DE2129002A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Teilchen mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von Teilchen entsprechend ihren elektrischen Leitfähigkeiten.

Bisher gab es verschiedene Verfahren und Vorrichtungen, um Teilchen magnetisch entsprechend ihren magnetischen Suszeptibilitäten zu trennen. Die. Anwendung derartiger Verfahren war jedoch auf Stoffe beschränkt, welche entweder ferromagnetisch oder paramagnetisch sind. Im wesentlichen konnten diese Verfahren nur auf solche sich bewegenden Teilchen angewendet werden, welche meßbare Suszeptibilitäten hatten oder auf Teilchen, denen vor der Durchführung des Verfahrens magnetische Suszeptibilitäten gegeben wurden. Die Teilchen wurden durch ein Magnet-

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feld bewegt, so daß sie entsprechend der Größe ihrer magnetischen Suszeptibilität abgelenkt wurden.

Da verhältnismäßig wenige Stoffe entweder ferromagnetisch sind oder nennenswerte pararnagnetische Wirkung zeigen, ist die Trennung gemäß magnetischer Suszeptibilitäten nur begrenzt möglich. Ferner werden bei magnetischen Trennverfahren, bei denen den Teilchen magnetische Suszeptibilität gegeben wird, zusätzliche Verfahrensschritte und zusätzliche Zeit benötigt, um diese Behandlung vor der Trennung durchzuführen.

In der älteren deutschen Patentanmeldung P 20 37 088.1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von Teilchen mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten beschrieben, bei denen die Teilchen durch oder entlang einem stationären Magnetfeld bewegt werden.

Die ältere deutsche Patentanmeldung P 20 59 655.8 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Trennung von Teilchen mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten, wobei das Magnetfeld über eine Trennstation hinweggeführt wird,'an welcher die leitfähigen Teilchen zugeführt werden. Das sich bewegende Magnetfeld wird mittels einem Paar sich drehender Trommeln aufgebaut,

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auf deren Oberflächen abwechselnd Magnete unterschiedlicher Polarität entlang dem Umfang verteilt sind. Die Achsen der Trommeln liegen parallel, und die Trommeln sind so aufgebaut, daß ein "Nordpol"-Magnet und ein "Südpol"-Magnet unterschiedlicher Trommeln sich jeweils an den engsten Stellen der Trennstation gegenüberliegen. Obwohl die in dieser älteren Patentanmeldung beschriebene Vorrichtung eine gute Trennung der leitfähigen Teilchen von nichtleitfähigen Teilchen sowie eine Klassifizierung der leitfähigen Teilchen ermöglicht, arbeitet sie nur dann besonders wirksam, wenn sich die Magneten beider Trommeln an der Trennstation gegenüberliegen. Die an anderen Stellen befindlichen Magnete der Trommeln üben keine Arbeit aus, bis sie in den Bereich der Trennstation gedreht worden sind und dort ein Paar einander gegenüberliegender Magnete bilden. Außerdem ergibt sich ein elektrischer oder magnetischer Widerstand bzw. Wirbelstromverluste, welche dann erzeugt werden, wenn einander gegenüberliegende Magnete der Trommeln sich an der Trennstation aufeinander zu und voneinander wegbewegen. Während der Bewegung der Magnete ist der Abstand zwischen einander gegenüberliegenden, das Magnetfeld erzeugenden Magneten nie gleichmäßig.

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Ferner ist die Menge der mittels der Vorrichtung gemäß Patentanmeldung P 20 59 655.8 trennbaren und klassifizierbaren Teilchen durch die Länge der Trommeln oder die Länge der Magnete auf den Trommeln begrenzt.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von Teilchen mit unterschiedliehen elektrischen Leitfähigkeiten zu schaffen, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein sich entlang einer endlosen Bahn bewegendes Magnetfeld erzeugt wird, daß die elektrischen Teilchen an mindestens, einer Stelle in die endlose Bahn gebracht werden, so daß in ihnen ihren Leitfähigkeiten entsprechende elektromotorische Kräfte induziert werden, und daß die Größe des Magnetfeldes und dessen Geschwindigkeit so groß gewählt werden, daß die Teilchen in Bewegungsrichtung des Magnetfeldes bewegt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Teilchen quer zur Bewegungsrichtung des Magnetfeldes zugeführt, und die Trennung wird durch gleichzeitige Bewegung von Magnetfeld und Teilchen beschleunigt.

