DE2556935C2

DE2556935C2 - Materialbearbeitungsverfahren unter Verwendung von sich in einem magnetischen Wechselfeld bewegenden Magnetelementen aus einem hartmagnetischen Stoff und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2556935C2
Application number: DE2556935A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Aleksandrovi&ccaron; Jaroslavl' Abrosimov; Jurij Nikolaevi&ccaron; Jaroslavl Kuznecov
Original assignee: ABROSIMOV VLADIMIR ALEKSANDROVIC
Current assignee: ABROSIMOV VLADIMIR ALEKSANDROVIC
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-12-17
Publication date: 1983-11-24
Also published as: US3987967A; NL7514737A; DE2556935A1; FR2294751A1; IT1060811B; FR2294751B1

Description

2α<Λ,<2·10-

P-S

wobei a — die mittlere Größe der Magnetelemente, in cm; h_c — die Schichthöhe der Magnetelemente, in cm; B_r — die remanente Induktion des hartmagnetischen Stoffes, in Gauß (Gs); _tHc — die Koerzitivkraft des hartmagnetischen Stof-

fes nach der Magnetisierung, in Oersted (Oe); ρ — die Dichte des hartmagnetischen Stoffes, in g/cm³;

g — die Fallbeschleunigung, in cm/sek²
bezeichnen, und wobei die Feldstärkeamplitude in folgendem Bereich gewählt wird:

B.

35

/ — die Frequenz des Magnetfeldes, in Hz;
H₀ — die Feldstärkenamplitude, in Oersted
bezeichnen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärkenamplitude am Austritt des Materials aus der Kammer (1) in umgekehrter Abhängigkeit vom erforderlichen Materialbearbeitungsgrad geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Magnetelemente (2) von kugelähnlicher Form verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichachsige Magnetelemente (2) verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsmaterial in die Kammer (1) in einer Menge eingebracht wird, welche 20 — 80% des Einfüllvolumens der Magnetelemente beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine ununterbrochene Bearbeitung pulverförmiger Stoffe die Arbeitskammer (1) geneigt zur Horizontalebene eingestellt wird, wobei der Neigungswinkel in Abhängigkeit vom erforderlichen Materialbearbeitungsgrad im Bereich von 3 — 20° gewählt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bearbeitungsmaterial ein gasförmiges Mittel eingepaßt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zerkleinern und Dispergieren der Stoffe Magnetelemente (2) verwendet werden, deren mittlere Größe im Bereich der 10—200fachen mittleren Größe der Teilchen des Bearbeitungsmaterials gewählt wird.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, enthaltend eine Arbeitskammer (1), in welcher eine Vielzahl magnetischer Elemente aus einem hartmagnetischen Material in einer Schicht angeordnet ist, und eine elektrische Wicklung, welche die Arbeitskammer umfaßt und in ihr ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung mindestens eine Kammer (1) enthält, deren Höhe 1,1-1,5 der Schichthöhe der Magnetelemente (2) beträgt, und die Zahl der Kammern derart gewählt ist, daß deren gesamter Rauminhalt 0,8 — 1,0 des Arbeitsvolumens des Magnetfeldes beträgt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von mindestens zwei Kammern (1) diese durch Mittel (10) miteinander verbunden sind, welche einen sukzessiven Durchgang des Materials während der Bearbeitung aus der einen Kammer in die andere gewährleisten.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (1) miteinander durch Mittel (8) verbunden sind, welche während der Bearbeitung einen parallelen Durchgang des Materials in sämtlichen Kammern gewährleisten.

12.. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr eine elektrische Solenoidwicklung (3) mit einem Verhältnis der Länge zum mittleren Durchmesser im Bereich von 3-15 verwendet ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (1) im Zwischenraum zwischen zwei elektrischen Wicklungen (3') angeordnet ist, welche als flache Ringe gestaltet und elektrisch gegenläufig miteinander verbunden sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr eine elektrische Wicklung (3) verwendet ist, welche aus einzelnen elektrisch miteinander verbundenen Elementen besteht, deren Anzahl ein Vielfaches der Phasenzahl des die Wicklung speisenden Stroms beträgt.

15. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Kammer eine zusätzliche Wicklung (4) angeordnet ist, welche mit einem Spannungsregler (S) elektrisch verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ein Materialbearbeitungsverfahren unter Verwendung von sich in einem magnetischen Wechselfeld bewegenden Magnetelementen aus einem hartmagnetischen Stoff und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und zwar zur Bearbeitung solcher Stoffe, wie Pulver, Flüssigkeiten, Gase und deren Gemische.

Die Praxis kennt verschiedene technologische Prozesse, die die Bearbeitung der genannten Stoffe betreffen. Dazu gehören feines und hochfeines Zerkleinern, Dispergieren, Vermischen, Emulgieren, Absorbieren. Extrahieren u.dgl. Bei derartigen Prozessen kommt es darauf an. daß einmal ein Produkt der erforderlichen Qualität erhalten wird, daß die Bearbeitungsdauer minimal gehalten wird und daß pro Einheit des fertigen Produkts

möglichst niedrige Aufwendungen, vor allem für die verbrauchte Energie, erforderlich sind.

Damit die in erster Linie von der Größe der neugebildeten Phasenoberfläche bzw. des Pha«enkontakts bestimmte Qualität des Produkts der Bearbeitung in möglichst kurzer Zeit erhalten werden kann, ist eine hohe Energiedichte erforderlich, d.h. jeder Einheit des zu bearbeitenden Materials muß pro Zeiteinheit möglichst viel Energie zugeführt werden.

Zu den zahlreichen Verfahren, die zur Materialbearbeitung entwickelt wurden, und die alle ein möglichst günstiges Verhältnis von Produktqualität, Bearbeitungsdauer und Bearbeitungskosten erstreben, gehören in den letzten Jahren besonders im Misch- und Dispergierbereich eingeführte verbesserte Verfahren, in welchen die Bewegung einer Menge ferromagnetischer Elemente im Bearbeitungsstoff mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes genutzt wird, wodurch sich die Zahl der sonst Tür die Übertragung der elektrischen Energie erforderlichen Zwischenglieder wesentlich vermindern läßt. In einem solchen Verfahren werden beispielsweise weichmagnetische Elemente und ein magnetisches Drehfeld verwendet. Dadurch ist zwar die Möglichkeit einer Durchführung des Misch- bzw. Dispergierprozesses unter Druck oder im Vakuum gegeben, die diesen Prozeß verwirklichenden Apparate weisen aber einen niedrigen elektrischen Wirkungsgrad, ein kompliziertes Kühlsystem der elektrischen Wicklung, ein geringes Fassungsvermögen der Arbeitskammer und eine unzureichende Energiedichte auf.

