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Verfahren und Anordnung zur Trennung von Teilchen mit unterschiedlichen
elektrischen Leitfähigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Anordnung zur Trennung von Teilchen gemäß ihren elektrischen Leitfähigkeiten. Es
gab bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur magnetischen Trennung von
Teilchen nach ihren magnetischen Suszeptibilitäten. Derartige Verfahren sind Jedoch
auf die Trennung von solchen Stoffen beschränkt, welche entweder ferromagnetisch
oder paramagnetisch sind.
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Im wesentlichen werden bei diesen Verfahren Teilchen mit meßbaren
Suszeptibilitäten oder solche Teilchen durch ein Magnetfeld bewegt, denen vor purchsAhrung
des Verfahrens magnetische Suszeptibilitäte verliehen worden sind. Die Teilchen
werden deren n durch das Magnetfeld in Abhängigkeit von der Größe ihrer magnetischen
Suszeptibilität abgelenkt.
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Da verhältnismäßig wenige Materialien ferromagnetisch sind oder beachtliche
paramagnetische Wirkung zeigen, ist die Trennung mittels magnetischer Suszeptibilitäten
offensichtlich auf wenige Anwendungsfälle besch@@eht. Außerdem ist bei
den
Trennverfahren, bei denen den Teilchen magnetische Susseptibilität verliehen wird,
ein zusätzlicher Schritt und damit zusätzliche Zeit zur Behandlung der Teilchen
vor der Trennung erforderlich.
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In der älteren deutschen Patentanmeldung P 20 37 088.1 ist ein Verfahren
und ein Anordnung zur Trennung von Teilchen mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten
beschrie bein. Bei den meisten dieser Verfahren bew, in den meisten dieser Anordnungen
werden jedoch die leitfähigen Teilchen durch oder entlang eines stationären magnetischen
Feldes bewegt.
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Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Trennung von
Teilchen mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten, bei dem ein magnetisches
Feld erzeugt und in vorbestimmt er Richtung bewegt wird und bei dem die Teilchen
zur Erzeugung von elektromotorischen Kräften entsprechend ihren Leitfähigkeiten
in die Bahn des mag netlxchen Feldes gebracht werden wobei das magnetische Feld
und seine Änderungsgeschwindigkeit so groß sind, daß dle Teilchen in Bewegungdrlchtung
des magnetischen Feldes bewegt werden
Durch die Bewegung des Feldes
entlang der entweder vor dem Beginn der Feldbewegung oder während der Feldbewegung
eingebrachten Teilchen wird eine schnellere Xnderung der Feld gradienten erzeugt,
wodurch die elektromotorischen Kräfte in den Teilchen schneller induziert werden0
Demgemäß können die Teilchen schneller durch das sich bewegende Feld beför dert
werden; wodurch die fur die Trennung erforderliche Zeit herabgesetzt und damit der
Wirkungsgrad des Verfahrens erhöht wird0 Wenn man nichtleitende Teilchen und Teilchen
unterschiedlicher Leitfähigkeiten in das sich bewegende Magnetfeld bringt, so werden
die leitenden Teilchen in Richtung der Feldbewegung in einem Maße abgelenkt, das
abhängig ist von ihrer Jeweiligen Leitfähigkeit und ihrer Dichte0 Da die nichtleitenden
Teilchen von dem Magnetfeld nicht beeinflußt werden, setzen sie ihre ursprüngliche
Bewegungsbahn fortO Auf diese Weise werden nichtleitende Teilchen und Teilchen unterschiedlicher
Leitfähigkeiten und Dichten voneinander getrennt.
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Zur Erzeugung des sich bewegenden Magnetfeldes gemäß der Erfindung
kann eine Anzahl von magnetischen Stäben ab wechselnder Polaritäten auf einer sich
drehenden Trommel
befestigt sein, so daß jeweils ein Paar benachbarter
Magnete ein unabhängiges magnetisches Feld aufbauen.
