DE2506822A1 - Pneumohydraulischer vibrator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumohydraulischen Vibrator für mehrere verschiedene Anwendungszwecke zur Intensivierung von Prozessen.

Bekanntlich sind in den letzten Jahren zur Intensivierung von Herstellungsprozessen eine Anzahl von Vibrationsvorrichtungen entwickelt worden. In manchen Fällen ermöglichen diese Vorrichtungen eine beträchtliche Erhöhung des Wirkungsgrades der benutzten Technologien. Der Nachteil der Vorrichtungen besteht darin, daß sie Vibratoren bzw. Schwingungserzeuger haben, so daß der Aufbau sehr auf v/endig und eine bestimmte Wartung erforderlich wird. Wenn eine intensive Vibration bzw. eine starke Schwingung erforderlich ist, werden zur Erzielung des geforderten Effektes die bekannten Vibratoren benutzt. Es gibt jedoch einige Technologien, deren Intensivierung mit

609834/0305

Vibrationen niedriger Intensität nicht möglich ist. Man kennt jedoch auch einige Prozesse, wo eine intensive Schwingung nicht angewendet werden darf. So führten Versuche bei der Konstruktion von Waschmaschinen für Haushaltszwecke zu keinem Erfolg, da an den Behältern Risse bzw. Brüche auftraten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen einfach gebauten pneumohydraulischen Vibrator zu schaffen, der die Erzeugung von turbulenten Schwingungspulsationsströmen ausreichender Intensität und den Bau einer entsprechenden Vorrichtung ermöglicht, die betriebssicher arbeitet und einfach einzusetzen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem pneumohydraulischen Vibrator, der aus einem Behälter mit Zellen besteht, dadurch gelöst, daß eine Arbeitszelle und eine Luftzelle von einem Ventil getrennt sind, das über einem Halterahmen liegt, wobei über dem Ventil Federn mit Richtungsführungen angeordnet sind und eine Beschickungsvorrichtung mit einem Hahn bzw. Ventil für die Luftfreigabe am unteren Ende der Zelle angebracht ist.

Berücksichtigt man, daß der Vibrator durch komprimierte oder angesaugte Luft in Bewegung versetzt wird, die für bestimmte Prozesse oft erforderlich ist, so werden die auf diesem Prinzip basierenden Vorrichtungen als selbstvibrierende Vorrichtungen bezeichnet.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer pneumohydraulischen selbstvibrierenden bzw. selbstschwingenden Vorrichtung im Schnitt bei geschlossenem Ventil.

609834/03OS

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung von Fig. 1 bei geöffnetem Ventil.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine runde Zelle mit einem Ventil.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine rechteckige Zelle mit vier Ventilen.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt.

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt.

Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt.

Fig. 8 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt.

Fig. 9 zeigt eine sechste Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt.

Fig. 1o zeigt eine siebte Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt.

Fig. 11 zeigt eine Modifizierung der Ausführungsform von Fig. 1o.

Fig. 12 zeigt eine achte Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt.

S09834/03OS

Die im Prinzipschema in Fig. 1 gezeigte pneumohydraulische selbstvibrierende Vorrichtung umfaßt eine Arbeitszelle 1, eine Luftzelle 2, einen Halterahmen 3, Schrauben 4, ein Ventil 5_f Federn 6, einen Luftfreigabehahn bzw. ein Luftzuführungsventil 7 und ein Luftzuführungsrohr 8. Das Ventil 5 liegt auf dem Halterahmen 3. Die Lage dss Ventils wird durch Einstellschrauben 4 fixiert. Die Schrauben können in Gewindeöffnungen in dem Halterahmen 3 eingeschraubt werden. Der Schraubendurchmesser ist kleiner als die Ventilöffnungen. Das Ventil bewegt sich leicht längs einer vertikalen Ebene. Wenn das Luftfreigabeventil geschlossen ist (Fig. 1), wird das Ventil 5 auf die öffnung im Halterahmen 3 infolge des hydrostatischen Drucks der Flüssigkeit in der Arbeitszelle 1 und infolge des Drucks der Federn 6 gedrückt, die zwischen dem Ventil 5 und den Köpfen der Schrauben 4 angeordnet sind. Eine Erhöhung des Flüssigkeitsvolumens führt zu einer Zunahme der Flüssigkeitshöhe und somit der Druckkraft, die durch den hydrostatischen