In verwandten Materialbearbeitungsverfahren werden hartmagnetische Ferromagnetelemente und magnetische Wechselfelder, insbesondere pulsierende Magnetfelder verwendet.

Bei diesen Verfahren z. B. gemäß den US-PSen 3219 318 und 3423 880 wird das Bearbeitungsmaterial in eine Kammer von beliebiger Form eingebracht, dann werden magnetisierte Elemente aus einem hartmagnetischen Stoff in dieser Kammer angeordnet. Daraufhin bringt man die Kammer in einem Raum, in welchem ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Das Magnetfeld bringt die magnetischen Elemente in eine chaotische Bewegung, bei der sie sich um ihre Achsen drehen und miteinander zusammenstoßen, wodurch das Material entsprechend bearbeitet wird.

In diesem Verfahren sind die Magnetelemente aus einem hartmagnetischen Material von einer Koerzitivkraft über 50 Oe hergestellt und haben eine unbestimmte, also keine sphärische Form. Ihre mittlere Größe wird im Bereich von mindestens einigen Zehnteln eines Mikrometers bis zu höchstens einem Zoll (2,5 cm) angenommen. Die Magnetfeldstärke betrug über 0,01 Oe und ihre Frequenz bis IMHz.

Diese Verfahren dienen zur Bearbeitung von Stoffen in einer periodischen und ununterbrochenen Betriebsfolge in kleinen Gefäßen (Kasten, Röhren und Kapillaren) sowie zum Schleifen (Bohren) schwerzugänglicher Oberfächenstellen.

Die Einrichtungen, welche die genannten Arbeitsverfahren verwirklichen, enthalten eine elektrische Solenoidwicklung und eine Arbeitskammer aus einem nichtmagnetischen Material, angeordnet im Innen- bzw. Außenraum der Solenoidspule, wo ein sinusförmiges magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Die in die Kammer eingebrachten Magnetelemente aus Bariumferrit bzw. aus einer »Alnico-8«-Legierung (Eisen-Kobalt-Nickel-Aluminium-Legierung) von unbestimmter Form bewirken unter dem Einfluß des Magnetfeldes eine Vermischung bzw. Zerkleinerung des Bearbeitungsmaterials. Die Zahl der Magnetelemente in der Kammer wird so gewählt, daß sie sich bei ihrer Bewegung in der Kammer in genügend großen Abständen voneinander befinden und sich gegenseitig nicht abnutzen, wobei diese Zahl geringer ist als die Zahl der Elemente bei ihrer einschichtigen Anordnung auf der gesamten Bodenfläche der Kammer.

Als Vorzüge dieser letztgenannten Bearbeitungsverfahren und der entsprechenden Einrichtungen gelten die minimale Zahl der Zwischenglieder zur Energieübertragung (elektrische Wicklung, Magnetelemente, Bearbeitungsmaterial), die Einfachheit der elektrischen Wicklung der Anlage und deren leichte Kühlung, die geringen Abmessungen der Anlage sowie eine nahezu geräuschlose Arbeit.

Dennoch sind auch diese Verfahren und Einrichtungen mit wesentlichen Mangeln behaftet.

Der Hauptmangel ist ihre geringe Energiedichte, welche durch die relativ kleine Zahl der Magnetelemente pro Raumeinheit der Arbeitskammer bedingt ist. Demzufolge entstehen große Energieaufwendungen (nicht der gesamte Rauminhalt des Magnetfeldes wird ausgenutzt) pro Einheit des bearbeiteten Produkts, was eine Verteuerung der Materialbearbeitung verursacht, und das wirkt hemmend auf die industrielle Verwendung solcher Einrichtungen. Es wurde experimentell festgestellt, daß eine Vergrößerung der Zahl der Magnetelemente in der Arbeitskammer einerseits zu deren hohem Verschleiß führt, wodurch das Bearbeitungsprodukt verschmutzt wird und die Bearbeitungskosten infolge des hohen Verbrauchs der kostspieligen Magnetkörper ansteigen, und andererseits die tieferliegenden Magnetelemente sich infolge der auf die höherliegenden Elemente wirkenden Schwerkräfte weniger intensiv als die oberen bewegen. Wird eine bestimmte maximal zulässige Schichthöhe der Magnetelemente überschritten, so können keine Änderungen von Daten des Bearbeitungsverfahrens die Elemente mehr in Bewegung bringen. Infolge dieser Erscheinung lassen sich keine Einrichtungen mit hoher Energiedichte und bedeutender Leistung schaffen.

Außerdem konnten wir feststellen, daß eine Bewegung der Magnetelemente im Bereich der in den US-PSen 3219 318 und 3423 880 angegebenen Parameter in der überwältigenden Mehrzahl der Fälle überhaupt nicht stattfindet, d.h. daß die betreffenden Verfahren sich nicht immer nachvollziehen lassen.

In den Einrichtungen, welche die letzten der obenbeschriebenen Verfahren verwirklichen, wird sowohl eine unvollständige Ausnutzung des von der elektrischen Solenoidwicklung erzeugten Magnetfeldraumes durch die Magnetelemente als auch eine Ungleichmäßigkeit des Magnetfeldes festgestellt. Das führt einerseits zu einer geringen Energiedichte der Einrichtungen (nicht über 0,01 kW/dm³) und zur Anordnung der Magnetelemente unter der Wirkung des Feldgradienten in der Zone der Arbeitskammer mit maximaler Feldstärke, wodurch ein zusätzlicher gegenseitiger Verschleiß der Magnetelemente entsteht. Werden außerdem die Nutzmaße der Einrichtung proportional vergrößert, so sinkt ihre spezifische Leistung nach dem Exponentialgesetz infolge der begrenzten Höhe der sich bewegenden Magretelemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile ein Materialbearbeitungsverfahren anzugeben, bei dem Magnetelemente aus hartmagnetischen Stoffen durch ein magnetisches Wechselfeld in einem Raum,

in den ein zu bearbeitendes Material eingebracht ist, in Bewegung versetzt werden, das sich dadurch auszeichnet, daß es eine hohe Leistungsfähigkeit sowie einen hohen elektromechanischen Wirkungsgrad bei relativ geringen Energieaufwendungen je Produktionseinheit gewährleistet, sowie eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben, die eine einfache Konstruktion aufweist.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Materialbearbeitungsverfahren unter Einwirkung auf ein in eine Kammer eingebrachtes Material durch eine große Anzahl von Magnetelementen aus einem hartmagnetischen Stoff, welche in derselben Kammer angeordnet sind und sich unter der Wirkung eines magnetischen Wechselfeldes, das durch eine elektrische Wicklung in einem !5 Raum erzeugt wird, in welchem die Kammer angeordnet ist, chaotisch bewegen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Magnetelemente in der Kammer in einer Schicht angeordnet werden, deren Höhe h_c in folgendem Bereich gewählt wird:

. <2- 10"

B,- ,Hc

P-S

a — die mittlere Größe der Magnetelemente, in

cm;

h_c — die Schichthöhe der Magnetelemente, in cm; B, — die remanente Induktion des hartmagnetischen Stoffes, in Gauß (Gs); Hc — die Koerzitivkraft des hartmagnetischen Stof-

fes nach der Magnetisierung, in Oersted (Oe): ρ — die Dichte des hartmagnetischen Stoffes, in g/cm³;

g — die Fallbeschleunigung, in cm/sek² ist,
und wobei die Feldstärkenamplitude im folgendem Bereich gewählt wird:

P-Ci¹T-

10²

B,

/Z₀ <0.8 ,/

wobei

/ — die Frequenz des Magnetfeldes, in Hz;
H₀ — die Feldstärkenamplitude, in Oersted (Oe); bezeichnen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Einrichtung dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Verwirklichen dieses Verfahrens (der Materialbearbeitung), mit einer Arbeitskammer, gefüllt mit einer großen Anzahl von Magnetelementen aus einem hartmagnetischen Stoff, und einer elektrischen Wirkung, welche die Arbeitskammer umfaßt und in ihr ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, erfindungsoemäß mindestens eine Kammer enthält, deren Höhe 1,1 — 1,5 der Schichthöhe der Magnetelemente beträgt, und die Anzahl der Kammern so gewählt ist, daß deren Gesamtvolumen 0,8 — 1,0 des Arbeitsraums des Magnetfeldes entspricht.

Zum Regeln des Materialbearbeitungsgrades kann man die Feldstärkenamplitude am Materialaustritt aus der Arbeitskammer in umgekehrter Abhängigkeit vom erforderlichen Materialbearbeitungsgrad ändern.

Für ein besseres Zerkleinern und Dispergieren des Materials und eine Verringerung der Abnutzung der Magnetelemente ist es vorteilhaft, Magnetelemente von kugelähnlicher Form zu verwenden. Um die Bearbeitungsintensität zu steigern und Elemente aus Stoffen von hoher magnetischer Permeabilität zu verwenden, ist es vorteilhaft, gleichachsige Magrietelemente zu benutzen. Um den Bearbeitungsprozeß zu beschleunigen und den Verschleiß der Magnetelemente zu verringern.

ist vorzugsweise das Bearbeitungsmaterial in die Arbeitskammer in einer Menge von 20 — 80% des Einfüllvolumens der Magnetelemente einzubringen.

Für eine ununterbrochene Bearbeitung pulverförmiger Stoffe und zum Regeln des Bearbeitungsgrades ist es zweckmäßig, die Arbeitskammer geneigt zur Horizontalebene einzustellen, wobei man den Neigungswinkel im Bereich von 3 — 20° ändern kann.

Zur Aktivierung der pulverförmigen Stoffe, der Verbesserung ihrer Fließfähigkeit und zum Regeln der Durchfiußgeschwindigkeit durch die Kammer kann man in das Bearbeitungsmaterial gasförmige Mittel einpressen.

Für ein intensives und wirtschaftliches Zerkleinern und Dispergieren der Stoffe verwendet man zweckmäßig Magnetelemente, deren Größe die Größe der Teilchen des Bearbeitungsstoffes um das 10 — 200fache übersteigt.

Zur Leistungssteigerung der Einrichtung verwendet man zweckmäßig Kammern, welche parallel oder hintereinander geschaltet sind.

Um den Wirkungsgrad der Einrichtung zu erhöhen, die Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes zu steigern und die für die Bearbeitung der Stoffe erforderlichen Energieaufwendungen zu verringern, verwendet man zweckmäßig eine elektrische Solenoidwicklung mit einem Verhältnis der Länge zu ihrem mittleren Durchmesser von über 3:1.

Um die Arbeitseffektivität der Einrichtung zu steigern, das Gewicht der elektrischen Wicklung zu verringern und die Bedienung zu vereinfachen, kann man eine elektrische Wicklung verwenden, ausgeführt in Form von zwei flachen Ringen, welche auf die ringförmige Arbeitskammer oben und unten aufgesetzt werden und gegenläufige Stromrichtungen haben.

Um Mehrphasenindustriestrom verwenden zu können, ist es zweckmäßig, die elektrische Wicklung aus einzelnen Elementen herzustellen, deren Zahl ein Vielfaches der Phasenzahl des elektrischen Stroms darstellt.

Um eine Regelung des Materialbearbeitungsgrades bei ununterbrochener Betriebsfolge zu ermöglichen, kann man die Einrichtung am Austritt aus der Kammer mit einer zusätzlichen elektrischen Wicklung versehen, welche mit einem Spannungsregler verbunden ist.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht in folgendem: Versuche und theoretische Begründungen der Verhaltensgesetzmäßigkeiten einer Gruppe magnetisierter Elemente aus hartmagnetischen Stoffen in einem magnetischen Wechselfeld zeigten, daß das maximale Drehmoment (die maximale Leistung) der Magnetelemente von den Eigenschaften des hartmagnetischen Stoffes, genauer von den Parametern der dynamischen Hystereseschleife dieses Stoffes abhängt. Die Grenzwerte dieser Leistung liegen bei einer Amplitude der Wechselfeldstärke H₀. welche 0,5 -1,0 der Koerzitivkraft _xHc des Stoffes nach der Magnetisierung beträgt, d.h. wenn H₀ = (0,5 - 1,0) _xHc Oe ist. Um die Berechnungen zu vereinfachen, wird im Hinblick auf die verschiedenen Formen der dynamischen Hystereseschleife der Maximalwert der Wechselfeldstärke gleich H₀ = 0,8 ,Hc an-

^fc "max '

genommen.

Die entwickelte Grenzleistung pro Raum- (Gewichts-) einheit des hartmagnetischen Stoffes verursacht einen dynamischen Grenzdruck, welchen die sich chaotisch bewegenden Magnetelemente ausüben, und bedingt folglich eine Grenzhöhe h_c der Magnetelemente, die sich bei einem Maximalwert H₀ für den gegebenen hartmagnetischen Stoff bewegen. Unter dieser Schichthöhe können sich die Teilchen infolge des Drucks der höher-

liegenden Teilchen nicht bewegen. Theoretisch wurde gezeigt, daß die maximale Grenzhöhe durch die Beziehung bestimmt wird:

(pm-pc)g

B_r — die remanente Induktion des hartmagnetischen Stoffes, in Gauß [Gs); p_m — die Dichte des hartmagnetischen Stoffes, in

g/cm³;
pe — die Dichte der Bearbeitungsflüssigkeit, in g/cm³ und

g — die Fallbeschleunigung, in cm/sek² ist.
Da pe in der Regel höchstens 1,0 und pm = 4 —8 beträgt und außerdem bei der Pulverbearbeitung und der Belüftung von Flüssigkeiten pe weit unter 1,0 liegt, wurde als Rechnungswert

^h<:_max^^:

io-

pm-ξ

20

genommen.