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Wenn nichtleitende Teilchen und Teilchen unterschiedlicher Leitfähigkeiten in das Magnetfeld eingebracht werden, so werden die leitenden Teilchen in Richtung der Bewegung des Magnetfeldes abgelenkt, wobei die Größe der Ablenkung von den Leitfähigkeiten abhängt. Da die nichtleitenden Teilchen nicht vom Magnetfeld beeinflußt werden, setzen sie ihre ursprüngliche Bewegungsbahn fort. Auf diese Weise können nichtleitende Teilchen und Teilchen unterschiedlicher Leitfähigkeiten und Dichten voneinander getrennt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält vorzugsweise einen oberen und einen unteren Träger, die im Abstand voneinander parallel zueinander angeordnet sind. Am oberen Träger sind obere Magnete und am unteren Träger untere Magnete befestigt, so daß die oberen Magnete einen gleichförmigen Abstand voneinander haben und jeder obere Magnet senkrecht und koaxial oberhalb jedes unteren Magnets liegt. Zur Bewegung der Träger dienen Antriebseinrichtungen, und die Magnete werden entlang paralleler endloser Bahnen in der gleichen Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit bewegt. Entlang der endlosen Bahn zwischen den oberen und den unteren Magneten befinden sich Trennstationen zur Aufnahme von zu trennenden und zu klassifizierenden Teilchen. Zuführvor-

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richtungen, etwa Schlitten, sind innerhalb der Träger angeordnet, um die Teilchen den verschiedenen Stationen zuzuführen.

Somit erzeugt also jedes Paar aus einander gegenüberliegenden unteren und oberen Magneten ein Magnetfeld, das sich nicht ändert und nicht 'nennenswert durch magnetischen oder elektrischen Widerstand oder Wirbelstromverluste geschwächt wird, da beide Magnete oder Pole sich gleichzeitig mit der gleichen Geschwindigkeit und dauernd im gleichen Abstand bewegen.

Infolge der endlosen Bewegung der einander gegenüberliegenden Magnete und der Lage der verschiedenen Trennstationen entlang der endlosen Bahn können verschiedene unterschiedliche Gruppen von Teilchen gleichzeitig getrennt bzw. klassifiziert werden, so daß sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 - zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßeη Vorrichtung, wobei der obere linke Teil im Schnitt dargestellt ist.

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Fig. 2 - zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2 aus Fig. 1, wobei ein Teil des oberen Ringträgers weggebrochen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung beruhen auf dem bekannten Prinzip des Elektromagnetismus, daß in einem Leiter eine elektromotorische Kraft induziert wird, wenn sich der magnetische Fluß durch ihn ändert. Ferner beruht die Erfindung auf der Lenz'sehen Regel, daß der in einem Leiter induzierte Strom in entgegengesetzter Richtung zu der ihn erzeugenden Bewegung fließt.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 10 enthält einen Rahmen 11 und nach oben gerichtete Stützen 12, welche einen ringförmigen Sammler oder eine Tragplatte 13 halten.

In einem radialen Zwischenbereich der Tragplatte 13 sind in einem Umfang in gleichmäßigem Abstand Trennstationen 15 (Fig. 2) vorgesehen, die jeweils von einem Paar von der Mitte der Tragplatte 13 radial nach außen divergierenden Wänden und 17 gebildet werden.

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Auf dem oberen Teil der Stützen 12 ist eine ringförmige Stützplatte 20 befestigt. Innerhalb dieser Stützplatte ist mittels Lagern 21 eine hohle, senkrechte Antriebswelle 22 drehbar gehaltert. Am unteren Ende dieser Antriebswelle ist eine ringförmige .Trägerplatte 23 angebracht, an deren unterem Teil der Magnetträgerring 24 drehbar mit der Antriebswelle 22 verbunden ist. In vorzugsweise gleichmäßigen Abständen um den unteren Teil des Trägerringes 24 sind Elektromagnete 25 angeordnet. Jeder dieser Magnete 25 hat einen gleichmäßigen Abstand von der oberen Fläche der Tragplatte 13 und den gleichen radialen Abstand von der Achse der Welle 22, so daß sich jeder Magnet 25 entlang einer Kreisbahn unmittelbar über und parallel zur kreisförmigen Anordnung der Trennstationen 15 bewegt.

