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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren Teilchen aus
einem zu reinigenden Fluid, welche einen Fluidraum, durch den das
zu reinigende Fluid hindurch geleitet wird und mindestens einen
felderzeugenden Magneten umfaßt.
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Solche Vorrichtungen zum Abscheiden
von magnetisierbaren Teilchen aus einem zu reinigenden Fluid sind
aus dem Stand der Technik bekannt.
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Insbesondere sind Magnetwalzenabscheider zur
Aufbereitung von Kühlschmieremulsionen
bekannt, bei denen sich magnetisierbare Verunreinigungen aus der
Kühlschmieremulsion
an einer rotierenden Magnetwalze abscheiden und die Ablösung der
magnetisierbaren Verunreinigungen von der belegten Magnetwalze mittels
Abstreifern erfolgt. Wenn die Ablösung der magnetisierten Verunreinigungen von
der Magnetwalze nicht vollständig
erfolgt, liegt der Abstreifer nicht mehr auf der abzureinigenden Oberfläche auf,
und es baut sich eine wachsende Schicht zwischen dem Abstreifer
und der Oberfläche der
Magnetwalze auf, so daß der
Abstreifer seine Funktion nicht mehr erfüllen kann.
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Ferner ist aus der
EP 0 859 665 B1 ein Gerät zum Entfernen
von magnetisierbaren Teilchen aus einer Flüssigkeit, einer trockenen Substanz
oder einem Gas bekannt, bei welchem Magnetstäbe in einer Hülse angeordnet
sind, an der sich die magnetisierbaren Teilchen abscheiden, und
die Magnetstäbe
mittels einer Hydraulikeinrichtung aus der betreffenden Hülse herausziehbar
sind, um anschließend
die an der Hülse
abgeschiedenen Teilchen entfernen zu können. Hierbei ist von Nachteil,
daß der
Abscheidevorgang für
die Abreinigung der Hülsen
abgebrochen werden muß.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren
Teilchen aus einem zu reinigenden Fluid zu schaffen, bei welcher
eine zuverlässige
und vorzugsweise kontinuierliche Abreinigung der abgeschiedenen
magnetisierbaren Teilchen möglich
ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
eine zwischen dem Magneten und dem Fluidraum angeordnete Leitfläche für die aus
dem Fluid abgeschiedenen magnetisierbaren Teilchen vorgesehen ist,
daß die
Vorrichtung einen Abscheidebereich, in welchem sich die magnetisierbaren
Teilchen an der Leitfläche
abscheiden, und einen Ablösebereich
umfaßt,
in welchem sich die magnetisierbaren Teilchen von der Leitfläche ablösen, daß die aus
dem Fluid abgeschiedenen magnetisierbaren Teilchen längs der
Leitfläche
von dem Abscheidebereich in den Ablösebereich transportiert werden
und daß die
Vorrichtung so ausgebildet ist, daß das mittels des Magneten
erzeugte und auf die abgeschiedenen magnetisierbaren Teilchen an
der Leitfläche
wirkende Magnetfeld in dem Ablösebereich
schwächer
ist als in dem Abscheidebereich.
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Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
das Magnetfeld in dem Ablösebereich schwächer ist
als in dem Abscheidebereich, wird die Ablösung der abgeschiedenen magnetisierbaren Teilchen
von der Leitfläche
erleichtert, so daß eine zuverlässige Abreinigung
der abgeschiedenen Teilchen von der Leitfläche gewährleistet ist.
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Die Abschwächung des an der Leitfläche in dem
Ablösebereich
wirkenden Magnetfelds gegenüber
dem an der Leitfläche
in dem Abscheidebereich wirkende Magnetfeld kann insbesondere dadurch
erreicht werden, daß die
Leitfläche
in dem Ablösebereich
zumindest abschnittsweise einen größeren Abstand von dem felderzeugenden
Magneten aufweist als in dem Abscheidebereich.