Man konnte auch feststellen, daß es einen minimalen Amplitudenwert der Wechselfeldstärke gibt, welcher erforderlich ist, um eine Gruppe von Magnetelementen, wenigstens in deren oberster Schicht, in eine chaotische Bewegung zu bringen. Dieser Wert hängt von den Eigenschaften des Stoffes der Teilchen, deren Größe sowie von der Feldfrequenz ab und wird durch die Formel

bestimmt, wobei

/ - die Magnetfeldstärke, in Hz;
a - die mittlere Größe der Magnetelemente bezeichnet.

Diese hauptsächlichen Gesetzmäßigkeiten wurden zur Basis der Schaffung hochwirtschaftlicher Materialbearbeitungsverfahren durch Magnetelemente, welche sich in einem magnetischen Wechselfeld chaotisch bewegen, das durch eine elektrische Wicklung erzeugt wird, sowie von Hochleistungsapparaten für verschiedene technologische Prozesse.

Erfindungsgemäß verwendet man eine solche Anzahl magnetische Elemente zur Materialbearbeitung, die bei einer gleichmäßigen Verteilung auf der gesamten Bodenfläche der Arbeitskammer in statischem Zustand eine Schichthöhe im Bereich von

2a</ic<2

pm.g

50

ergibt.

Die untere Grenze der Schichthöhe wurde gleich der doppelten Größe der Elemente gewählt, damit sie während der Bearbeitung eng zusammenwirken.

Nachdem der konkrete Wert von /i_c bestimmt ist, wählt man eine solche Arbeitskammer, deren Höhe h_k höchstens 1.1 bis 1,5 der Schichthöhe der Magnetelemente beträgt. Dadurch wird eine maximale Ausnutzung des Volumens der sich bewegenden Elemente erreicht.

Weiterhin verwendet man eine elektrische Wicklung, bei der fast das gesamte Arbeitsvolumen ihres Magnetfeldes die Arbeitskammer einnimmt. Unter den Grenzen des Arbeitsvolumens ist die Gesamtheit der geometrisehen Punkte des Raumes zu verstehen, in welchem keine Wicklung vorhanden ist und wo die Feldstärkenamplitude mindestens die Hälfte der maximalen Feldstärke

amplitude des Feldes beträgt, das durch die Wicklung erzeugt wurde. So ist beispielsweise für ein genügend langes Solenoid dieses Volumen durch die Stirnflächen des Solenoids und den Innenraum begrenzt.

Nachdem die Arbeitskammer mit dem Bearbeitungsmaterial bzw. dem Materialgemisch beschickt wurde, wird im Arbeitsraum der Wicklung durch Zufuhr einer elektrischen Spannung ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Feldstärke H₀ um die Wicklung muß dazu ausreichen, um die Magnetelemente in Bewegung zu bringen; sie darf jedoch den für den betreffenden Stoff zulässigen Wert nicht übersteigen, d.h. sie muß im Bereich von

10² ·

< H₀ <0,8 ,He Oe

liegen.

Genauer wird der untere Wert von H₀ in Abhängigkeit von den minimalen Bewegungskräften der Teilchen bestimmt, welche zur Durchführung des jeweiligen technologischen Prozesses erforderlich sind. Hierbei ist zu beachten, daß mit einer Erhöhung der Feldstärke die Wärmeverluste des Wicklungsstroms bei gleichbleibender Drahtstärke im quadratischen Verhältnis ansteigen. Darum wird der konkrete Wert von H₀ aus wirtschaftlichen Erwägungen gewählt, wozu man die Energieaufwendungen mit der nötigen Geschwindigkeit der Materialbearbeitung vergleicht.

Die Durchführung der genannten Operationen gewährleistet ein hochwirtschaftliches Materialbearbeitungsverfahren mit Hilfe bearbeitender Elemente mit einer im Vergleich zu den bereits bekannten-Verfahren besser entwickelten spezifischen Oberfläche, da die minimale Größe dieser Elemente nur durch die Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials beschränkt ist. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nur in einer solchen Einrichtung möglich, in welcher die erforderlichen Abmessungsverhältnisse der Einrichtung und die Parameter des Verfahrens eingehalten sind. Der praktisch erreichte elektromechanische Wirkungsgrad, worunter man das Verhältnis der zur Bewegung der Kugeln erforderlichen Energie zur gesamten, aus dem elektrischen Netz verbrauchten Energiemenge versteht, beträgt 0,85 für Einrichtungen mit einem Rauminhalt der Arbeitskammer bis zu 100 Liter. Mit einer Inhaltssteigerung der Kammer wird der Wirkungsgrad der Einrichtung entsprechend erhöht.

Bei einer automatischen bzw. Fernregelung des Materialbearbeitungsgrades verwendet man ein Verfahren, bei welchem am Austritt des Materials aus der Kammer eine zusätzliche Wicklung angeordnet wird, mit deren Hüte die Amplitude der Magnetfeidstärke am Ausiriü aus der Kammer in den oben angegebenen Bereichen geändert wird. Der auf diese Weise erhaltene regelbare »Magnetverschluß« ermöglicht eine zügige und genauere Leistungsregelung und daher auch eine entsprechende Regelung des Materialbearbeitungsgrades.

In der Praxis lassen sich zur Leistungsregelung auch gewöhnliche Klappen und Schieber verwenden. Um den Verschleiß der Magnetelemente durch den Bearbeitungsstoff sowie durch den Zusammenprall und die Reibung untereinander zu verringern, ist es zweckmäßig, Elemente von runder Form, vorwiegend kugelähnliche Elemente zu verwenden. Diese Feststellung gilt sowohl für keramische hartmagnetische als auch für metallische Stoffe. Als Sonderarten dieser Form sind Kugeln und Ellipsoide zu betrachten.

Bei der Verwendung hartmagnetischer Stoffe mit einem

Verhältnis der remanenten Induktion zur Induktionskoerzitivfeldstärke über 1,0 muß man gleichachsige Elemente benutzen, d.h. solche Elemente, die das gleiche Trägheitsdrehmoment in Bezug auf ihre drei durch den Schwerpunkt verlaufenden und senkrecht zueinander stehenden Achsen haben. Diese Forderung ist durch die Gefahr der Entstehung eines entgegengesetzten Drehmoments bei ungleichachsigen Elementen mit einer höheren magnetischen Permeabilität bedingt.

