DE316499C - - Google Patents

Description

λ, fⁱ Jk\<

KLASSE 12e GRUPPE

, ' In vielen mechanischen, chemischen und metallurgischen Verfahren ist eine ausgiebige

'■■■ Bewegung der unter gewöhnlichem Luftdruck, unter Überdruck oder unter Vakuum

- 5 stehenden Flüssigkeit zwecks gleichmäßiger Mischung derselben oder aus anderen Grün-

: den chemischer oder pysikalischcr Natur' er-

'·■·'·.. forderlich. Bei der Verarbeitung von feuergefährlichen, explosiblen. Flüssigkeiten und

ίο Gemischen ist hierbei ein luftdichter Ab-... Schluß derselben nach· außen besonders er-■" wünscht.

•■■^: . Die Bewegung der Flüssigkeit kann nun z. B. rein mechanisch durch ein Rührwerk oder durch Umschütteln erfolgen. .Soll hierbei der Überdruck bzw. das'Vakuum dauernd im Innern des Gefäßes aufrecht erhalten werden, · so sind besondere umständliche und Energie verzehrende Verbindungsvorrichtuu-

2o"'gen zwischen Gefäß Und mechanischer Übertragung bzw^ Rohrleitung erforderlich.

Die Bewegung von Flüssigkeiten kann jedoch auch durch Benutzung, magnetischer Felder erfolgen.' Ein solcher Vorschlag rührt

z. B. von Leopold P5 e 11 ν i t de L a i 11 e her (französisches Patent 322609), bei dem . ein mechanisch bewegter Stahl- oder Gleichstrommagnet seine Bewegung infolge magnetischer Fernwirkung auf seinen in der Flüssigkeit, untergebrachten Anker überträgt. ■.E. A. Ashcroft (vgl. britisches Patent .12083 ^{von 1}S)⁰S) 5648 von 1905 und 146 von 1906) benutzt zu dem gleichen Ziel die Wechselwirkung zwischen.einem gleichgerichteten magnetischen Feld und den in der Flüssigkeit verlaufenden Stromfäden. Die . Wirkungs- ■ weise dieses Verfahrens beruht also hier auf der elektrodynamischen Kraftwirkung zwi- -

; sehen Strom und Magnetfeld. ^: Λ .

i Eine Bewegung von elektrisch leitenden .4° Flüssigkeiten läßt sich aber auch durch An- ■ 'wcndung magnetischer Wechselfelder, die ;' '.' stationär im Raum angeordnet sind, errei- ..,:. chcn. Durch das schwingende Feld wird bei ' · geeigneter Anordnung (vgl. das Buch von 45 R ο d e η h a u s e r & Schönawer über »Elektrische öfen«, 1911,-S. 133 und 155, so-wie die Wirkungsweise des Kjellin-Ofens) in- ; ;> folge der Induzierung von Wechselströmen··: ■ im Bad eine Bewegung desselben hervorge- 50 rufen. Die Flüssigkeit stellt sich hier infolge ■'; '■ der elektrodynamischen Kraftwirkung zwisehen Feld und induzierten Strömen so ein, ■■'.-.- · daß die äußere Kante der Flüssigkeitsober-.

.fläche höher steht als die innere, was infolge 55 ungleichmäßiger Abkühlung der Flüssigkeits- .... ^:. teilchen am inneren und äußeren Rand des ' . Bades eine rollende Bewegung des Bades zur . ; ■ Folge hat. ■ . ·

Bei der vorliegenden Erfindung kommt im 60 Gegensatz zu den vorerwähnten A^erfahren, /. ^: die entweder ein gleichgerichtetes oder ein einfach schwingendes Magnetfeld benutzen, ■'·. ein magnetisches Dreh feld zur Anwendung, '; durch welches Wirbelströme in der elektrisch 65 leitenden Flüssigkeit induziert werden, die in Wirbelwirkung mit dem induzierenden magnetischen Drehfeld treten und dadurch , ein kreisförmiges Umrühren der Flüssigkeit ■ oder des Metallbades hervorrufen. Das Ge- 70 faß kann also hierbei feststehend angeordnet werden. Alle Dichtungen für bewegliche

Übertragungsorgane können somit hier in Fortfall kommen. '

Das kreisförmige Umrühren des Bades bedingt eine innigere und energischere Durchmischung der Flüssigkeitsteilchen, da die Umfangsgeschwindigkeit bei geeigneter Geschwindigkeit des Drehfeldes eine höhere sein ■wird als die z. B. nur rollende Bewegung des Bades beim Kjellin-Ofen.