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Um eine kontinuierliche Abreinigung
der an der Leitfläche
abgeschiedenen Teilchen zu ermöglichen,
ist es von Vorteil, wenn der Transport der an der Leitfläche abgeschiedenen
Teilchen von dem Abscheidebereich in den Ablösebereich im wesentlichen kontinuierlich
erfolgt.
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Aus demselben Grund ist es von Vorteil, wenn
das Ablösen
der abgeschiedenen Teilchen von der Leitfläche in dem Ablösebereich
im wesentlichen kontinuierlich erfolgt.
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Um zu verhindern, daß in den
Ablösebereich transportierte
Verunreinigungen in den Abscheidebereich zurück und von dort zu einem Auslaß der Abscheidevorrichtung
gelangen, ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgesehen, daß der
Ablösebereich
mit dem Abscheidebereich über
einen Durchlaß verbunden
ist, dessen Ausdehnung in einer zu der Transportrichtung der abgeschiedenen
Teilchen und zu der Längsachse
des Magneten senkrechten Richtung höchstens ungefähr 20 mm,
vorzugsweise höchstens
ungefähr
10 mm, insbesondere höchstens
ungefähr
5 mm, beträgt.
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Die Ablösung der abgeschiedenen magnetisierbaren
Teilchen von der Leitfläche
in dem Ablösebereich
kann allein aufgrund der Schwerkraft erfolgen, wenn das auf die
abgeschiedenen magnetisierbaren Teilchen an der Leitfläche in dem Ablösebereich
wirkende Magnetfeld schwächer
ist als die die Teilchen von der Leitfläche lösende Schwerkraft.
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Um die Ablösung der Teilchen durch die Schwerkraft
zu erleichtern, kann insbesondere vorgesehen sein, daß die lokale
Normalenrichtung der Leitfläche
in dem Ablösebereich
eine vertikal nach unten weisende Komponente aufweist, so daß die abgeschiedenen
Teilchen unterhalb der Leitfläche angeordnet
sind und somit durch die Schwerkraft vertikal nach unten von der
Leitfläche
weg beschleunigt werden können.
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Alternativ oder ergänzend zu
einer Ablösung der
Teilchen aufgrund der Schwerkraft kann vorgesehen sein, daß die Vorrichtung
mindestens ein Abstreifelement umfaßt, mittels dessen die abgeschiedenen
Teilchen in dem Ablösebereich
von der Leitfläche
ablösbar
sind, um den Ablösevorgang
der Teilchen von der Leitfläche
zu fördern.
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Das mindestens eine Abstreifelement
kann insbesondere an einer rotierenden Abstreifwalze angeordnet
sein.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, daß der
felderzeugende Magnet drehbar angeordnet ist. Durch die Drehung
des Magneten können
die an der Leitfläche
abgeschiedenen magnetisierbaren Teilchen in einfacher Weise, der
Drehung des felderzeugenden Magneten folgend, längs der Leitfläche von dem
Abscheidebereich in den Ablösebereich
transportiert werden.
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Die Leitfläche selbst ist dabei ortsfest
angeordnet.
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Der Fluidraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann grundsätzlich
mit der Umgebung in Verbindung stehen. Bei einer solchen offenen
Bauweise entspricht der Druck in dem Fluidraum dem Umgebungsdruck.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist jedoch vorgesehen, daß der
Fluidraum in einer gasdicht geschlossenen Fluidkammer angeordnet
ist, die mit einem gegenüber
dem Umgebungsdruck erhöhten
Druck beaufschlagbar ist.
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Bei einer solchen geschlossenen,
druckgekapselten Ausführung
des Fluidraums der Abscheidevorrichtung ist nur eine Beschickungspumpe
zum Betrieb der Abscheidevorrichtung erforderlich, da das zu reinigende
Fluid nach Durchströmen
des Fluidraums unter dem gegenüber
dem Umgebungsdruck erhöhten
Druck in ein Fluidreservoir zurückfließen kann.
