DE3240057A1

DE3240057A1 - Verfahren zum betrieb einer vorrichtung zum zerkleinern, mischen und/oder ruehren von substanzen

Info

Publication number: DE3240057A1
Application number: DE19823240057
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Yokohama Kanagawa Nakamura; Yasuo Chigasaki Kanagawa Watanabe
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1983-05-19
Also published as: JPS61135B2; JPS5876151A; US4632316A

Description

Fuji Electric Co., Ltd.
1-1, Tanabeshinden,
Kawasaki-ku, Kawasaki-shi
Kanagawa, Japan

Fuji Electric Corporate Research and Development, Ltd.
No. 2-2-1, Nagasaka, Yokosuka-shi, Kanagawa, Japan

Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum
Zerkleinern, Mischen und/oder Rühren von Substanzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach «lern Oberbegriff <les Anspruchs 1 zum Betrieb einer Vorrichtung zum Zerkleinern, Mischen und/oder Rühren von Substanzen, die einen Behälter aufweist, der ferromagnetische oder leitende nicht-magnetische Arbeitskörper zusammen mit den zu zerkleinernden, zu mischenden und/oder zu rührenden Substanzen enthält, wobei ein Wandermagnetfeld erzeugt wird, das auf die Arbeitskörper so wirkt, daß sie eine starke Zufallsbewegung durchführen.

Eine solche Vorrichtung ist bereits früher vorgeschlagen worden (P 32 33 926.7). Sie weist den zwischen einem oberen und einem unteren Wandermagnetfeld-Generator eingeschlossenen Behälter auf. Die Wandermagnetfeld-Generatoren weisen Spulen, beispielsweise je eine dreiphasige Wechselstromwicklung, auf und die Magnetfelder wandern in entgegengesetzter Richtung.

Bei dieser Vorrichtung wird in den Arbeitskörpern eine Spannung induziert, so daß ein Wirbelstrom fließt. Aufgrund der gegenseitigen Wirkung zwischen diesem Strom und den Wandermagnetfeldern wirkt auf diese Arbeitskörper eine elektromagnetische Antriebskraft in der Richtung des Wandermagnetfelds ein. Bei ferromagnetischen Arbeitskörpern wirkt außerdem zusätzlich zu dieser Antriebskraft eine Anziehungskraft in Richtung auf die Wandermagnetfeld-Generatoren ein. Bei nicht-magnetischen Arbeitskörpern herrscht indessen eine Abstoßungskraft. Wegen dieser elektromagnetischen Wirkungen erzeuge-n die Arbeitskörper eine starke, schnelle wirre Bewegung im Behälter und wirken iiuf die

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qomeinsam mit ihnen im Behälter enthaltenen Substanzen so ein, daß sie sie gleichzeitig zerkleinern, mischen und rühren. Die beschriebene Vorrichtung ist für verschiedene Zwecke zum Pulverisieren und zum Mischen körniger Materialien, zum Mischen und Rühren von Flüssigkeiten, zum Bereiten von Emulsionen, zum Bilden kleinster Luftblasen, zur Beschleunigung chemischer Reaktionen usw. anwendbar. Der Effekt kann auch erzielt werden, wenn nur ein einziger Wandermagnetfeld-Generator entweder oben oder unten am Behälter installiert ist.