Unterhalb der Tragplatte 13 ist im Rahmen 11 eine untere Antriebswelle 27 koaxial zur oberen Antriebswelle 22 befestigt. Die untere Antriebswelle 27 ist drehbar in Lagern entsprechend den Lagern 21 gehalten. An ihrem oberen Ende ist eine Trägerplatte 28 befestigt, welche einen unteren Trägerring hält. Von der oberen Fläche des unteren Trägerringes 29 erstreckt sich eine Vielzahl von am Umfang verteilten und vorzugsweise in gleichem Abstand liegenden Elektromagneten 30. Die Anzahl dieser unteren Elektromagnete 30 ist gleich der Anzahl der oberen

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Elektromagnete 25, wobei jeder untere Elektromagnet 30 in vertikalem Abstand unterhalb eines oberen Elektromagneten 25 und ebenso in gleichem Abstand unter der Tragplatte 13 liegt.

Die obere Antriebswelle 22 kann von einer Antriebswelle 33 mittels eines oberen Riementriebes 32 angetrieben werden. In gleicher Weise wird die untere Welle 27 von der Antriebswelle 33 mittels eines Riementriebes 34 bewegt, wobei die Welle 33 ihrerseits über einen Riementrieb 35 vom am Rahmen 11 befestigten Motor 36 angetrieben wird. Auf diese Weise werden die Magnetträgerringe 24 und 29 mit gleicher Geschwindigkeit gleichzeitig in derselben Richtung bewegt, so daß in jeder Lage eines oberen Magneten 25 der entsprechende untere Magnet 30 in fluchtender vertikaler Lage zu diesem ist. Die Magnetfelder werden jeweils von einem Paar oberer und unterer Elektromagnete 25 und 30 erzeugt und bleiben unabhängig von der Lage und der Geschwindigkeit der Magnete gleichförmig und konstant, so daß; Wirbelströme und magnetische Verluste verringert v/erden.

Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, können die Wicklungen der Elektromagnete 25 und 30 in irgendeiner zweckmäßigen Weise mit Strom versorgt werden, beispielsweise mittels an den Träger-

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platten 23 und 28 oder den Trägerringen 24 und 29 angebrachten Kommutatorringen.

Im Rahmen der Erfindung können die Elektromagnete 25 und 30 auch durch Permanentmagnete ersetzt werden.

Die Magnete 25 und 30 können statt auf den Ringen 24 und 29 auch auf irgendeiner anderen Art von endlosem Träger angebracht sein, wenn sie nur mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt werden und ihr senkrechter Abstand und ihre Lage gleich gehalten werden.

Die zu trennenden und zu klassifizierenden Teilchen v/erden vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung der Magnetfelder, die von den oberen und unteren Magneten 25 und 30 erzeugt werden, zugeführt. Um diese Zufuhr zu ermöglichen, ist für jede der Trennstationen eine im wesentlichen J-förmige Schütte 38 vorgesehen, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Diese dargestellte Schütte 38 hat einen sich durch die hohle obere Antriebswelle 22 erstreckenden sehr stellen oberen Teil. Das untere Ende der Schütte 3 8 ist mittels Schrauben 39 an der Tragplatte 13 befestigt, während die oberen Enden der Schütte 38 miteinander verbunden sind, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Auf diese Weise bleibt die Schütte 38 starr,

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während sich die obere Antriebswelle 22 sehr schnell um sie herum dreht. Das untere Ende jeder Schütte 38 öffnet sich in die von den divergierenden Wänden 16 und 17 gebildete Trennstation 15. Somit können also die zu trennenden und zu klassifizierenden Teilchen in das offene obere Ende der oberen Antriebswelle 22 geschüttet werden, von wo sie sehr schnell nach unten in die verschiedenen Schütten 38 und quer in die Trennstationen 15 zwischen die sich entlang einer endlosen Bahn bewegenden, von den oberen und unteren Magneten 25 und 30 erzeugten Magnetfelder fallen.

Die magnetischen Kräfte der oberen und unteren Magnete 25 und 30 sind so gerichtet, daß sie sich verstärken bzw. addieren.