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Im Gegensatz hierzu ist bei einer
zur Umgebung hin offenen Ausführung
des Fluidraums zusätzlich
zur Beschickungspumpe noch eine Pumpe zum Fördern des Fluids in das Fluidreservoir
sowie ein Auffangbehälter
für das
Fluid einschließlich
Instrumentierung erforderlich.
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Um die abgeschiedenen und im Ablösebereich
von der Leitfläche
gelösten
Teilchen aus der Abscheidevorrichtung entnehmen zu können, ist
vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Vorrichtung eine Ausschleuseinrichtung
zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Ausschleusen der von
der Leitfläche
abgelösten
Teilchen aus dem Ablösebereich
umfaßt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich
zum Reinigen jeglicher Art von Fluid, welches Verunreinigungen in
Form von magnetisierbaren Teilchen enthält. Bei dem Fluid kann es sich
um jedes beliebige fließfähige Medium,
insbesondere eine Flüssigkeit
oder ein Gas, handeln.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der
zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Tauchbades mit einem Reinigungskreislauf
zum Reinigen eines in dem Tauchbad enthaltenen Fluids; und
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2 einen
schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Abscheiden
von magnetisierbaren Teilchen aus einem zu reinigenden Fluid, welche
einen Bestandteil des Reinigungskreislaufs aus 1 bildet.
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Gleiche oder funktional äquivalente
Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Ein in 1 dargestelltes
Tauchbecken 100 ist bis zu einem Badspiegel 102 mit
einem Tauchbad 104 einer Behandlungsflüssigkeit gefüllt.
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Die Behandlungsflüssigkeit dient der Behandlung
der Oberfläche
von (nicht dargestellten) Werkstücken,
welche mittels einer geeigneten, nicht dargestellten Fördervorrichtung
in das Tauchbad 104 eingebracht, durch das Tauchbad
104 hindurch
gefördert
und aus dem Tauchbad 104 wieder ausgebracht werden.
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Die Behandlungsflüssigkeit kann beispielsweise
ein Lack zum Lackieren der Werkstücke oder eine Vorbehandlungsflüssigkeit
sein, welche beispielsweise zum Entfetten von zu lackierenden Werkstücken dient.
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Ferner kann es sich bei der Behandlungsflüssigkeit
auch um eine Spülflüssigkeit
handeln, welche dazu dient, Behandlungsflüssigkeit aus einem von den
Werkstücken
zuvor durchlaufenen Behandlungs- oder Vorbehandlungsbad von den
Werkstücken
zu entfernen.
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Bei den zu behandelnden Werkstücken kann es
sich insbesondere um Fahrzeugkarosserien handeln.
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Um die Behandlungsflüssigkeit
des Tauchbads 104 kontinuierlich zu reinigen, ist ein als
Ganzes mit 106 bezeichneter Reinigungskreislauf vorgesehen, welcher
eine von dem Tauchbecken 100 zu der Saugseite einer Beschickungspumpe 110 führende Abführleitung 108,
eine von der Druckseite der Beschickungspumpe 110 zu einem
Einlaß einer
Abscheidevorrichtung 112 führende Druckleitung 114 und
eine von einem Auslaß der
Abscheidevorrichtung 112 zurück in das Tauchbecken 100 führende Rückführleitung 116 sowie
die Beschickungspumpe 110 und die Abscheidevorrichtung 112 umfaßt.
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Die Beschickungspumpe 110 führt die
zu reinigende Behandlungsflüssigkeit
dem Einlaß der
Abscheidevorrichtung 112 unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck
erhöhten
Druck, beispielsweise unter einem Überdruck von ungefähr 1 bar,
zu.
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Die Strömungsrichtung der Behandlungsflüssigkeit
durch den Reinigungskreislauf 106 ist in 1 durch die Pfeilspitzen 118 angegeben.
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Der Aufbau der Abscheidevorrichtung 112 wird
im folgenden unter Bezugnahme auf die 2 näher beschrieben.
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Die Abscheidevorrichtung 112 umfaßt eine im
wesentlichen hohlzylindrische Abscheidekammer 120, welche
sich längs
einer im wesentlichen horizontalen Längsachse 122 erstreckt.
