigkeiten bereitet, wird bei dem ultraschall-basierten Transport die Dispergierwirkung des Ultraschalls zur weitestgehenden Verhinderung von Wandanhaftun gen und Agglomeraten bzw. deren Auflösung ausgenutzt.The vibration excitation of a tube segment loaded with powder via piezoelectric actuators leads to an elliptical movement of the inner tube wall, as a result of which the powder is transported axially within the tube. The basic arrangement of a conveyor module is shown in Figure 1. Since the processing and handling of the finest solids poses great difficulties due to the increasing interparticle interaction forces with decreasing particle size, the ultrasound-based transport utilizes the dispersing effect of ultrasound to largely prevent wall buildup and agglomerates or their dissolution.
Für den Transport des Pulvers in den Rohrsegmenten können unterschiedliche Aktuatoren zur Schwingungserzeugung eingesetzt. Die Pulverart, -form, mittlere Größe und Grö ßenverteilung sowie die Beladung der Rohrsegmente mit Pulver sind in weiten Grenzen zu variierende Parameter.Different actuators can be used to transport the powder in the pipe segments used to generate vibrations. The powder type, shape, medium size and size The external distribution and the loading of the pipe segments with powder are too wide varying parameters.
Die von den Piezoelementen auf das Rohrmodul induzierten Schwingungen der Rohrwan dung führen zu einem Transport des Pulvers innerhalb des Rohres zu der Seite, an dem sich die Piezo-Aktuatoren befinden. Die gasseitige Ausbildung eines Ultraschallstehwellen feldes verhindert die Agglomeration der Pulverfraktionen (bzw. löst diese sogar auf) und Wandanbackungen im Rohrmodul.The vibrations of the pipe wall induced by the piezo elements on the pipe module lead to a transport of the powder within the tube to the side on which the piezo actuators are located. The gas-side formation of an ultrasonic standing wave field prevents agglomeration of the powder fractions (or even dissolves them) and Wall caking in the tube module.
Aufgrund der annähernden Volumenkonstanz piezokeramischer Elemente verändert ein rotationssymmetrischer piezokeramischer Körper der eine Längenänderung ausführt, auch gleichzeitig seinen Durchmesser. Die jeweilige bevorzugte Schwingungsform kann durch die Polarisationsrichtung beeinflußt werden; wird der Piezokörper in Richtung seiner Polarisation angeregt, so erfährt er in dieser Richtung seine verstärkte Auslenkung. Auf der anderen Seite hat jeder Körper aufgrund seiner geometrischen Form eine oder mehrere Resonanz frequenzen. In der Resonanz nimmt die Auslenkung eines Piezoelementes um ein Vielfa ches zu, wodurch sich im Bereich der Resonanzfrequenz mit einer wesentlich geringeren Ansteuerspannung der gleiche Hub erreichen läßt wie bei nichtresonanter Ansteuerung. Somit ist es möglich, durch die Festlegung der geometrischen Abmessungen, der Polarisati onsrichtung und -flächen und der Veränderung der Frequenz einen bestimmten Schwin gungsmode zu erzeugen.Due to the approximate volume constancy of piezoceramic elements, one changes rotationally symmetrical piezoceramic body that changes length, too at the same time its diameter. The particular preferred form of vibration can be determined by the Direction of polarization are influenced; the piezo body will move in the direction of its polarization excited, he experiences his increased deflection in this direction. On the other Because of its geometrical shape, each body has one or more resonances frequencies. In the resonance, the deflection of a piezo element increases by a multiple ches, which means that the resonance frequency is much lower Control voltage can achieve the same stroke as with non-resonant control. It is thus possible, by defining the geometric dimensions, the polarization direction and areas and the change in frequency generating fashion.
Für die Schwingungserzeugung an einem Rohrmodul können Piezo-Aktuatoren nach Bild 1 eingesetzt werden, wie z. B. Piezoringe mit Elektroden auf den Mantelflächen die radial pola risiert sind. Auch können Piezoringe mit Elektroden auf Grund- und Deckfläche ausgewähl werden, die axial polarisiert sind. Die hierbei bevorzugte Schwingungsform ist die einer Ringdickenveränderung. Außerdem können Piezorohre mit weitaus größeren Höhen- zu Wandstärkenverhältnissen verwendet werden. Mehrfach geteilte Ringaktuatoren sind eben falls geeignet. Piezo actuators as shown in Figure 1 can be used to generate vibrations on a tubular module. B. Piezo rings with electrodes on the lateral surfaces which are radially polarized. Piezo rings with electrodes on the base and top surface that are axially polarized can also be selected. The preferred mode of vibration is that of a change in ring thickness. Piezo tubes with much greater height to wall thickness ratios can also be used. Multiple divided ring actuators are also suitable if appropriate.