Im Betrieb der Vorrichtung 10 treibt der Motor 36 die obere und untere Antriebswelle 22 und 27 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit und in der gleichen Richtung, so daß die Trägerringe 24 und 29 und die entsprechenden oberen und unteren Magnete 25 und 30 sich gleichzeitig drehen. Nachdem die Magnete 25 und 30 ihre Betriebsgeschwindigkeit erreicht haben, wird eine Teilchenmischung, welche nichtleitende Teilchen, etwa Glas, Teilchen 41 mit geringer Leitfähigkeit, etwa Zinn, und Teilchen 42 hoher Leitfähigkeit, etwa Kupfer, enthält, durch das offene obere Ende der Welle 22

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zugeführt, wo sie sehr schnell nach unten in die Schütte 38 und radial nach außen durch die entsprechenden Trennstationen 15 gelangt. Dabei erfolgt die Bewegung quer zur Bewegungsrichtung der Magnetfelder.

In den leitenden Teilchen 41 und 42 werden entsprechend der jeweiligen Leitfähigkeiten elektromotorische Kräfte induziert, welche in der gleichen Richtung wie die Bewegung des Magnetfeldes wirken. Somit werden die Teilchen 41 und 42 in Umfangsrichtung von der radialen Bahn der nichtleitenden Teilchen 40 abgelenkt. Die Teilchen 42 höherer Leitfähigkeit werden um eine größere Strecke von der radialen Bahn abgelenkt als die Teilchen 41 geringerer Leitfähigkeit, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Die getrennten Teilchen 41 und 42 können in entsprechenden Wannen, Schlitzen, Trenneinrichtungen oder ähnlichen gesammelt werden.

Der Grad der Ablenkung jedes leitenden Teilchens bei Bewegung durch das sich bewegende Magnetfeld ist proportional der Leitfähigkeit und der Größe des Teilchens, umgekehrt proportional zur Dichte des Teilchens und außerdem proportional zum Quadrat des Gradienten des Magnetfeldes.

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Claims (13)

Ansprüche

1. Verfahren zur Trennung von Teilchen mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich entlang einer endlosen Bahn bewegendes Magnetfeld erzeugt wird, daß die elektrischen Teilchen an mindestens einer Stelle in die endlose Bahn gebracht werden, so daß in ihnen ihren Leitfähigkeiten entsprechende elektromotorische Kräfte induziert werden, und daß die Größe des Magnetfeldes und dessen Geschwindigkeit so groß gewählt werden, daß die Teilchen in Bewegungsrichtung des Magnetfeldes bewegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen quer zur Bewegungsriehtung des Magnetfeldes zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,· dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes eine Reihe von Magneten entlang einer endlosen Bahn angeordnet werden.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Teilchen einer Vielzahl von Trennstationen im Verlauf der endlosen Bahn zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Teilchen zu den Trennstationen gleichzeitig erfolgt.

5. Vorrichtung zur Trennung von Teilchen mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines sich bewegenden Magnetfeldes, welches sich entlang einer endlosen Bahn und im wesentlichen senkrecht zur Richtung der magnetischen Kraft bewegt, und durch eine Einrichtung (38) zur Zufuhr einer Vielzahl von Teilchen in das sich bewegende Magnetfeld.

6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (38) zur Zufuhr von Teilchen diese senkrecht zur endlosen Bewegungsbahn des Magnetfeldes zuführt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes einen endlosen Träger (24, 29) und eine Vielzahl von im Abstand voneinander und entlang einer endlosen Bahn am Träger befestigter Magnete (25, 30) aufweist, und daß der Träger in der endlosen Bahn bewegbar ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Trennstationen (15) entlang der endlosen Bahn.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der endlose Träger (24, 29) kreisförmig ist und daß die Einrichtung zur Zufuhr von Teilchen diese radial nach außen bev.'egt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (24, 29) in einer horizontalen Ebene liegt und daß die Teilchen im wesentlichen in der Horizontalen durch das Magnetfeld bewegbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zufuhr von Teilchen eine Schütte (38) aufweist, deren Einlaß sich in der Mitte des Trägers befindet und deren Auslaß radial nach außen zu jeder Trennstation (15) divergiert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trennstation (15) im Abstand voneinander angeordnete radial nach außen verlaufende Wände (16, 17) aufweist.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der endlose Träger einen ersten und einen parallel dazu angeordneten zweiten Träger (24, 29) aufweist, daß die Magnete in gleichem Abstand an gegenüberliegenden Seiten der Trennstationen liegende erste und zweite Magnete sind und daß der erste und der zweite Träger (24, 29) mit gleicher Geschwindigkeit und in gleicher Richtung bewegbar sind.

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