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Die Abscheidekammer 120 umfaßt eine
zylindrische Außenwand 124 und
eine – bis
auf eine nachstehend noch näher
zu erläuternde
Abweichung – ebenfalls
im wesentlichen zylindrische und zu der Außenwand 124 koaxiale
Innenwand 126, deren der Außenwand 124 zugewandte
Innenseite eine Leitfläche 128 für in der
Abscheidevorrichtung 112 abgeschiedene Teilchen bildet.
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Zwischen der Innenwand 126 und
der Außenwand 124 ist
ein Fluidraum 130 ausgebildet, durch welchen die Behandlungsflüssigkeit
hindurchgeleitet wird.
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In diesen Fluidraum 130 mündet ein
eingangsseitig mit einem Anschlußflansch 132 versehenes
Einlaßrohr 134,
durch welches die zu reinigende Behandlungsflüssigkeit aus der Druckleitung 114 in den
Fluidraum 130 gelangt.
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Das Einlaßrohr 134 ist im wesentlichen
tangential zu der Abscheidekammer 120 ausgerichtet und
angeordnet.
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Der Mündungsöffnung 136 des Einlaßrohrs 134 gegenüber liegt
eine im wesentlichen radial zu der Längsachse 122 ausgerichtete
Trennwand 138, welche die Innenwand 126 mit der
Außenwand 124 der
Abscheidekammer 120 verbindet und einen Abschluß des Fluidraums 130 bildet.
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Am Rand der Mündungsöffnung 136 ist ferner
ein von der Außenwand 124 in
das Innere des Fluidraums 130 hineinragendes Leitblech 140 vorgesehen,
welches dafür
sorgt, daß die
einströmende Behandlungsflüssigkeit
möglichst
gleichmäßig in dem
Fluidraum 130 verteilt wird.
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Innerhalb der Innenwand 126 der
Abscheidekammer 120 ist eine zur Abscheidekammer 120 koaxiale,
im wesentlichen zylindrische Magnetwalze 142 drehbar angeordnet,
welche mittels einer (nicht dargestellten) Drehantriebseinrichtung
um die Längsachse 122 in
Richtung des Pfeiles 144 in 2 drehbar
ist.
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Die Orientierung der Magnetisierung
der Magnetwalze 142 spielt für die Funktion der Abscheidevorrichtung 112 keine
Rolle und ist daher in 2 nicht
angegeben.
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Die Magnetisierung der Magnetwalze 142 kann
beispielsweise axial oder transversal ausgerichtet sein.
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Das von der Magnetwalze 142 erzeugte
Magnetfeld dringt durch die Innenwand 126 der Abscheidekammer 120 in
den Fluidraum 130 ein.
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Um ein möglichst starkes Magnetfeld
im Fluidraum 130 zu erhalten, ist zwischen der zylindrischen
Mantelfläche
der Magnetwalze 142 einerseits und der Außenfläche der
Innenwand 126 andererseits nur ein schmaler, wenige Millimeter
betragender Spalt 146 vorgesehen, welcher sich von der
Trennwand
138 aus mit im wesentlichen konstanter Breite über einen
Umfangswinkel von beispielsweise ungefähr 310° erstreckt.
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Bei einem Umfangswinkel von ungefähr 310° schließt sich
an den zylindrischen Abschnitt 148 der Innenwand 26 ein
im wesentlichen tangential zu dem zylindrischen Abschnitt 148 verlaufender
geradliniger Abschnitt 150 der Innenwand 126 an,
welcher sich bis zu der Trennwand 138 erstreckt.
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Der geradlinige Abschnitt 150 der
Innenwand 126 entfernt sich mit zunehmendem Umfangswinkel
immer weiter von der Mantelfläche
der Magnetwalze 142, weshalb das Magnetfeld an der dem Fluidraum 130 zugewandten
Leitfläche 128 des
geradlinigen Abschnitts 150 der Innenwand 126 längs des
geradlinigen Abschnitts 150 immer weiter abnimmt.