Für die Partikelförderung können alle elastischen Materialien, wie z. B. auch Aluminium (we gen des niedrigen Elastizitätsmoduls und der hohen Wärmeleitfähigkeit) eingesetzt werden.All elastic materials, such as. B. also aluminum (we low modulus of elasticity and high thermal conductivity).
Für die Anordnung und Befestigung der Piezoelemente auf den Rohrsegmenten können
unterschiedliche Möglichkeiten der Verbindung nach Bild 2 gewählt werden:
For the arrangement and fastening of the piezo elements on the pipe segments, different connection options can be selected according to Figure 2:
- - formschlüssige Verbindung über Passung und/oder Klebverbindung. Hierfür können dieje nigen Piezoringe eingesetzt werden, der auf den Mantelflächen beschichtet und radial pola risiert ist. Der Krafteintrag erfolgt über die Ringinnenfläche.- positive connection via fit and / or adhesive connection. For this you can Some piezo rings are used, which are coated on the lateral surfaces and radially polar is standardized. The force is applied via the inner ring surface.
- - kraftschlüssige Verbindung durch eine Schraubverbindung, wobei zwei Piezoelemente über Klemmringe eingespannt werden. Hierfür werden Piezoringe mit Beschichtungen auf Grund- und Deckfläche mit axialer Polarisation eingesetzt. Der Krafteintrag erfolgt in diesem Fall über die Verschraubungselemente.- Positive connection by a screw connection, two piezo elements can be clamped using clamping rings. For this, piezo rings with coatings are applied Base and top surface with axial polarization used. The force is entered in this Case about the screw elements.
Zur Sicherstellung einer kontinuierlichen Feststoffzufuhr in das Fördermodul kann beispiels weise ein mit Pulver beladener Vorratsbehälter vorgesehen werden, in den seitlich durch eine Bohrung das Rohrmodul hineinragt. Hierfür kann das Rohrmodul an einem Ende mit einer Längsnut versehen und in einer flexibel gedichteten Öffnung des Vorratsbehälters be festigt werden.To ensure a continuous supply of solids in the conveyor module, for example as a powder-loaded storage container are provided in the side by a hole projects into the tube module. For this, the tube module can be used at one end provided a longitudinal groove and be in a flexibly sealed opening of the storage container be consolidated.
Der Förder- und Dosiermassenstrom ist von der Frequenz und der eingetragenen Leistung abhängig. Im Bereich der Resonanzfrequenz des dynamisch schwingenden Systems kann die größte Förderleistung ermittelt werden.The delivery and metering mass flow is based on the frequency and the power entered dependent. In the range of the resonance frequency of the dynamically vibrating system the largest delivery rate can be determined.
Eine exemplarische Förderung der nachfolgend aufgeführten Pulverfraktionen erfolgte pro blemlos.An exemplary promotion of the powder fractions listed below was carried out pro without any problems.
Für die Durchführung der Förderuntersuchungen wurde die Schraubverbindung als Ver bindungsmöglichkeit zwischen Piezoelement und Fördermodul genutzt. Hierbei wurden die Aktuatoren über Klemmmuttern eingespannt und somit kraftschlüssig mit dem Rohrmodul verbunden. Durch die Anregungsgeometrie der eingesetzten Piezoelemente wird ein symmetrischer Schwingungsmode der Rohrsegmente erzeugt. Bild 3 zeigt die Ergebnisse einer exemplarischen Feinstpulverförderung in einem Al Mg Si 0,5-Rohrmodul (da = 40, di = 36, I = 500 mm).The screw connection was used as a connection option between the piezo element and the conveyor module for carrying out the funding studies. The actuators were clamped using clamping nuts and thus connected to the tube module in a force-locking manner. A symmetrical vibration mode of the tube segments is generated by the excitation geometry of the piezo elements used. Figure 3 shows the results of an exemplary fine powder feed in an Al Mg Si 0.5 tube module (da = 40, di = 36, I = 500 mm).
Bei den feineren Pulvern ist eine Mindestgröße des Leistungseintrags zu überschreiten be vor der Fördervorgang beginnt. Dieser Schwellenwert ist vom Material abhängig.For the finer powders, a minimum size of the power input must be exceeded before the funding process begins. This threshold depends on the material.
Claims (9)
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DE2000159502 DE10059502A1 (en) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Mixture of ultra-fine powder transported through pipe module by exposure to ultrasonic oscillations |
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Publications (1)
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DE10059502A1 true DE10059502A1 (en) | 2002-06-06 |
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ID=7665262
Family Applications (1)
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DE2000159502 Withdrawn DE10059502A1 (en) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | Mixture of ultra-fine powder transported through pipe module by exposure to ultrasonic oscillations |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE10059502A1 (en) |
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-
2000
- 2000-11-30 DE DE2000159502 patent/DE10059502A1/en not_active Withdrawn
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