Druck P„ definiert ist. Durch die Schrauben 4 kann die η

zweite Komponente der Druckkraft P_ geändert werden und zwar infolge des Zusammendrückens der Federn 6. In diesem Fall ändert sich die Größe des freien Weges des Ventils 5 zwischen dem Halterahmen 3 und den Schraubenköpfen. Beim öffnen des Luftfreigabehahns steigt der Luftdruck in der Zelle 2. Sobald die davon abhängige Kraft P_ß, die auf das Ventil 5 wirkt, größer wird als P„ + P„, wird das Ventil 5 angehoben und läßt Luft durch den Spalt entweichen, der zwischen dem Ventil 5 und dem Halterahmen 3 gebildet wird. Bei der Bewegung des Ventils 5 nach oben v/ird die Flüssigkeit unter dem Ventil und die Flüssigkeit zwischen dem Ventil und den Behälterwänden infolge des Eindringens von Luft und der sich durch die hochsteigende Luft ergebenden Bedingungen in vertikaler Richtung nach oben gedrückt. Nach dem Austreten einer bestimmten Luftmenge fällt der Druck in der Luftzelle 2 ab und das Ventil 5 bewegt sich unter der

S09834/G3ÖS

Wirkung der Druckkraft nach unten und schließt den Spalt, wodurch das Entweichen von Luft unterbrochen wird. Demzufolge bewegt sich die ganze Flüssigkeitsmenge aufgrund ihres Eigengewichtes nach unten. Dieser Zyklus wiederholt sich infolge des in der Luftzelle 2 wieder ansteigenden Druckes. Die Wiederholung des Zyklus, d. h. die Frequenz der Vibrationen, hängt von dem Wert der Druckkraft ab. Deshalb kann die Frequenz durch Änderung der Höhe H und des Drucks der Federn gesteuert werden. Aufgrund der Ventilvibrationen und des periodischen Eintretens von Luft in die Zelle bilden sich in der Zelle tatsächliche Turbulenzzustände, welche den Stoff-und Wärmeübergang beträchtlich erhöhen. Der Behälter kann eine unterschiedliche Form haben. Die Anzahl der Ventile kann variiert werden und ist durch die Fläche der Arbeitszelle festgelegt.

Fig. 3 zeigt eine runde Zelle mit einem Ventil. In Fig. 4 ist eine rechteckige Zelle mit vier Ventilen gezeigt. Der Aufbau kann durch Weglassen der Federn vereinfacht werden. Die hydrostatische Kraft genügt gewöhnlich zur Erzielung einer wirksamen Frequenz und Amplitude der Vibrationen.

Der vorstehend beschriebene pneumohydraulische Vibrator kann für die Lösung einer Anzahl von im Labor, in der Industrie oder im Haushalt auftretender Probleme verwendet werden, die mit einem Wärme- und StoffÜbergang verbunden sind. Die einzelnen Varianten der Ausführungsformen werden deshalb anhand der nachstehenden Prozesse nachstehend erläutert.

Erhitzen oder Kühlen von breiförmigen Substanzen, Flüssigkeiten oder Suspensionen;

Eine Anzahl von Prozessen bei der Erzaufbereitung, in der chemischen Industrie und in der Nahrungsmittelindustrie erfordern ein schnelles Kühlen oder Erhitzen von flüssigen Produkten. So muß beispielsweise bei der Flotation von

509834/0305

Oxyderzen die Aufschlämmung vor der Flotation sehr oft erhitzt werden. Beim Trennen von Kupfer-Molybdänerzen muß die Aufschlämmung mit Dampf versetzt werden. Bei der Käseherstellung ist ein sehr schnelles Kühlen nach dem Pasteurisieren erforderlich. Das Prinzip des in Fig. 1 gezeigten Vibrators kann bei allen diesen Fällen benutzt werden. Es ist lediglich erforderlich, ein Beschickungsrohr 9 am unteren Ende der Arbeitszelle 1 in der Nähe des Ventils 5 vorzusehen und das Abführungsrohr Io am oberen Ende der Zelle 1 zu installieren, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Ebenso ist eine entgegengesetzte Beschickungsrichtung möglich. Wenn ein Erhitzen erforderlich ist, wird die erhitzte Luft durch die flüssigen Medien geführt. Beim Kühlen wird Kaltluft hindurchgeführt. In die Luftzelle 2 tritt Wasser praktisch nicht ein. Wenn jedoch eine Suspension behandelt wird, kann beim Abschalten des Vibrators körniges Material zwischen dem Ventil 5 und dem Halterahmen 3 verbleiben. In diesem Fall kann Flüssigkeit in die Luftzelle 2 eindringen. Aus diesem Grund ist es günstig, ein Abführungsrohr am Boden der Luftzelle 2 vorzusehen. Dies ist kein Kachteil da bei abgeschalteter Vorrichtung die Flüssigkeit dem folgenden Prozeß zugeführt v/erden kann.