ίο Das Prinzip der vorliegenden Erfindung läßt sich durch folgenden einfachen Versuch darstellen: Stellt man in das Innere eines Stators eines Drehstrominduktionsmotors ein Gefäß, welches mit einer leitenden Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, gefüllt ist, und verbindet, nun die Statorwicklurig mit einem Drehstromnetz, so wird die im Gefäß befindliche Flüssigkeit, sofern die Gefäßwanderungen für die magnetischen Kräftlinien durchlassig sind, in Drehung geraten, und zwar im Sinne des Drehfeldes.

Durch das Schneiden der Kraftlinien des Drehfeldes werden nämlich in der leitenden flüssigkeit Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme treten in Wechselwirkung mit dem Drehfelde und erzeugen die vom Drehstrominduktionsmotor her bekannten magnetischen Zugkräfte, die die Drehung des sekiin-' dären Teiles, hier der Flüssigkeit, ver-

Ursachen. ■ ' .

Gleichzeitig erwärmen aber die Wirbelströme infolge Jouleschen Effektes die Flüssigkeit. Diese Erwärmung in Verbindung mit der Bewegung verursachen somit eine chemische Läuterung. der Flüssigkeit. Istz.B. die über dem Flüssigkeitsspiegel liegende

- Atmosphäre sauerstoffhaltig, so tritt infolge' des Heizeffektes der Wirbelströme und der lebhaften Bewegung bzw. Durchmischung der

Flüssigkeit eine Ausscheidung aller Fremdkörper durch Oxydierung bzw.. Verbrennung auf.

Die sekundliche Drehzahl der bewegten Flüssigkeit entspricht dann der bekannten Be-/iehung

wobei s der entsprechende Schlupf der Flüssigkeit und H_s die synchrone Drehzahl des' magnetischen Drehfeldes entsprechend · der Beziehung

60 · ν '

.'.·-■ ^ns ~T~

bedeutet und ν die Periodenzahl des Stromes und p die Polpaarzahl des Ständers ist. Die mittlere Umlaufsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist dann, wenn d_m deren mittlerer Durchmesser ist,

d_m· π · η d_m · π 16ο·υ —s^λ

6ο ~ 6ο \ P

Auf der Zeichnung sind verschiedene Aus-, führungsformen der 'Erfindung zur Darstellung gebracht, und zwar zeigt: ·^:

•Fig. 1 und 2 die erste Ausführungsform,. .wobei Fig. 2 ein Schnitt//-// der Fig. .1 ist,

Fig. 3 und 4 die zweite Ausfüh"ungsfonn, ■.wobei Fig. 4 ein Schnitt IV-IV der Fig. 3 ist, und

Fig. 5 und 6 die dritte Ausführungsform, wobei Fig. 6 ein Schnitt VI-VI der Fig. 5 ist.

Es bezeichnet i gemäß Fig. 1 und 2· den nach Art eines Ständers eines Induktionsmotors aus geblättertem Eisen bestehenden primären Teil, 2 die in Nuten untergebrachte, Wicklung, die bei Anwendung von Drehstrom dreiphasig ist, 3 das im Innern der' Ständerbohrung angeordnete Gefäß, dessen äußere Wandungen aus einem für die Kraftlinien des vom Ständer induzierten magnet;- sehen Drehfeldes durchlässigen Material bestehen. Das Gefäß 3 trägt einen Deckel 4, der mit einem Flansch zwecks Anschraubens des Rohrstutzens 6 versehen ist. Das Rohr 9 'dient z. B. zum Abführen der entstehenden Gase 0. dgl. Das Rohr kann deshalb nach außen oder zu einer Luftpumpe geführt werden. -Die Pumpe kann auch zur'Herstellung' einer Luftleere im Raum 8 über der zu be- V handelnden Flüssigkeit 7 oder zur Erzeugung eines Überdruckes dienen. :

Die Wirkungsweise ist folgende:

Wird der mehrphasigen Wicklung" 2. c!?s/·..' Ständers 1 ein mehrphasiger Wechselstrom \ ■ zugeführt, so entsteht ein magnetisches Drehfeld, dessen Drehsinn Pfeil 14 anzeigt.