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Wird die Trommel gedrehte so bewegt sich eine Vielzahl von magneti#¢hen
Feldern kontinuierlich entlang einem gegebenen Punkt. Die sich drehende Trommel
kann vertikal angeordnet werden, und die zu trennenden Teilchen fallen nahe der
Trommel herunter, so daß sie sehr schnell sich ändernde Flußlinien schneiden, die
von den sich schnell bewegenden Magnetfeldern stammen Die Trommel kann auch horizontal
angeordnet werden, und die Teilchen werden horizontal nahe der Trommel und parallel
zu deren Achse zugeführt, so daß sie durch die sich bewegenden Magnetfelder gelangen.
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Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung eines sich bewegenden Magnetfeldes
besteht darin" daß man eine Reihe von Elektromagneten nebeneinander in einer Reihe
stationär anordnet, die leitenden und nichtleitenden Teilzehen Uber die Oberflächen
dieer Elektromagneten fUhrt und die Erregung der Elektromagnete nacheinander ändert,
so daß sich das Magnetfeld in einer Richtung Uber die Oberflächen der Elektromagnete
bewegt, ohne daß die Magnete selbst aus ihrer Lage bewegt werden. Eine derartige
Erregung
kann dadurch erreicht werden daß man Jedem Elektromagneten
einen Wechselstrom zuführt, der gegenüber einem Gleichstrom phasenverschoben ist,
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
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Figur 1 zeigt die Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung
zur Erzeugung eines sich bewegenden Magnet feldes zur Trennung von leitenden Stoffen.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 22 aus Figur lo Figur
3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie )-3 aus Figur 1.
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Figur 4 zeigt schematisch einen Teil einer anderen Anordnung zur Erzeugung
eines sich bewegenden Magnetfeldes.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung zur Durch führung
des Verrahrens beruhen auf dem bekannten elektromagnetischen Prinzip daß in einem
Leiter eine elektromotorische Kraft induziert wirde wenn sich der Magnetfluß durch
den Leiter ändert Ebenso beruht die Erfindung auf dr sogenannten Lenzschen Regel,
nach der der in einem Leiter Induzierte Strom in einer Richtung fließt, die der
ihn eryeugenden Be
wegung entgegengerichtet ist.
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Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Anordnung 10 enthält ein paar
Stützsäulen 11 und 12, die sich nach vorn in der Horizontalen erstreckende untere
Arme 13 und obere Arme 14 aufweisen. Zwischen den unteren Armen 13 ist drehbar eine
Trommel 15 und zwischen den oberen Armen 14 drehbar eine Trommel 16 gehalten, Aur
dem Umfang der Trommel 15 ist eine Vielzahl von Mag neten, beispielsweise permanent
magnetische Stäbe oder Platücke 17 und 18 befestigt. Die Polarität der freillegenden
Flächen der magnetischen Stäbe ändert sich entlang des Umfanges der Trommel 15.
so daß die magnetischen Stäbe 17 Nordpole und die abwechselnd dazu angeordneten
magnetischen Stäbe 18 SUdpole bilden, Auf diese Weise wird zwischen Jedem Paar Stäbe
17 und 18 ein Magnetfeld auf gebaut.
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In gleicher Weise sind auf dem Umfang der oberen Trommel 16 eine Vielzahl
von Nordpole bildenden magnetischen Stoben 19 und Südpole bildenden magnetischen
Stäbe 20 befestigt, wie dies in den Figuren 1 und 2 zu erkennen ist.
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Es ist klar, daß auch andere Arten von Magneten lanze der stabförmigen
Magnete 17D 18, 19 und 20 verwendet werden knnen, etwa Elektromagnete, bei Tiefsttemperaturen
arbeitende Magnete oder supraleitende Magnete. Dabei müssen nur im Abstand zueinander
am Umfang der Trommeln 15 und 16 angeord nete Magnetfelder erzeugt werden0 Die Trommeln
15 und 16 werden durch übliche Antriebseinrichtungen in der durch Pfeile in Figur
2 angedeuteten Richtung gedreht. Wie in Figur 1 zu erkennen ist, wird die untere
Trommel 15 über ein mit der Trommelachse 24 gekoppeltes Getriebe 23 von einem Motor
22 angetrieben0 Obwohl die obere Trommel zum Antrieb mit den Antriebseinrichtungen
der unteren Trommel 15 über Ketten und Zahnräder, Riemen und Riemenscheiben oder
Getriebe (nicht gezeigt) gekoppelt sein können, ist es auch möglich, die obere Trommel
16 durch die magnetische Induktion in den magnetischen Stangen 20 und 19 der oberen
Trommel 16 infolge der zwangsläufigen Bewegung der magnets schen Stäbe 17 und 18
der Trommel 15 anzutreiben, Da die Trommeln 15 und 16 in den durch die Pfeile in
Figur 2 angedeuteten Richtungen angetrieben werden, werden zwischen den Magneten
17-20 und 18-19 auf den gegenüberliegenden Trommeln 15 und 16 Magnetfelder unterschiedlicher
Polaritäten
aufgebaut, wenn sich diese Pole im Bereich zwischen
den Trommeln 15 und 16 einander annähern0 Somit werden Magnet felder erzeugt, die
sich zwischen den Trommeln 15 und 16 von links nach rechts (Figur 2) bewegen.