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Der von dem geradlinigen Abschnitt 150 der Innenwand 126 begrenzte
Bereich der Abscheidekammer 120 wird im folgenden als Ablösebereich 152 bezeichnet.
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Der von dem zylindrischen Abschnitt 148 der Innenwand 126 begrenzte
Bereich der Abscheidekammer 120 wird im folgenden als Abscheidebereich 154 bezeichnet.
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Der Ablösebereich 152 ist
von dem Abscheidebereich 154 durch eine Trennwand 156 getrennt, welche
sich von der Außenwand 124 aus
in im wesentlichen radialer Richtung in den Fluidraum 130 hinein
erstreckt, so daß zwischen
dem radial inneren Rand der Trennwand 156 und dem gegenüberliegenden
Bereich der Innenwand 126 nur eine schmale Durchtrittsöffnung 158 verbleibt, über welche
der Ablösebereich 152 mit
dem Abscheidebereich 154 verbunden ist.
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Die Breite der Durchtrittsöffnung 158 in
radialer Richtung beträgt
vorzugsweise höchstens
ungefähr
5 mm.
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Die Trennwand 156 berandet
eine Mündungsöffnung 160,
an welcher ein Auslaßrohr 162 der
Abscheidevorrichtung 112 in den Fluidraum 130 mündet, und
zwar auf der Abscheidebereichsseite der Trennwand 156.
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Das der Abscheidekammer 120 abgewandte Ende
des Auslaßrohrs 162 ist
mit einem Anschlußflansch 164 zum
Anschließen
an die Rückführleitung 116 des
Reinigungskreislaufs 106 versehen.
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Im Ablösebereich 152 der
Abscheidekammer 120 ist eine im wesentlichen zylindrische
Abstreifwalze 166 angeordnet, deren Zylinderachse im wesentlichen
parallel zu der Längsachse 122 der
Magnetwalze 142 ausgerichtet ist und die mittels eines (nicht
dargestellten) Drehantriebs gegensinnig zu der Magnetwalze 142 um
ihre Zylinderachse drehbar ist.
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An der zylindrischen Mantelfläche der
Abstreifwalze 166 sind mehrere, beispielsweise vier, sich
in radialer Richtung der Abstreifwalze 166 erstreckende
Abstreifelemente 168 angeordnet, deren radiale Abmessung
so gewählt
ist, daß sie
beim Vorbeibewegen an der Innenwand 126 der Abscheidekammer 120 die
Leitfläche 128 gerade
berühren.
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Unterhalb des Ablösebereichs 152 mündet eine
Schlammsammelkammer 170 in die Abscheidekammer 120.
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Die Schlammsammelkammer 170 verjüngt sich
zu ihrem unteren Ende hin, an welchem ein Ausschleusventil 172,
welches beispielsweise als Automatikventil ausgebildet sein kann,
angeordnet ist.
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Die Abscheidekammer 120,
das Einlaßrohr 134,
das Auslaßrohr 162 und
die Schlammsammelkammer 170 bilden zusammen ein druckgekapseltes Druckgehäuse 173 der
Abscheidevorrichtung 112.
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Der vorbeschriebene Reinigungskreislauf 106 mit
der Abscheidevorrichtung 112 funktioniert wie folgt:
Im
Betrieb des Reinigungskreislaufs 106 wird kontinuierlich
Behandlungsflüssigkeit
aus dem Tauchbad 104 über
die Abführleitung 108 mittels
der Beschickungspumpe 110 abgepumpt und unter einem gegenüber dem
Umgebungsdruck erhöhten
Druck über die
Druckleitung 114 der Abscheidevorrichtung 112 zugeführt.
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Die zu reinigende Behandlungsflüssigkeit wird
durch das Einlaßrohr 134 in
die hohlzylindrische Abscheidekammer 120 eingeleitet, wobei
das Leitblech 140 für
eine gleichmäßige Verteilung
der Behandlungsflüssigkeit
in der Abscheidekammer 120 sorgt.