Die Kraftlinien desselben durchdringen die Gefäßwand und induzieren im Innern der Flüssigkeit 7, sofern dieselbe elektrisches ....·■ Leitvermögen besitzt, Wirbelströme. Diese verursachen im Verein mit dem magnetischen Drehfeld des Ständers das Auftreten einer elektrischen magnetischen Zugkraft, und zwar im Sinne des Drehfeldes. Die Flüssigkeit wird also unter dem Einfluß des magnetischen Drehfcldes in Drehung geraten, wie der Pfeil 14 anzeigt. Hierbei werden die Flü.ssigkeits-teilchen eine um so größere Umfangsgeschwindigkeit besitzen, je weiter sie von der . Mittelachse 10, ti entfernt liegen. Die Teilchen.in der Mittelachse der Flüssigkeit erhalten gar keine Bewegung, weil hier die Geschwindigkeit des induzierten Drehfeldes = 0 ist. Handelt es sich um eine Flüssigkeit, welche ein geringes magnetisches Leit- 115 ; vermögen besitzt, so wird infolge des großen * magnetischen Widerstandes das magnetische Drehfeld und somit auch das erzeugte .Drehmoment in der Flüssigkeit nur gering'sein.

Gemäß der Ausführuiigsform Fig. 3 und 4 werden diese Nachteile beseitigt.

Das Gefäß 3 besitzt hier die Form einer

ringförmigen Rinne oder Mulde, welche eben-... so, wie in Fig. i. dargestellt", mit einem Deckel versehen sein kann. Damit der magnetische Widerstand für. die Kraftlinien des magnetisehen Drehfeldcs -möglichst gering ausfällt, '. ist im Innern der Anordnung ein nach Art des Läufers eines Induktionsmotors gebauter, geblätterter Eisenkörper 15 vorgesehen. Dieser kann fest oder, wie bei Ausführungsform .10 Fig. 3· .und 4, drehbar gelagert sein. Bei der drehbaren Anordnung des Läufers fallen die Eisenvcrluste im Läufer geringer aus als bei feststehendem Eisenkörper, wo diese Verluste der vollen Frequenz des Ständerstromes ent-' sprechen würden. Auch müßten in diesem Falle Widerstände der Statorwicklung vorgeschaltet, werden, um das. Auftreten eines

■ Kurzschlußstromes zu vermeiden. Dadurch

■ würde aber ein erheblicher Teil der clektrisehen Energie nutzlos in Form von Stroni-' wärme vergeudet werden. ■ . ■

Der Läufer kann auch zwecks Verstärkung des Drehmoments mit Kurzschluß- oder zwecks Regelung mit Phasenwicklung versehen sein.

Es bezeichnet in den Fig. 3 und 4 1 den Stator, .2 die Wicklung desselben, welche in • den Nuten 12 untergebracht ist, 3 das ringförmige Gefäß, 7 die zu behandelnde Flüssig-.30 keit, 13 die Richtung des Stator-Drehfcldes, 14. die Richtung der Flüssigkeitsströmung, r5 den Läufer, welcher mittels Welle 16 drehbar gelagert ist, τ 7 Halslager, 18 Spurlager, 19 Kurzschlußbolzen, 20 Kurzschlußring, 21 Keil, mittels welchem der Läufer auf die Welle 16 aufgekeilt ist, 22 Drehrichtung des Läufers. , ·