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Teilchen, wie etwa nichtleitende Teilchen 26, Teilchen 27 geringer
Leitfähigkeit, beispielsweise Zinn, und Teilchen 28 hoher Leitfähigkeit, beispielsweise
Kupfer, werden senkrecht zur Bewegung des Magnetfeldes durch dieses hindurch bewegt,
beispielsweise mittels eines Förderbandes 30. Wie in den Figuren dargestellt, bewegt
aich dieses Förderband 30 parallel zu den Drehachsen der Trommeln 15 und 16 und
in im wesentlichen gleichen Abstand von diesen beiden Trommeln. Die Teilchen 26,
27 und 28 bewegen sich durch Magnets felder, welche sich senkrecht zur Bewegungsrichtng
der Teilchen drehen.
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In den leitfähigen Teilchen 27 und 28 werden elektromotorische Kräfte
induziert, deren Größe proportional zur je welligen Leitfähigkeit ist. Die Verschiebung
ist umgekehrt proportional zur Dichte der Teilchen, Diese elektromotoriechen Kräfte
wirken in der gleichen Richtung wie die Bewegungsrichtung der Magnetfelder. Demgemäß
werden die Teilchen 27 und 28 seitlich vom Band 30 herunterbewgt,
und
zwar in der gleichen Richtung wie die Bewegungsrichtung der Magnettelder, welche
mit der Drehrichtung der benachbarten Bereiche der Trommeln 15 und 16 Obere einstimmt,
Die Teilchen 27 geringerer Leitfähigkeit bewegen sich entlang einer kurzen Flugbahn
nach rechts vom Band 90 herunter, wie dies in Figur 2 angedeutet ist, während die
Teilchen 28 größerer Leitfähigkeit Uber eine größere Entfernung nach rechts vom
Förderband 30 bewegt werden. Die voneinander getrennten Teilchen 27 und 28 können
in entsprechenden Behältern, Schlitzen oder Trenneinrichtungen aufgefangen werden.
Inzwischen verbleiben die nichtleitfähigen Teilchen 26 auf dem Förderband 30 und
bewegen sich über das Magnetfeld hinaus, wie dies in Figur 3 dargestellt ist.
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Es ist selbstverständlich kla, daß die Teilchen 27 geringer Leitfähigkeit
und die Teilchen 28 hoher Leitfähigkeit lediglich als Ausführungsbeispiele dienen,
da sehr viele Teilchen mit unterschiedlichsten Leitfähigkeiten und Dichten vorhanden
sein können und Üblicherweise auoh vorhanden sind. Somit kann mittels entsprechender
Seu erung der erfindungsgemäßen Anordnung eine Vielzahl von Teilchen unterschiedlicher
Leitfähigkeiten voneinander getrennt werden. Außerdem kann das Verfahren wiederholt
durchgeführt
werden, um den Grad der Trennung zu verfeinern.
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Obwohl in den Figuren zwei Trommeln 15 und 16 dargestellt sind, läßt
sich das Trennverfahren auch mit einer einzigen Trommel ausführen, Um den Kreis
für den Magnetfluß bei Verwendung einer einzigen Trommel, etwa der Trommel 15.
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zu schließend kann gegenuber dieser ein Eisenschild an geordnet werden,
welches die Trommel 16 an der gegenüber liegenden Seite der Bewegungsbahn der Teilchen
ersetzt.