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Die Strömungsrichtung der zu reinigenden Behandlungsflüssigkeit
durch die Abscheidevorrichtung 112 ist in 2 durch die Pfeile 174 angegeben.
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Die zu reinigende Behandlungsflüssigkeit strömt durch
den Abscheidebereich 154 der Abscheidekammer 120 auf
die Auslaßöffnung 160 zu.
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Aufgrund des von der Magnetwalze 142 im Abscheidebereich 154 erzeugten
Magnetfelds wandern dabei als Verunreinigungen in der Behandlungsflüssigkeit
enthaltene magnetisierbare Teilchen radial nach innen zu der Innenwand 126 und
scheiden sich an der Leitfläche 128 ab.
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Im Betrieb der Abscheidevorrichtung 112 wird
die Magnetwalze 142 kontinuierlich um ihre Längsachse 122 gedreht.
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Durch die Drehung der Magnetwalze 142 werden
die im Abscheidebereich 154 an der Leitfläche 128 abgeschiedenen
Teilchen längs
der Leitfläche 128 in
azimutaler Richtung aus dem Abscheidebereich 154 in den
Ablösebereich 152 transportiert.
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Der Weg der abzuscheidenden magnetisierbaren
Teilchen durch die Abscheidevorrichtung 112 ist in 2 durch die in gebrochenen
Linien dargestellten Pfeile 176 angegeben.
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Die an der Leitfläche 128 abgeschiedenen Teilchen
gelangen durch die Durchtrittsöffnung 158 zwischen
der Innenwand 126 und der Trennwand 156 in den
Ablösebereich 152 der
Abscheidekammer 120, wo die auf die Teilchen wirkende und
dieselben an der Leitfläche 128 festhaltende
Magnetkraft aufgrund des wachsenden Abstandes der Leitfläche 128 von
der Magnetwalze 122 so stark nachläßt, daß die auf die abgeschiedenen
Teilchen wirkende Schwerkraft überwiegt
und die Teilchen sich von der Leitfläche 128 lösen und
nach unten in die Schlammsammelkammer 170 gelangen.
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Der Ablösevorgang der Teilchen von
der Leitfläche 128 wird
durch die Einwirkung der Abstreifelemente 168, welche an
der im Betrieb der Abscheidevorrichtung 112 kontinuierlich
rotierenden Abstreifwalze 166 angeordnet sind, beschleunigt.
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Die in die Schlammsammelkammer 170 gelangenden
Teilchen bilden an deren Boden einen Teilchenschlamm, welcher diskontinuierlich
durch das Ausschleusventil 172 aus der Schlammsammelkammer 170 entnommen
wird.
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Die Trennwand 156 zwischen
dem Ablösebereich 152 und
dem Abscheidebereich 154 verhindert, daß abgeschiedene Teilchen aus
dem Ablösebereich 152 und/oder
der Schlammsammelkammer 170 in das Auslaßrohr 162 gelangen.
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Die gereinigte Behandlungsflüssigkeit
strömt durch
das Auslaßrohr 162 und
die Rückführleitung 116 unter
gegenüber
dem Umgebungsdruck erhöhtem
Druck in das Tauchbad 104 zurück.
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Der Durchsatz der Beschickungspumpe 110 wird
vorzugsweise so eingestellt, daß das
gesamte Volumen des Tauchbads 104 innerhalb eines Zeitraums
von beispielsweise ungefähr
einer Stunde einmal durch die Abscheidevorrichtung 112 umgewälzt und
dabei gereinigt wird.
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Bei einem Volumen des Tauchbads 104 von beispielsweise
ungefähr
200 m3 beträgt der Durchsatz durch die
Beschickungspumpe 110 und somit durch die Abscheidevorrichtung 112 also
vorzugsweise ungefähr
200 m3/h.
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Dadurch kann das Tauchbad 104 im
wesentlichen von Verunreinigungen freigehalten werden.