Die wirre Bewegung der Arbeitskörper ändert sich mit deren Größe und Qualität, dem Behältervolumen, dem Prozentsatz der in den Behälter eingefüllten Arbeitskörper, der Feldstärke des Wandermagnetfelds usw. Verschiedene Tests haben ergeben, daß es eine magnetische Mindestfeldstärke gibt, die erforderlich ist, um die Arbeitskörper in die wirre Zufallsbewegung zu versetzen, wenn das Behältervolumen, die Größe der Arbeitskörper und deren in den Behälter eingefüllter Prozentsatz festgelegt sind. Bei einem Betrieb mit dieser Mindestfeldstärke ist es jedoch schwierig, die Zufallsbewegung der Arbeitskörper stabil aufrechtzuerhalten. Zum Aufrechterhalten des praktischen Betriebs muß die magnetische Feldstärke ausreichend größer sein als diese beschriebene Mindestfeldstärke. Obwohl nämlich die Arbeitskörper anfänglich, wenn die Vorrichtung mit der zum Erzeugen der Zufallsbewegung erforderlichen magnetischen Mindestfeldstärke in Betrieb genommen wird, in wirbelnde Bewegung geraten, vermindert sich doch diese Zufallsbewegung der Arbeitskörper allmählich aufgrund der Anziehungskraft und Abstoßungskraft zwischen den Arbeitskörpern und den Wandermagnetfeld-Generatoren, sowie durch magnetische Anziehungskraft, Zusammenstöße, Reibungskraft und dergleichen zwischen den Arbeitskörpern. Es ist schließlich die Erscheinung zu beobachten, daß die Arbeitskörper die Bewegung vollständig einstellen, und zwar in einem Zustand, in dem sie einander überlappend auf eine Seite geraten. Eine genauere Untersuchung dieses Zustande zeigt, daß die Arbeitskörper dann ähnlich wie Ziegelsteine aufgereiht sind und unter dem Einfluß der magnetischen Anziehungskraft jedes von ihnen zusammenhängen.

Befinden sich dann die Arbeitskörper im Stillstand, so wird die Substanz nicht mehr weiter bearbeitet. Diese Erscheinung kann auch im

Fall von nicht-magnetischen Arbeitskörpern auftreten.

Wird andererseits in diesem Zustand die magnetische Feldstärke des Wandermagnetfelds auf einen gegebenen Wert erhöht, so wirkt die elektromagnetische Antriebskraft in Richtung des Wandermagnetfelds so stark, daß die aufgereihten Arbeitskörper sich biegen und die Zufallsbewegung wieder beginnen, wobei der normale Betriebszustand wiederhergestellt ist. Sofern die hohe Magnetfeldstärke von Betriebsbeginn an aufrechterhalten wird, so tritt die Erscheinung der Beendigung der Zufallsbewegung nicht auf.

Die magnetische Feldstärke für den praktischen Betrieb der Vorrichtung muß also ausreichend größer als die zum Erzeugen der Zufallsbewegung erforderliche Mindestfeldstärke gemacht werden. Mit der hohen magnetischen Feldstärke, die nicht im Betriebsverlauf zu einem Stillstand der Zufallsbewegung führt, kann ein stetiger Betrieb durchgeführt werden. Ein solches Betriebsverfahren erfordert indessen den Aufwand einer sehr hohen Magnetfeldstärke während des Betriebs im Regelzustand, in dem die Arbeitskörper die Zufallsbewegung an sich auch mit der niedrigen magnetischen Feldstärke durchführen würden, so daß insofern ein sehr hoher Leistungsverbrauch eintritt. Die magnetische Feldstärke ist nämlich proportional dem Spulenstrom des Wandermagnetfeld-Generators, während die Verluste in der Spule proportional dem Quadrat des Stroms sind. Die Versuche haben gezeigt, daß die zum Wiederstarten der Zufallsbewegung der Arbeitskörper, die während des regulären Betriebs mit angelegtem Magnetfeld die Bewegung eingestellt haben, erforderliche zusätzliche magnetische Feldstärke mehr als 50 bis 80 % der zum Erzeugen der Zufallsbewegung notwendigen Mindestmagnetfeldstärke beträgt. Dieses Betriebsverfahren ist deshalb wegen seines relativ niedrigen Wirkungsgrads nachteilig, da im Vergleich zum normalen Betrieb angenähert das Doppelte der regulären Leistung erforderlich ist, und zwar während der gesamten Betriebszeit. Ein weiterer Nachteil besteht im Erfordernis einer größeren Kühlkapazität des Spulenkühlers aufgrund der erhöhten Wärmeverluste.