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Die Trommel 15 wird dann entlang dem stationären Schild gedreht, um
ein sich bewegendes Magnetfeld aufzubauen, Bei Versuchen wurden die Trommeln 15
und 16 in entgegengesetzten Richtungen gedreht.
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Obwohl die dargestellten Trommeln 15 und 16 horizontale Drehachsen
haben, können sie auch um vertikale Achsen gedreht werden. Die Teilchen 26, 27 und
28 fallen dann infolge der Schwerkraft zwischen den vertikal angeord neten Trommeln
15 und 16 herunter, wo sle die von dem sich zwischen den Trommel 15 und 16 bewegenden
Magnetfeld er zeugten Flußlinien schneiden. Die leitfähigen Teilchen 27 und 28 werden
dann seitlich 11l Richtung der reich bewegen
den Magnetfelder abgelenkt,
Die Größe der Ablenkung Jedes leittähigen Teilchens, das durch das sich bewegende
Magnetfeld geführt wird, ist proportional. der Leitfähigkeit und der Größe des Teil
ohens, umgekehrt proportional der Dichte des Teilchens und proportional dem Quadrat
des Gradienten des magnets schen Feldes0 Der Feldgradient wird selbstverständlich
durch Vergrößerung der Bewegungsgeschwindigkeit des gel des vergrößert.
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In Figur 4 ist eine andere Anordnung 40 zur Erzeugung eines sich bewegenden
Magnetfeldes ohne Bewegung der Magneten dargesteßltO Diese Anordnung enthält eine
Vielzahl von im Abstand zueinander angeordneten Elektromagneten 41, 42, 43 und 44.
Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel vier Elektromagnete dargestellt sind, kann
irgendeine Anzahl von Elektromagneten in Reihe angeordnet werden0 Gegenüber Jedem
der Elektromagnete 41 bis 44 sind Jeweils zusätzliche Magnete oder Magnetpole 51,
52, 53 und 54 angeordnet, um in dem Bereich zwischen entsprechenden Polen Magnetfelder
aufzubauen. Jeder der Elektromagnete 41 bis 44 weist Einrichtung zur Brregung der
Magnete mittels Wechseiströmen auf, deren Phasenlagen zueinander
abgestimmt
sind, so daß Magnettelder mit nacheinander sich ändernden Intensitäten zwischen
aufeinanderfolgenden Paaren von Polstücken 41-51, 42-52, 43-53 und 44-54 aufgebaut
werden wie diu durch die Pichte und Richtung der Flußlinien in Figur 4 angedeutet
ist, Somit wird durch die versetzte Erregung der Blektromagnete 41 bis 44 ein Magnetfeld
erzeugt, das die Wirkung eines sich von links nach rechts bewegenden Feldes hat,
wie dies durch den Pfeil 60 angedeutat ist.
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wenn also Teilchen, wie etwa die Teilchen 26 bis 28 aus den Figuren
X bis 3, zwischen die Elektromagnete 41 bis 44 und ihre zugehörigen PolstUcke 51
bis 54 in Richtung senkrecht zu der Feldbewegungsrichtung 60 gebracht werden, so
werden in den leitfähigen Teilchen elektromotorische Kräfte induziert, die eine
Ablenkung bewirken, deren Größe von den vorstehend genannten Eigenschaften und Bedingungen
abhängen, also von der leitfähigkeit. der Dichte, der Größe und dem Feldgradienten.
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Die Geschwindigkeiten des Magnetfeldes können durch die Phasenunterschiede
der Erregungsströme für die Elektromagnete 41 bis 44 oder auch durch die Größe der
Magnetkerne der Magnete 41 bis 44 und 51 bis 54 bestimmt werden.
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Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung eines sich bewegenden Magnetfeldes
mittels Phasenverschiebung besteht darin, Jede der aufeinander rolgenden Polflächen
mit Leitern unterschiedlicher Stärke zu bedecken. Dadurch ändert sich die Elndrlngseit
des Feldes bei aufeinander folgenden Leitern, wodurch phasenverschobene Felder an
gegenüuberliegenden Seiten der Leiter erzeugt werden, ähnlich der Beschreibung von
Pigur 4.