Abscheiden von Staub aus Gasen oder Staub führender Luft:

Eine Vorrichtung zur Verwirklichung dieser Maßnahme ist in Fig. 5 gezeigt. Die staubige Luft wird der Luftzelle 2 zugeführt und gelangt in die Arbeitszelle 1, wobei automatisch Schwingungen des Ventils 5 erzeugt werden. Das ausscheidende bzw. auffangende Medium, beispielsweise Wasser, das sich in der Arbeitszelle 1 befindet, wird zusammen mit der Luft in Turbulenz versetzt, die dadurch von Verunreinigungen befreit wird. Die saubere Luft verläßt die Zelle am oberen Ende. Hinsichtlich des Wassers kann der Prozeß diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt

509334/0305

werden. Im ersten Fall wird sauberes Wasser periodisch zugeführt und mit Schmutz angereichertes Wasser entfernt. Im zweiten Fall wird der Arbeitszelle 1 sauberes Wasser kontinuierlich zugeführt und das mit Schmutz angereicherte Wasser entfernt.

Es kann ein Gleichstrom für das Wasser vorgesehen werden, d. h. Gas und Flüssigkeit haben gleiche Richtungen, wobei das Wasser in das untere Ende der Zelle 1 eintritt und die Zelle am oberen Ende verläßt, so daß der Strömungsweg B -B₁ gegeben ist. Es ist auch ein Gegenstrom des Wassers möglich, wobei das Gas und das Wasser in entgegengesetzter Richtung strömen, nämlich von A nach A₁ und von B nach B₁. Die

Ol Ol

Richtung des Wasserstroms beeinflußt den Wirkungsgrad der Reinigung.

In besonders schwierigen Fällen, beispielsweise bei fein dispergiertem hydrophoben S.taub, kann der Wirkungsgrad dadurch verbessert werden, daß zwei oder mehr pulsierende Ventile in Böden in der Arbeitszelle 1 befestigt werden. Zwei dieser Ventile sind in der Figur gezeigt, wobei die zusätzlichen Rohre für die Beschickung und das Abführen des Wassers fehlen. Zweckmäßigerweise wird die Luftzelle mit Wasser gefüllt, wobei die staubige Luft dann dieser Zelle durch ein tangential angeordnetes Rohr zugeführt wird. Eingefangener grober Staub wird durch das Rohr 11 abgeführt.

Chemischer Reaktor für universelle Zwecke, Präparierung von Aufschlämmungen für die Flotation, Abführen von Reagenzien, Farbstoffen oder anderen Substanzen, Mischen von Flüssigkeiten und dergleichen, Zementations, Aktivierung von Kupfer enthaltenden Lösungen, Aktivierung von bakteriellen Laugen:

509834/0305

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Aufgaben ist in Fig. 6 gezeigt. Zum Lösen von relativ grobkörnigem Material kann folgendermaßen verfahren werden: Das Material gelangt durch das Mittelrohr in Richtung A auf das Gitter 12. Das Lösungsmittel wird in Richtung A₁-A zugeführt. Das Gitter 12 ist beim Lösen von feinkörnigen Materialien nicht erforderlich. In diesem Bereich wird die Zellenhöhe so gewählt, daß ungelöste Teilchen durch die oberen Rohre nicht abgeführt werden können.

Leicht lösliche Materialien können von der Oberseite nach unten geführt werden, beispielsweise in Richtung B -B₁-B₃. Auf dem gleichen Weg können Flüssigkeiten _} Farben, Lösungsmittel usw. zum Mischen zugeführt werden.

Für die Flotation vorbereitete Aufschläiratiungen können durch den Reaktor geführt und durch entsprechende Reagenzien in geeigneten Richtungen gerührt werden. Sowohl die Richtung B^-A₂ als auch A₁-A₃ und B₁-B₃ sind geeignet. Es empfiehlt sich eine Rührung der Aufschlämmung durch Luft wegen der zusätzlichen Wirkung der jeweiligen Gase aus der Luft.

Für Haushaltszwecke, beispielsweise für das Rühren, ist eine geeignete Vorrichtung in Fig. 7 gezeigt. Die zu rührenden Materialien werden in die Arbeitszelle eingegeben, die dann durch einen Deckel geschlossen wird, der eine öffnung für Verbindungen mit einer Saugeinrichtung hat. Für Haushaltszwecke eignen sich besonders Staubsauger, deren Saugöffnung mit der Zelle verbunden wird. Die gerührten Materialien können am oberen Ende der Zelle, wenn sie eine hohe Viskosität haben und nicht leicht abströmen, oder über das untere Ende entfernt werden, wenn sie leicht ausfließen.