Demgegenüber kann durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung eine zum Energiesparen ausgerichtete Vorrichtung eine stabile Operation

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mit niedrigem Leistungsverbrauch dauerhaft durchführen.

Dies wird dadurch erreicht, daß man die magnetische Mindestfeldstärke, die notwendig ist, damit die Arbeitskörper eine Zufallsbewegung im _t Wandermagnetfeld ausführen, als Basis verwendet und den regulären Betrieb mit geringfügig größerer magnetischer Feldstärke ausführt, und auf eine Betätigung von außen hin oder aber periodisch eine Änderung der Feldstärke des Wandermagnetfelds durchführt, beispielsweise, indem das Magnetfeld für eine kurze Zeit sehr stark gemacht wird oder es für eine kurze Zeit zu Null gemacht wird.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Durchführungsbeispiels im Vergleich zu einem Ausgangspunkt der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung, an der die Erfindung anwendbar ist;

Fig. 2 einen Schnitt in einer Ebene II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Einstellung einer Zufallsbewegung von Arbeitskörpern gemäß einem ersten Betriebsverfahren, von dem die Erfindung ihren Ausgang nimmt;

Fig. 4 und 5 zeitliche Feldverlaufsdiagramme zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung gemäß einer früher vorgeschlagenen Bauart. Ein Behälter 1 enthält eine Anzahl ferromagnetische!· oder nicht-magnetischer Arbeitskörper 2 sowie zu bearbeitende Substanzen. Er liegt eingeschlossen zwischen einem oberen Wandermagnetfeld-Generator 3 und einem unteren Wandermagnetfeld-Generator A, die einander gegenüberliegen. Jeder der Generatoren 3 und L, ist mit einer Spule 5 ausgestattet, die beispielsweise eine dreiphasige Wechselstromwicklung ist, wobei die Wandermagnetfelder eine entgegengesetzte Richtung aufweisen, wie durch Pfeile φί bzw. f>2 dargestellt ist.

Bei Betrieb mit der zur Erzeugung der Zufallsbewegung der Arbeitskörper 2 erforderlichen Mindestfeldstärke erleiden diese eine Anziehungskraft auf die Wandermagnetfeld-Generatoren 3 und 4 zu oder eine Abstoßungskraft von diesen weg. In Fig. 3 ist der Zustand dargestellt, in dem der Großteil der Arbeitskörper 2, die beispielsweise ferromagnetische Substanzen sind, unbeweglich an den Seitenwänden des Behälters 1 haften, da sie von den Generatoren 3 und L, angezogen werden.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Betriebsweise nach Fig. 4, worin die Feldstärke über der Zeit aufgetragen ist, stellt Ho die Mindestfeldstärke der Wandermagnetfelder dar, die erforderlich ist, damit die Arbeitskörper ihre Zufallsbewegung durchführen. Eine etwas höhere Feldstärke H₁ wird erhalten, indem die Feldstärke H mit einem Sicherheitsfaktor multipliziert wird. Diese Feldstärke H. dient dann für den normalen Betrieb. Eine Feldstärke H„ ist erforderlich, um die Arbeitskörper wieder zum Starten der bei anliegendem Wandermagnetfeld steckengebliebenen Zufallsbewegung zu bringen. Der Betrieb der Vorrichtung wird mit der magnetischen Feldstärke H₁ gestartet, wenn die Vorrichtung zu einer Zelt t insgesamt eingeschaltet wird. Die Feldstärke wird dann mit gegebener Frequenz jeweils für eine kurze Periode der Zeit t auf H„ erhöht. Als Beispiel sei angegeben, daß die Feldstärke von H₁ auf H„ mit einer Periode von einigen Minuten für nur einige Sekunden erhöht wird. Die Periode braucht hierbei nicht konstant zu sein, sondern kann sich auch ändern.