Es wurde festgestellt, daß die Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit der Materialbearbeitung vom Volumen des Bearbeitungsmaterials abhängt; je weniger Material sich in der Kammer befindet, desto schneller läßt es sich bearbeiten. Dennoch sollte das Volumen des Materials einen Minimalwert nicht unterschreiten, da bei einer allzukleinen Materialmenge zwischen den Magnetelementen diese sich übermäßig gegenseitig abnutzen. Die bevorzugte Beschickungsmenge der Kammer mit dem zerkleinerten Material entspricht einem Verhältnis von dessen Einfüllvolumen zum Einfüllvolumen der Magnetelemente im Bereich von 20 — 80%, wobei 50% als optimal zu empfehlen sind, da sich hierbei der gesamte Raum zwischen den Magnetelementen ohne Materialüberschuß ausfüllen läßt.

Durch Versuche konnte man feststellen, daß bei ununterbrochener Bearbeitung pulverförmiger Stoffe die Durchlaufgeschwindigkeit des Materials durch die Kammer und folglich dessen Bearbeitungsgrad vom Neigungswinkel der Kammer zur Horizontalen abhängen. Ein derartiges Bearbeitungsverfahren erscheint zweckmäßig bei manueller Leistungsregelung. Optimale Neigungswinkel der Kammer zur Horizontalebene sind Winkel im Bereich von 3 -20°.

Versuche mit Einrichtungen zur Durchführung der obengenannten Bearbeitungsverfahren zeigten, daß es Tür jeden Pulverstoff eine maximal zulässige Länge der geneigten Kammer gibt, bei welcher der Bearbeitungsstoff die Kammer im Selbstfluß (d. h. unter der Wirkung seines Eigengewichts) passiert. Diese Länge ist einerseits durch die Maximalhöhe der Elementenschicht und andererseits durch die Schüttbarkeit des Bearbeitungsmaterials beschränkt. Beispielsweise für Zement darf die Maximallänge der Kammer 1 m und für Tonerde (Al₂O₃) der y-Modifikation 1,5 m nicht übersteigen. Zur Verbesserung des Durchlaufs durch eine längere Kammer wird dem Material ein gasförmiges Mittel, z.B. Luft zugeführt. Dieses Mittel begünstigt eine größere Beweglichkeit des Materials infolge dessen Belüftung und der Erzeugung eines Gaspolsters. Durch eine Erhöhung der Zufuhr dieses Mittels kann man nicht nur die Kammer verlängern, sondern auch die Bewegung des Materials durch die Kammer beschleunigen, d.h. damit auch den Bearbeitungsgrad regeln.

Aus der Beschreibung der drei letztgenannten Verfahrensvarianten folgt, daß das Material die Kammer im Selbstfluß passiert, wobei dessen zeitliche Durchlaufgenauigkeit den Einsatz spezieller Aufgabe- und Dosiereinrichtungen erübrigt. Beim Zerkleinern und Dispergieren der Stoffe werden Magnelelemente benutzt, deren mittlere Größe im Bereich der 10-200fachen mittleren Teilchengröße des Bearbeitungsmaterials gewählt wird. Als Wahlkriterium der Größen der Magnetelemente dient die folgende Richtlinie: zum Beschleunigen der Materialbearbeitung ist eine möglichst große bearbeitende Fläche der Elemente erforderlich, d.h. ihre Größe muß möglichst klein sein. Ihre minimale Größe ist jedoch sowohl durch den Winkel unter dem die Materialteilchen erfaßt werden, als auch durch die von jedem Magnetelement entwickelte und zum Zerkleinern der Materialteilchen erforderliche Leistung beschränkt. Anhand der Stoffzerkleinerungstheorie und von Untersuchungen im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren sowie der entsprechenden Einrichtung wurde festgestellt, daß es für die Praxis zweckmäßig und ausreichend ist. die Größe der Magnetelemente im Bereich des 10 — 200fachen der Größe der Materialteilchen zu wählen.

Um das Wesen der Erfindung besser begreiflich zu machen, wird nachstehend eine konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtungen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 das Schema einer Einrichtung zur Materialbearbeitung mit einer Solenoidwicklung und einer Arbeitskammer im Längsschnitt;

Fig. 2 das gleiche. Ansicht nach Pfeil »K«

Fig. 3 das gleiche mit drei parallelgeschalteten Arbeitskammern, im Längsschnitt;

Fig. 4 eine Einrichtung zum Materialbearbeiten mit Ringwicklungen und einer Arbeitskammer, im Querschnitt;

Fig. 5 das gleiche, mit zwei parallelgeschalteten Arbeitskammern, im Querschnitt:

Fig. 6 eine Einrichtung zum Materialbearbeiten mit einer Solenoidwicklung und mehreren Arbeitskammern, im Querschnitt;

Fig. 7 eine Einrichtung zum Materialbearbeiten mit drei hintereinandergeschalteten Kammern, wobei jede Kammer in einer Solenoidwicklung angeordnet ist, im Längsschnitt.

Die in den Zeichnungen dargestellten Einrichtungen enthalten eine Arbeitskammer 1 (Fig. 1—7) aus einem nichtmagnetischen Material — aus nichtrostendem Stahl bzw. Gummi, in der eine Vielzahl magnetischer Elemente 2 von vorzugsweise kugeiähnlicher Form untergebracht ist. Die Magnetelemente 2 sind aus hartmagnetischem Material, beispielsweise aus Bariumhexaferrit bzw. aus Legierungen wie Mangan-Aluminium, Samarium-Kobalt, »Tikonal« (Titan-Kobalt-Aluminium), »Alnicko« (Aluminium-Nickel-Kobalt-Eisen) u.a. hergestellt.

Die Arbeitskammer 1 ist in einem Raum angeordnet, in welchem mit Hilfe einer sie umfassenden elektrischen Solenoid- 3 bzw. Ringwicklung 3' ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Am Ausgang der Kammer 1 ist eine zusätzliche elektrische Wicklung 4 (Fig. 1, 2) angeordnet, verbunden mit einem Spannungsregler 5. welche die Möglichkeit bietet, die Leistung des Prozesses (den Materialbearbeitungsgrad) durch entsprechende Änderung der aktiven Querschnittsfläche der Kammer 1 an deren .Ausgang zu regeln.