509834/0 306

Pneumatische Flotation bei Eigenvibration:

Eine derartige Flotationsvorrichtung ist in Fig. 8 gezeigt. Die zugeführte Aufschlämmung bzw. der Brei wird intensiv mit der Luftphase gemischt, wodurch die Möglichkeiten für den Kontakt zwischen Teilchen und Blasen erhöht v/erden. Die Blasen mit den daran anhaftenden flotationswirksamen bzw. flotationsaktiven Komponenten gehen durch die Beruhigungsgitter 13 hindurch und werden für das Entfernen in einer Rinne 14 für aebildetes Schaumorcdukt gesammelt. Das Zellenprodukt wird durch eine Schleusenvorrichtung abgeführt, um einen optimalen Pegel der Aufschlämmung aufrechtzuerhalten. Die Vorteile dieser Vorrichtung bestehen darin, daß verglichen mit mechanischen Vorrichtungen keine mechanischen, beweglichen Teile vorhanden sind. Verglichen mit pneumatischen Vorrichtungen erhält man bessere Bedingungen für den Teilchen-Blasen-Kontakt. Das Vorhandensein von Schallwellen in der Aufschlämmung infolge der Vibration ist ebenfalls vorteilhaft. Es hat sich gezeigt, daß dies zur Verbesserung der Selektivität und zur Erhöhung der Abgabeleistung beiträgt.

Auf der Basis eines solchen pneumohydraulischen Vibrators kann das Problem erfolgreich gelöst werden, welches sich bei Kolonnenflotationsvorrichtungen bei der Luftzuführung für die Flotation ergibt. Eine beispielsweise Ausführungsform einer Kolonnenflotationsvorrichtung mit einem pneumohydraulischen Vibrator ist in Fig. 9 gezeigt.

Schichtung von Mineralgemischen nach spezifischem Gewicht in reinem Wasser oder einer schweren Suspension:

Wenn ein Mineralgemisch in eine Arbeitszelle eingebracht ist, strebt dieses Gemisch infolge der entstehenden Pulsationen und der leichten Bedingungen für die Kornbewegung nach der Thorie von Mayer danach, die Energie von minimalem

509834/0305

- 1ο -

Potential zu erreichen. Dies führt dazu, daß das schwere Mineral in der unteren Schicht und das leichte Mineral in der oberen Schicht konzentriert wird. Die industrielle Verwirklichung dieses Verfahrens kann durch eine Vorrichtung erzielt werden, wie sie in Fig. 1o gezeigt ist. Das Material wird auf einem leicht geneigten Gitter zugeführt. Infolge der Transportfähigkeit des begleitenden Wassers und leichter Bewegungsbedingungen aufgrund des Lockerwerdens durch die Ventilwirkung bewegt es sich zum unteren Ende und wird gleichzeitig durch die Schwerkraft geschichtet. Mittels bei Schüttelrutschen bekannter Vorrichtungen werden die leichten Mineralschichten von denen schwerer Mineralien getrennt. Das feine, durch das Gitter gehende Material wird weiteren Behandlungen durch andere Verfahren zugeführt. Diese Ausfuhrungsform der Vorrichtung vereinigt den Vorteil der hydraulischen und pneumatischen Schüttungsrinnen, ohne daß komplizierte mechanische Vorrichtungen zur Herbeiführung von Pulsationen erforderlich sind. Wenn eine Schichtung von Mineralgemischen mit geringem Unterschied der spezifischen Gewichte erforderlich ist, kann gleichzeitig mit dem Mineral eine grobkörnige Suspension hinzugeführt werden. Die Wirkung dieser Suspension kombiniert mit der Wirkung des Auflockerns erhöht den Wirkungsgrad des Prozesses.

Zersetzung und Auswaschen:

Wenn Rohmaterialien mit etwas Tongehalt in die Arbeitszelle eingebracht werden, erhält man infolge -der intensiven Turbulenz eine Zersetzung. Die Befreiung des Materials aus dem Schmutzwasser erfolgt durch Waschen. Eine dafür einsetzbare Ausführungsform der Vorrichtung ist in Fig. 11 gezeigt. Diese Ausführungsform benutzt zwei übereinander angeordnete Gitter. Das in die Vorrichtung mit der erforderlichen Wassermenge eingebrachte Material wird der Pulsationsturbulenz

509834/0305

unterworfen, durch welche der Ton dispergiert wird. Die grobkörnigen Teilchen bewegen sich über dem oberen Gitter und werden ohne Tonverunreinigungen abgeführt. Material mittlerer Größe gelangt auf das untere Gitter, bewegt sich darauf und wird abgeführt. Der Feinsand und die Ton- bzw. Lehmsuspension gelangen zu dem Abführungsrohr. Die Luftzelle ist mit dem Tonabführungsrohr verbunden, um zufällig unter die Ventile gelangten Sand zu entfernen.