Wenn sich bei dieser Betriebsweise die magnetische Feldstärke periodisch erhöht, wirkt auf die Arbeitskörper kurzzeitig eine starke magnetische Antriebskraft aufgrund der Wirkung der magnetischen Feldstärke ein, und zwar jedesmal dann, wenn die Feldstärke hoch ist. Durch diese Anregung wird die Zufallsbewegung aktiviert. Die Arbeitskörper kommen also auch dann, wenn ihre Zufallsbewegung durch Reibung, Anziehungskraft und dergleichen wie erwähnt abzunehmen beginnt, nicht anschließend zu einem Stillstand, sondern kehren zur normalen Zufallsbewegung zurück, so daß diese insgesamt mit Sicherheit andauert. Im Vergleich zu einem Betriebsverfahren, bei dem die Magnetfeldstärke H_ während der gesamten Betriebszeit aufrechterhalten wird, ist hier im regulären Betrieb die Feldstarke nur IL und wird

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nur für eine kurze Zeit auf IL erhöht. Der Leistungsverbrauch wird also entsprechend erniedrigt und desgleichen wird auch die Wärmeentwicklung vermindert. Dies ermöglicht also einen energiesparenden Betrieb hohen Wirkungsgrads. Als Steuereinrichtung zur Durchführung des beschriebenen Vorgehens sind Klemmen, die den magnetischen Feldstärken H₁ und H„ entsprechen, an der Speiseseite der Wandermagnetfeld-Generatoren installiert und zwischen ihnen wird durch Verwendung einer Zeitsteuerung alternierend umgeschaltet.

Fig. 5 zeigt ein weiteres beispielhaftes Betriebsdiagramm. Hierbei ist die magnetische Feldstärke für den regulären Betrieb auf H₁ festgesetzt und wird periodisch für nur kurze Zeit t auf Null reduziert. Auch gemäß diesem Beispiel wird periodisch eine elektromagnetische Anregung angesetzt. Durch Untersuchungen wurde bestätigt, daß selbst dann, wenn sich die Zufallsbewegung im einzelnen verlangsamt hat und wenn Arbeitskörper den Zustand erreichen, in dem sie einander anziehen und sich aufzureihen beginnen, sich die einmalige Nullreduzierung des Wandermagnetfelds so auswirkt, daß die Anziehungskraft aufgehoben wird und der auf der magnetischen Anziehungskraft beruhende Zusammenhalt der Arbeitskörper lose wird. Entsprechend ermöglicht es die elektromagnetische Kraft, die durch das unmittelbar nach diesem Zustand angelegte Magnetfeld erzeugt wird, daß die Arbeitskörper die Zufallsbewegung wieder beginnen. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist es erforderlich, daß ein Nutzzyklus-Betrieb unter Steuerung durch einen Zeitgeber so durchgeführt wird, daß das periodische An und Aus der Leistungszufuhr zu den Wandermagnetfeld-Generatoren alternierend wiederholt wird. Ebenso wie das des vorhergehenden Beispiels bewirkt auch dieses Vorgehen eine stabile bleibende Zufallsbewegung der Arbeitskörper und einen Energiespareffekt.

Als weiteres Beispiel ist es möglich, die magnetische Feldstärke periodisch beispielsweise in Form einer Sinuskurve zusätzlich zum in der Zeichnung dargestellten Rechteck verlauf zu ändern.

Wie beschrieben, dient das Verfahren dem regulären Betrieb mit einer magnetischen Feldstärke, die geringfügig höher ist als diejenige Mindestfeldstärke, die erforderlich ist, damit die Zufallsbewegung der

Arbeitskörper erzeugt wird, wobei durch die periodische Feldstärkenänderung des Wandermagnetfelds eine periodische Anregung auf die Arbeitskörper für eine bestimmte andauernde Zufallsbewegung ausgeübt wird. Im Vergleich zu einer Arbeitsweise, bei der die Arbeitskörper die Zufallsbewegung durch Aufrechterhaltung einer hohen magnetischen Feldstärke während der gesamten Betriebszeit beibehalten, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch niedrigeren Leistungsverbrauch, höheren Energiespareffekt und somit verminderte Betriebskosten aus.