Durch die Anordnung eines Kurzschluß-.. ankers erhält man eine einfache Ausführungsform. Wird hingegen eier drehbare Teil der Anordnung mit Phasenwicklung und Schleifringen (nach Art eines Schleifringankers) verseilen, so erhält man den Vorteil einer bequemen Regelung der Drehgeschwindigkeit .45 und des' Drehmomentes' beim Anlassen.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 5

und 6. Hier soll die Vergeudung von Energie

'. durch im sekundären Stromkreis vorgesehene Widerstände ganz vermieden werden.
Zu diesem Zwecke ist der Läufer 19' mit . der Welle 16 konachsial zum Ständer. 1 und dem Gefäß 3 verschiebbar. Dies kann, wie

■ in Fig. 5 und 6 angenommen, in-der Weise geschehen, daß die. Welle 16 oben im Lager 17 geführt ist. Am unteren Ende ist die Welle mit dem Führungsring 23 versehen, der im Muffen- bzw. Spurlager 22 gelagert

' ' ist. Die Muffe 22 ist mit der Welle 32 versehen, die im Lager 18 und 33 geführt ist und mit dem Oucrzapfen 26 versehen ist. Dieser Querzapfen ruht in einer gabelförmigen Pfanne des Hebels 25, dessen Drehpunkt. 24 ist. Das andere Ende des Hebels ist mit dem Gegengewicht und Zahnradkranz 27 verschen. In diesen greift die Schraubenwelle 28 ⁶5 hinein, die in 29 und 30 drehbar gelagert ist. Mittels der Handkurbel ,3Γ. kann die Welle 28.'· verstellt und damit der Hebelarm 25 bzw. der. Querbalken 26 nach auf- oder abwärts bewegt· werden. Damit wird auch die Welle 32 bzw. 7° Welle 16 mit Läufer 19 (ungeachtet der. ' ^: drehenden Bewegung des letzteren) konachsial zum Ständer 1 bzw. Gefäß 3 verschoben.

Entsprechend dieser Bewegung wird die,.. Länge des Kraftlinienwcges des Drehfeldes 75 in der Luft vergrößert oder vermindert. In crstercm Falle wird somit der magnetische Widerstand vergrößert, im letzteren Falle, derselbe verkleinert. Dem entspricht dann eine Schwächung bzw. Verstärkung,des mag-. 8p netischen Drehfeldcs.

Abgesehen von dieser Art der Regelung ist ; die Ausführungsform Fig. 5 und 6 noch dazu, bestimmt, das vorliegende Verfahren der Durchwirbelung von Flüssigkeiten mittels .85 eines magnetischen Drehfeldes^J auch für jene Flüssigkeiten anwendbar zu machen, die nur . kleine oder überhaupt keine elektrische Leit- ·:■■ , fähigkeit besitzen. ■

Um trotzdem eine Bewegung der Flüssig- 9° keit in diesem Falle zu erreichen, werden, \vie Fig. 5 und 6 zeigt, in derselben'freibe-.· wegliche Körper 8 vorgesehen, deren spezifi- ' . sches Gewicht kleiner, gleich oder auch grö- .-■ ßer wie das der umgebenden Flüssigkeit 7 95 sein kann. Diese Körper, müssen aus einem. ,^:, Material entsprechend . großer elektrischer ' Leitfähigkeit bestehen, z. B. aus Metallku- . ■ geln, die zum Schutz gegen den ätzenden Einfluß der Flüssigkeit mit einem Emailüberzug 100 oder mit Edelmetallüberzug .0. dgl. versehen ■ sein können. . ■

In Fig. 5 kommen z.B.. in der Flüssigkeit angeordnete Mctallkugcln zur Anwendung·.

Unter dem Einfluß eines magnetischen 105 Drehfeldcs werden in diesen Metallkugcln . Wirbclströme induziert. In Wechselwirkung zum induzierenden, magnetischen Drehfeld , rufen diese Wechselströme elektrodynamische Zugkräfte hervor, unter deren Wirkung die 110 Kugeln in Bewegung geraten, und zwar in . Richtung des Drehfeldes. ■ : .·'

Die Bewegung dieser Kugeln überträgt sich auf die umgebende Flüssigkeit und diese . nimmt somit an der Bewegung teil. Statt der 115 ' Kugeln können auch drehbar gelagerte Me- ■'..· . tallringe verwendet werden. Dieselben sind .^l. in der Flüssigkeit angeordnet und übertragen·. ihre Bewegung auf diese. Um diese Wirkung - ·,·■ zu verstärken, können diese Ringe auch noch 120 mit Schaufeln oder Rippen versehen sein.