Um die Magnetelemente 2 in der Arbeitskammer 1 zu halten, ist die Ausgangsstirnfläche der Kammer durch ein Netz 6 überdeckt, und an die Eingangsstirnfläche der Kammer grenzt ein Aufgabebunker 7 an. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann man auch mit mehreren Arbeitskammern 1 (Fig. 3, 5 — 7) in der Arbeitszone des Magnetfeldes ausführen. In einer Ausführungsvariante der Einrichtung sind die Kammern 1 (Fig. 3) aneinander anliegend und parallel übereinander angeordnet, wobei der Bunker 7 sämtliche Eingangsstirnseiten der Arbeitskammern 1 umfaßt. Die elektrische Solenoidwicklung 3 besteht aus einzelnen elektrisch miteinander verbundenen Elementen, deren Zahl ein Vielfaches der Phasenzahl (A, B, C) des die Wicklung speisenden elektrischen Stroms beträgt. An den Eingangsstirnseiten der Arbeitskammern sind geneigte Zwischen-

wände 8 vorgesehen, welche das Herausfallen der Magnetelemente 2 aus den Arbeitskammern 1 verhindern und einen parallelen Durchgang des Beschickungsmaterials in den Kammern gewährleisten.

In einer anderen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Materialbearbeitungseinrichtung ist die Arbeitskammer 1 zwischen zwei elektrischen Wicklungen 3' (Fig. 4) angeordnet, ausgeführt in Form von zwei flachen Ringen, welche elektrisch und gegenläufig miteinander verbunden sind. Die Arbeitskammer 1 stellt ein Hohltoroid dar, welches im Radialschnitt eine rechteckige Form hat. Die Innenwand des Toroids bildet ein Netz 6. An der Außenseite ist die Kammer 1 von einem Bunker 7 umfaßt. Die Ringwicklung 3' ist durch eine kegelförmige Haube 9 geschützt.

Bei mehreren (zwei) Arbeitskammern 1 mit Ringwicklungen 3' (Fig. 5) werden die Kammern übereinander angeordnet, wobei der Aufgabebunker 7 sämtliche Kammern umfaßt. Die Vorzüge der Einrichtungen mit ringförmigen Wicklungen bestehen im geringen Verbrauch an Wicklungsdraht pro Raumeinheit der Arbeitskammer, in einfacher Bauart und leichter Bedienung.

Möglich ist auch eine Ausführungsvariante der Einrichtung, in welcher die Arbeitskammer aus mehreren (sechs) zylindrischen Kammern 1 (Fig. 6) zusammengesetzt ist. wobei diese untereinander angeordnet und durch Netze 6 voneinander getrennt sind. Sämtliche Kammern sind hierbei von einer durchlaufenden Solenoidwicklung 3 umfaßt. An die obere Kammer grenzt der Aufgabebunker 7 an.

In einer der konstruktiven Ausfuhrungsvarianten besteht die Einrichtung aus drei unabhängig voneinander angeordneten Kammern 1 (Fig. 7), die miteinander durch Mittel verbunden sind, welche einen sukzessiven Durchgang des Materials während der Bearbeitung aus einer Kammer in die nächste gewährleisten und im gegebenen Falle Rohrleitungen 10 darstellen. An sämtlichen Stirnseiten der Kammern 1 sind Netze 6 angeordnet. Die Schichthöhe der Magnetelemente in der Kammer in statischem Zustand ist mit h_c und die Höhe der Kammer mit h_k (Fig. 1 und 4) bezeichnet. Sämtliche angeführten Einrichtungen sind hauptsächlich für eine ununterbrochene Materialbearbeitung bestimmt; sie können jedoch gleichfalls für die periodische (einmalige) Bearbeitung eines Materials verwendet werden. Für sämtliche Einrichtungen ist ein Verhältnis der Kammerhöhe h_k zur Schichthöhe /i_c der Magnetelemente im Bereich von 1,1 bis 1,5 angenommen. Die Kammern nehmen praktisch den gesamten Arbeitsraum des Magnetfeldes, genauer einen Bereich von 0,8 — 1,0 des Feldvolumens ein.

Die Länge »L« der elektrischen Solenoidwicklung 3 in den in Fig. 1 und 6 dargestellten Einrichtungen beträgt das 3 —15 fache ihres mittleren Durchmessers »£>«, wodurch sich die Ungleichmäßigkeit des Magnetfeldes über die Länge der Kammer hin verringern und damit die Gleichmäßigkeit der Materialbearbeitung erhöhen sowie der Verschleiß der Magnetelemente entsprechend herabsetzen läßt. Ist die Wicklung 3 (Fig. 2) rechteckig oder ähnlich gestaltet, so wird ihr äquivalenter mittlerer Durchmesser nach der Formel

bestimmt^ wobei »a« und »ö« die mittlere Höhe und Breite der Wicklung bezeichnen.

Die Verwendung von Mehrphasenstrom ermöglicht die Erzeugung eines »laufenden« Magnetfeldes in der Solenoidwicklung. Bei der Bewegungsrichtung des laufenden Feldes entgegengesetzt der Schwerkraft kann die Schichthöhe h_c der Magnetelemente vergrößert werden, wodurch die Möglichkeit entsteht, Hochleistungseinrichtungen sogar mit nur einer einzigen Arbeitskammer zu schaffen.

Die oben beschriebenen Einrichtungen arbeiten folgendermaßen: Vor Arbeitsbeginn wird die Kammer 1 (Fig. 1 — 7) mit einer Schicht von Magnetelementen 2 gefüllt, deren Höhe entsprechend den Eigenschaften des Magnetstoffes nach dem oben angeführten Verhältnis gewählt wird. Dann wird an die elektrische Wicklung 3 eine Wechselspannung angelegt, mit deren Hilfe in der Kammer 1 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Bei einer bestimmten Feldstärkenamplitude, welche entsprechend den Eigenschaften des Magnetstoffes, der Feldfrequenz und der Größe der Magnetelemente gewählt wird, kommen die Magnetelemente in der Kammer in eine chaotische Bewegung, deren Hauptkomponente eine Drehung darstellt. Das zu bearbeitende Material gelangt in Pfeilrichtung »c« im Selbstfluß (d.h. unter der Wirkung seines Eigengewichts) aus dem Aufgabebunkter 7 in die Kammer 1, wo es der Einwirkung von Schub- und Schlagkräften durch die Magnetelemente 2 ausgesetzt wird. Nach dem Passieren der Kammer 1 und des Netzes 6 am Ausgang der Kammer gelangt das Fertigprodukt in Pfeilrichtung »rf« in einen Sammelbehälter (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Verwendung einer zusätzlichen Wicklang 4 und eines Spannungsreglers 5 ermöglicht eine Regelung der Feldstärkeamplitude am Austritt des Materials aus der Kammer und damit auch der Höhe der Arbeitsschicht der Magnetelemente am Ausgang der Kammer, wodurch ein »Magnetverschluß« geschaffen wird. Der Materialbearbeitungsgrad steht in umgekehrter Abhängigkeit zur Amplitude der Feldstärke in der Wicklung 4.

In einem weiteren Regelverfahren des Materialbearbeitungsgrades wird eine entsprechende Änderung des Neigungswinkels der Kammer zur Horizontalebenc verwendet, und in einem anderen benutzt man Gaszufuhr (vorwiegend Luft) in das zu bearbeitende Material. Alle diese Bearbeitungs verfahren beruhen auf einer Änderung der Vcrwcilzeit des Produkts in der Kammer.