Wenn die Maschine lediglich zur Zersetzung bzw. Zerkleinerung benutzt wird, beispielsweise für Kaolinerze, ist nur ein Gitter mit einem vertikalen Steuergitter erforderlich, das an dem Rand angebracht ist, um die Größe des zersetzten Materials zu steuern.

Waschvorrichtungen für Industrie- und Haushaltszwecke:

Die über dem Ventil bzw. den Ventilen des pneumohydraulischen Vibrators gebildeten turbulenten Ströme erzeugen günstige Bedingungen zum Waschen verschiedener schmutziger Gegenstände. Dieses Verfahren kann konstruktionsmäßig auf verschiedene Arten verwirklicht werden. Sine dieser Konstruktionen ist in Fig. 12 gezeigt. Ober dem schwingenden Ventil ist ein Gitter 15 angeordnet, welche als Träger verschiedener austauschbarer Behälter dient, die je nach Bestimmung ausgebildet sind, beispielsweise für das Waschen von Haushaltsgeräten, Früchten und dergleichen. Im ersteren Fall ist der Behälter wie die bereits vorhandenen Vorrichtungen für die vertikale Anordnung von Tellern ausgebildet. Für das Waschen von Früchten wird ein mit Durchbrechungen versehener Behälter über dem Stützgitter angebracht. Für das Waschen von Kleidungsstücken genügt ein einfaches Gitter ohne scharfe Ränder. Die Vorrichtung eignet sich besonders für solche Kleidungsstücke, die in mechanischen Waschmaschinen leicht

509834/0305

zerreißen. Wenn Maschinen und Zubehörteile gewaschen werden, werden sie direkt über dem Stützgitter angeordnet. In jedem Fall muß eine geeignete Waschflüssigkeit benutzt werden. Der Raum um den Vibrator herum dient zum Sammeln grober Verunreinigungen, die von den Gegenständen beim Waschen entfernt werden.

Für Haushaltszwecke kann die Waschvorrichtung mit Luft über einen gewöhnlichen Staubsauger versorgt werden. Es ist jedoch auch möglich, das Gerät unabhängig auszubilden, indem daran ein Luftgebläse, wie es bei Staubsaugern verwendet wird, befestigt wird.

509834/0305

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE

1. Pneumohydraulischer Vibrator, bestehend aus einem Behälter mit Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arbeitszelle (1) und eine Luftzelle (2) durch ein Ventil (5) getrennt sind, welches über einem Stützrahmen (3) liegt, und daß über dem Ventil (5) Federn (6) mit Richtungsführungen (4) vorgesehen sind, während eine Beschickungseinrichtung (8) mit einem Luftabsperrhahn (7) am unteren Ende der Zelle (2) angebracht ist.

2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungseinrichtung (9) für ein unbehandeltes flüssiges Produkt am unteren Ende der Arbeitszelle (1) und die Abführungseinrichtung (1o) für das fertige Produkt am oberen Ende der gleichen Zelle angebracht ist.

3. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszelle (1) mit zwei oder mehreren Ventiltrennwänden ohne Federn an den Ventilen versehen ist, wobei jede Trennwand Beschickungsöffnungen (A , B ) und Abgabeöffnungen (A-, B-) aufweist.

4. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Arbeitszelle (1) ein Mittelrohr (11) für die Beschickung eingesetzt ist, unter welchem ein Sicherungsgitter (12) angeordnet ist.

5G9834/Ö3Ö5

5. Vibrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für Flotationszwecke in der Zelle (1) zwei Beruhigungsgitter (13) und im obersten Teil eine Rinne (14) für das Schaumprodukt vorgesehen sind.

6. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,'daß zur Schichtbildung entsprechend der Dichte oder zum Waschen von Roherz in der Arbeitszelle (1) ein oder mehrere geneigte Siebe mit verschiedenem öffnungsdurchmesser angeordnet sind, welche die Beschickungseinrichtung mit der Einrichtung für die Schichtbildung verbinden .

7. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verwendung für Haushaltszwecke in der Zelle (1) ein geschlitzter Korb (15) angeordnet ist.

509834/0305