Um die Bewegung der Flüssigkeit und die

dadurch hervorgerufene Mischung derselben besonders wirkungsfähig zu gestalten, ist es zweckmäßig, den Drehsinn der Flüssigkeit zeitweise oder fortwährend zu ändern. Dies kann in der Weise geschehen, daß der Drehsinn des magnetischen Drehfeldes durch Vertauschen zweier Phasenzuführungen des Ständers umgekehrt wird. Es kann' dies auch in bestimmten Zeitabständen in rein selbsttätiger Weise erfolgen, . "

Die in der Flüssigkeit bzw. bei Aüsführungsform Fig. 5 in den Metallkörpern 8 induzierten Wirbclströme können gleichzeitig zur Erwärmung der Flüssigkeit herangezogen werden. Dadurch, daß man die Flüssigkeit dem Einfluß eines magnetischen Drehfeldes l)zw. der Induktion von · Wirbelströmen in ihr aussetzt, wird auch eine physikalische bzw. chemische Wirkung hervorgerufen, die eine Reinigung bzw. Veredelung der Flüssigkeit erzeugt. . ..

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche: .

   1. 'Verfahren zur kreisförmigen Bewegung von Flüssigkeiten behufs deren Behandlung (Reinigung, Veredelung it. dgl.) mittels eines magnetischen Feldes, gekennzeichnet durch die Verwendung eines magnetischen. Drehfeldes, wobei die Flüssigkeit in einem Gefäß untergebracht ist, das innerhalb eines nach Art des Ständers eines Induktionsmotors gebauten fest-, stehenden Drehfelderzeugers angeordnet ist und dessen Wandungen aus einem für . die Kraftlinien des.Drehfeldes durchlässigen Material bestehen. . ■ , ,

   2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß .'die Flüssigkeit sich in einem ringförmigen' Behälter befindet, der zwischen dem feststehenden, induzierenden primären Teil und einem festen oder drehbar gelagerten, geblätterten Eisenkörper angeordnet ist.

   3· Ausführungsform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare sekundäre Eisenkörper nach Art eines Kurzschlußankers mit Kurzschlußwicklung versehen ist. .'■·.- . _

   4. Ausführungsform nach Anspruch 2, ' . dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare sekundäre . Eisenkörper nach Art eines Schleifringankers mit Phasenwick-. lung, Schleifringen und Anlaßwiderständen versehen ist.

   5. Ausführungsform nach Anspruch 2,

   3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ' drehbare Teil des Drehfeldes gegen den •feststehenden in konachsialer · Richtung verschiebbar ist.

   ,6. Ausführungsform nach Anspruch 2 bis 5, dadurch'gekennzeichnet, daß der drehbare Teil des Drehfeldes in achsialer- Richtung feststeht, dagegen der nicht drehbare Teil des Drehfeldes in konachsialer Richtung verschiebbar ist.

   7. Ausführungsform nach Anspruch 2; bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre und sekundäre Eisenkörper in achsialer Richtung feststeht, dagegen das Gefäß mit der zu behandelnden Flüssigkeit konachsial zu beiden verschiebbar ist..

   8. Ausführungsform nach Anspruch i\ ·'. bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der kreisförmig zu bewegenden Flüssigkeit frei bewegliche Teile mit entsprechender elektrischer Leitfähigkeit angeordnet ' sind. ■ , ■ . ^: '. ■

   9. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu bewegenden Flüssigkeit drehbar gelagerte Metallringe mit Schaufeln oder !■tippen angeordnet sind. ■ ■

   10. Ausführungsform des A^erfahrens nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehsinn der Flüssigkeit durch Umkehren des Drehsinnes cles magneti- ; sehen Drehfeldes zeitweilig oder ' in bestimmten Zeitabständen verändert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

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