Nachfolgend werden konkrete Beispiele der Durchführung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren und der entsprechenden Einrichtungen angeführt.

Beispiel 1

Dieses Beispiel betrifft die Anwendung der vorliegenden Erfindung am Beispiel der Feinzerkleinerung von y-Aluminiumoxyd (Tonerde).

Die Dispersität des Ausgangspulvers nach dem mikrometrischen Meßverfahren war gleich 100 μπι. Das feinzerkleinerte Material dient als Schleifmittel für Schleifund Polierpasten. Als bearbeitende Magnetkörper dienten isotrope kugelförmige Elemente aus Bariumhexaferrit von 5 mm Durchmesser. Die berechnete Höhe der Schicht für das Magnetmaterial betrug

max

0,02-2100-3000

= 25 cm

pm-g 5-981

wobei ß = 2100 Gs; ,//c=3000 Oe; p = 5 g/cm³; g = 981 cm/sek² betragen.

In der Kammer 1 (Fig. 1 und 2) wurden die Magnetelemente 2 in einer Schicht mit einer Höhe von /i_c= 12 cm angeordnet, um eine gleichmäßige Materialbearbeitung über die gesamte Schichthöhe zu erreichen. Das erklärt sich dadurch, daß die in der Schicht tieferliegenden

Magnetelemente weniger intensiv arbeiten, besonders, wenn ein Teil der Elemente gerlagere Magneteigenschaften aufweist.

Die maximal möglLhe Feldstärkenamplitude betrug

^W<W ⁼ °-⁸ i^Hc ^{= 240}° ^Oe
Die minimal zulässige Amplitude H₀ war gleich
>·α²/² 100·5·0,5²·50²

tin . =

^υητιπ

B_r

2100

= 130 Oe

wobei a = 0.5 cm./= 50 Hz (Netzfrequenz des Industriestroms) betragen. Die angenommene Feldstärkenamplitude war gleich 800 Oe. Dieser Wert wurde unter der Bedingung minimaler Energieverluste in der elektrischen Wicklung und des zulässigen Kupferverbrauchs für diese Wicklung bestimmt, weicher 6 kg/Liter des Kammervolumens betrug. Die Höhe h_k der Kammer entsprach dem Verhältnis h_kjh_c= 1.25 d.h. sie betrug 15 cm. Die übrigen Maße der Einrichtung wurden entsprechend der Leistungsfähigkeit, der Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes, der Möglichkeit einer Bewegung des Materials im Selbstfluß sowie der Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung gewählt.

Die Hauptparameter der Einrichtung waren: Rauminhalt der Kammer= 100 Liter, deren Länge= 120 cm, ihre Breite = 60 cm: die elektrische Wicklung umfaßte dicht die Arbeitskammer; sie bestand aus 16 Wicklungselementen, wobei das letzte Element mit einem Spartransformator verbunden war. Die Dicke der aufgewickelten Kupferschicht in der Wicklung war gleich 4 cm, die Anzahl der Mahlkörper betrug 130 kg. das Einfüll volumen der Magnetelemente war gleich 80 Liter, das Volumen der Tonerde in der Kammer war gleich 50 Liter.

Die Tonerde gelangte aus dem Aufgabebunker 7 im Selbstfluß zum Eingang der Kammer 1. Die Einrichtung wurde unter einem Winkel von 6 — 7" zur Horizontalen eingestellt, wodurch die Möglichkeit eines freien Durchlaufs des Materials über die Gesamtlänge der Kammer entstand. Die mittlere Zerkleinerungszeit (Verweilzeit im Apparat) betrug 3 — 4 Minuten. Dabei lag die Dispersität der zerkleinerten Tonerde im Bereich von 20 μιη nach dem mikrometrischen Meßverfahren. Die Kontrollproben wurden periodisch alle 10 Minuten entnommen. Im Laufe der Arbeit wurde eine zeitliche Gleichmäßigkeit der Leistung des Apparats und eine konstante Dispersität des feinzerkleinerten Materials festgestellt. Der Energieaufwand betrug 15 kWh/t. Die Leistung wurde auch mit Hilfe einer zusätzlichen Wicklung geregelt, was eine Erleichterung des Betriebs bedeutet. Der Verschleiß der Magnetelemente war etwa 0,2 kg/t. Die Leistung bei ununterbrochener Zerkleinerung betrug etwa 1000 kg/h.

Gegenüber den bekannten Zerkleinerungsverfahren, beispielsweise in Kugelmühlen, erwies sich das erfindungsgemäße Verfahren laut den Ergebnissen von Vergleichsprüfungen in der spezifischen Leistung und den Energieaufwendungen zig mal effekiiver; im Vergleich zur Zerkleinerung in Strahlmühlen ist das vorliegende Verfahren einige Hunderte Male wirtschaftlicher.

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Beispiel 2

In einem Apparat mit den im Beispiel 1 angegebenen Parametern wurde das gemeinsame Nachmahlen von Zement und Asche durchgeführt. Die kugelähnlichen Magnetelemente waren aus einer Mangan-Aluminium-Legierung ausgeführt und hatten eine Größe von ca. 4 mm. Um den Transport des Bindemittels durch die Kammer 1 (Fig. 1) zu erleichtern, wurde Luft zugeführt wozu in der Kammer ein Rohrstutzen 11 vorgesehei war. Die Ausgangsstoffe waren: Zement mit 400 kg/cm Druckfestigkeit und Asche mit 18% Brennstoffgehalt die spezifische Ausgangsfläche des Gemisches war gleicl 3200 cm²/g.

Bei Gewichtsmengen von 75% Zement und 25^ Asche erhielt man folgende Resultate: spezifische End fläche 5150cm²/g (nach dem Koseni-Karman-Verfahren) Leistung = 11 /h: Energieaufwand =»,20 kWh/?; Verschleil der Magnetelemente = 0,5 kg/t des Bearbeitungsmateri als. Die Druckfestigkeit des feingemahlenen Bindemit tels war nach 28 Tagen gleich 504 kg/cm², d.h. es wurdei 25 % Zement eingespart und dabei die Qualität des Binde mittels erhöht.

Bei Gewichtsmengen von 50 % Zement und 50 % Aschi erhielt man andere Resultate, und zwar: spezifisch! Endfläche 4850 cm/g; Verschleiß der Magnetelementi 0,7 kg/t des Bearbeitungsmaterials. Die Druckfestigkei des feingemahlenen Bindemitteis war nach 28 Tagei gleich 380 kg/cm², d.h. es wurde bis zu 50% Zemen eingespart, und die Qualität des Bindemittels bliel praktisch erhalten.