Als Beispiele für Arbeitskörper seien stabförmige, im Querschnitt beispielsweise kreisförmige oder quadratische Körper genannt, die an den Enden Verdickungen aufweisen können, mit einer Stablänge von 15 mm und einem Durchmesser von 2 ram. Das Material kann Kohlenstoffstahl sein. Diese Bemessungen werden im Einzelfall in Abhängigkeit vom zu bearbeitenden Material, von dessen Soll-Korngröße, der Behältergröße usw. gewählt.

Zusammengefaßt seien noch kurz die magnetischen Feldstärken erläutert: H = magnetische Mindestfeldstärke, die zur Erzeugung der Zufallsbewegung der Arbeitskörper erforderlich ist; H₁ = magnetische Feldstärke für den regulären Betrieb; H„ magnetische Feldstärke, die erforderlich ist, um die Arbeitskörper wieder neu zu starten, nachdem die Zufallsbewegung bei anliegendem Magnetfeld hängengeblieben ist.

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Claims

Patentanwalt . Anton Freiherr Rieder er VOn Paar Müllerstraße 31 D-8OOO München 5 Φ München (089) 26 60 60 Frhr. Riederer v. Paar, Müllerstr. 31, D-XOOO München 5 Telex 52^90^ rlaim rl t' claims München Konten: I)»i riudir Vcrnn\lj«nk MunJicn ViI 1V3 fill Z 70'. ::.' /;. tifiiu-inilrsp.irk«'.«· (jiuiini: ft.M C71 (111 / 7„: .ViC ·>Ζ· I'ii>iuJinkkiinlii Miitnlu-n IVJI IV-Ki.1' fHl / '.3 HD SOi !ill Ref: Fuji Electric Co., Ltd. Moinc 1-1, Tanabeshinden, m>'° ^c': Kawasaki-ku, Kawasaki-shi Kanagawa, Japan Fuji Electric Corporate Research and Development, Ltd. No. 2-2-1, Nagasaka, Yokosuka-shi, Kanagawa, Japan Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Zerkleinern, Mischen und/oder Rühren von Substanzen Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieb -einer Vorrichtung zum Zerkleinern, Mischen und/oder Rühren von Substanzen, mit einem Behälter (1), der aus ferromagnetischem oder nicht-magnetischem Material bestehende Arbeitskörper (2) enthält und wenigstens einem Wandermagnetfeld-Generator (3.4) gegenüberliegt, wobei die zu zerkleinernden, zu mischenden und/oder zu rührenden Substanzen im Behälter enthalten sind und die Arbeitskörper durch eine magnetische Kraft aufgrund der vom oder von den Wandermagnetfeld-Generatoren gegen die Wandermagnetfelder erzeugten Aktion zu einer heftigen Zufallsbewegung angeregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man einen regulären Betrieb mit einer magnetischen Feldstärke (H.) durchführt, die geringfügig größer ist als diejenige magnetische Mindest-Feldstärke (H ), die als Grundlage zum Ermöglichen der Erzeugung der Zufallsbewegung der Arbeitskörper (2) im Wandermagnetfeld erforderlich ist, und man die magnetische Feldstärke für das Wandermagentfeld periodisch ändert (H„).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die magnetische Feldstärke des Wandermagnetfelds periodisch für eine kurze Zeit im Vergleich zur magnetischen Feldstärke während des regulären Betriebs erhöht (Fig. 4).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die magnetische Feldstärke des Wandermagnetfelds periodisch für eine kurze Zeit auf Null reduziert (Fig. 5).