Die übrigen Parameter blieben die gleichen wie zuvor Um solche Kennwerte mit den bekannten Schwing- unc Strahlmühlen zu erreichen, müßten die Mahlkosten un das 2 —5fache vergrößert werden.

Beispiel 3

Dieses Beispiel betrifft die Durchführung des vor liegenden Verfahrens zur Nachmahlung von Portland zement. Das Ausgangsmaterial — Portlandzement mi einer spezifischen Oberfläche von 3000 cm²/g, gemessei nach dem Luftdurchlässigkeitsverfahren, hatte nacl 28 Tagen eine Druckfestigkeit von 430 kg/cm². Es wurdi dabei eine Einrichtung mit einem Rauminhalt der Arbeits kammer 1 (Fig. 4) gleich 10 dm³ verwendet. Die kugel förmigen Magnetelemente aus Bariumhexaferrit voi 5 mm Durchmesser wurden in die Kammer in eine Schicht von 8 cm Höhe eingeschüttet. Der Kupferver brauch betrug 5 kg/dm³ des Kammervolumens. Dii spezifische Fläche des Portlandzements nach dem Zer mahlen war 5200 cm²/g, und die Druckfestigkeit wa 650 kg/cm². Der Verschleiß der Magnetelemente wa gleich 1,0 kg/t, der Energieverbrauch bis zu 20 kWh/t die Leistung bis zu 100 kg/h. Die Mahlkosten de: Materials in den bekannten Schwingmühlen waren be den gleichen Kennwerten doppelt so hoch wie in de erfindungsgemäßen Einrichtung.

Beispiel 4

Dieses Beispiel betrifft das Dispergieren von Pigmentei in Bindemitteln. Dispergiert wurde eine Suspension bestehend aus Gasruß und Alkydharzlack bei einen Gewichtsverhältnis entsprechend 7:3. Die Magnetele mente waren kugelförmig, 2 —4 mm groß, aus einer Man gan-Aluminium-Kohlenstoff-Legierung hergestellt. Di< Schichthöhe der Magnetelemente in den Kammern 1 (Fig. 6) war 5 cm, die Höhe der Kammern 7 cm, dieZah der Kammern 6, der gesamte Rauminhalt der Kämmen war gleich 3 dm³, die Zahl der Elemente der elektrischei Wicklung war 3 — 6.

Die Dispersität der Suspension vor dem Dispergierer war über 200 μιη: nach dem Dispergieren war sie gleict 15 μιη; die Magnetfeldstärke = 500 Oersted; der Ener gieverbrauch 30 kWh/t der Suspension; der Verschleii

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der Magnetelemente 1,0 kg/t der, Suspension, Leistung 30 kg/h. Der Bearbeitungsprozeß war 1,5—2mal wirtschaftlicher als in den bekannten Metallperlenmühlen.

Beispiel 5

Dieses Beispiel betrifft die Durchführung des vorliegenden Verfahrens am Beispiel des Emulgierens einer Mischung von Silikonharz mit einer 1 %-Lösung von Polyvinylalkohol im Verhältnis 1:1. Die erhaltene Emulsion dient als Bestandteil von Wasseremulsionsfarben.

Es wurden hierbei gleichachsige zylindrische Magnetelemeute aus einer Aluminium-Kupfer-Nickel-Kobalt-Legierang von 5 mm Durchmesser und 5 mm Länge verwendet. Um den Verschleiß der Magnetelemente herabzusetzen, wurden diese mit einer Kunststoffhülle von 0,5 —1,0 mm Dicke überzogen. Der Rauminhalt jeder der drei Arbeitskammern 1 (Fig. 1) war gleich 5 dm³, die Schichthöhe der Magnetelemente 8 cm, die Höhe jeder Kammer 10 cm. Die Magnetfeldstärke war gleich 300 Oe, der Energieverbrauch 30 kW/t der Emulsion, die Leistung war 50 kg/h. Der Bearbeitungsprozeß war doppelt so wirtschaftlich wie das Emulgieren in Läuferemulgatoren. Die erhaltene Emulsion wies eine hohe Homogenität auf und entmischte sich im Laufe eines Monats nicht.

Beispiel 6

^K

Dieses Beispiel betrifft eine weitere Ausführungsvariante des vorliegenden Verfahrens am Beispiel der Vermischung von Kohlendioxyd mit Wasser. Es wurden zylinderförmige Magnetelemente von geringer Höhe (etwa 4 mm) und 8 mm Durchmesser verwendet. Die · Elemente wurden mit einer 1 mm starken Hülle aus Polyurethanharz überzogen. Der Rauminhalt der Arbeitskammer 1 (Fig. 1 und 2) betrug 5 dm³, die Magnetfeldstärke war 1000 Oe, die Schichthöhe der Magnetelemente h_c = 8 cm, der Energieverbrauch war 2,0 kWh/m³ des Wasservolumens. Die Sättigung des Wassers mit Gas dauerte 10 sek. Der Arbeitsprozeß erwies sich um das 3 —5 fache wirtschaftlicher als in den bekannten Absorptionsapparaten.

Wie man aus der Beschreibung ersehen kann, ist die Wirtschaftlichkeit der vorliegenden Einrichtungen in industrieller Ausführung im Vergleich zu den besten bekannten Einrichtungen der Weltpraxis für die genannten technologischen Prozesse um ein Vielfaches (bis um das 20fache und darüber) höher. Darüber hinaus ist ihre Bauart und Bedienung einfach, sie haben kleine Abmessungen und ein geringes Gewicht.

Die bekannten Einrichtungen arbeiten geräuschvoll und vibrieren im Betrieb, wodurch ihre Bedienung erschwert ist und die Kapitalaufwendungen ansteigen. Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet fast geräuschlos, was für das Bedienungspersonal eine wesentliche Erleichterung bedeutet. Dank dem geringen Gewicht pro Gewichtseinheit des Bearbeitungsmaterials kann die vorliegende Einrichtung ohne besondere Fundamente arbeiten. Die Bauart der vorliegenden Einrichtungen bietet die Möglichkeit, Industrieanlagen zu schaffen, welche eine hohe Leistung — bis zu 100 Tonnen Material in einer Stunde und darüber aufweisen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Materialbearbeitungsverfahren durch Einwirkung auf einen in eine Kammer eingebrachten Stoff durch eine große Anzahl von Magnetelementen aus einem hartmagnetischen Material, welche in der gleichen Kammer angeordnet sind und sich unter der Wirkung eines magnetischen Wechselfeldes, erzeugt durch eine elektrische Wicklung in einem Raum, in welchem die Kammer angeordnet ist, chaotisch bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (2) in der Kammer (1) in einer Schicht angeordnet werden, deren Höhe in folgendem Bereich gewählt wird: Φ '