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Hochgradient-Maqnetabscheider
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von
magnetischen Teilchen aus einer Aufschlämmung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Sie nimmt damit Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise
aus der US-PS 3,567,026 ergibt.
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Die Magnetabscheidung ist ein Verfahren zur Trennung von magnetischen
Partikeln aus einer Aufschlämmung oder aus einem Gas. Dazu dienen sich konkurrierende
Kräfte, wie die magnetische Kraft auf Teilchen mit geeigneter Suszeptibilität und
die Gravitation, die Reibung oder die Massenträgheit. Die magnetische Kraft tritt
in einem inhomogenen Magnetfeld auf und wirkt für Substanzen deren Suszeptibilität
grösser als Null ist in Richtung der Zunahme des Magnetfeldes: Fm = Vp ( #p -#o)
Ho grad Bo p p x p = Suszeptibilität des Partikels p xo = Suszeptibilität des Mediums
V = Volumen des Partikels p
Ho = magnetische Feldstärke grad B =
Gradient der magnetischen Induktion 0 Je grösser der Term f = H grad B ist, desto
kleiner m o o und weniger stark magnetisierbare Partikel lassen sich abscheiden.
Dabei muss beachtet werden, dass nicht die Maxima von fm, sondern deren Durchschnittswert
im Abscheideraum von Bedeutung ist. Sehr hohe durchschnitt-11 Kraftdichten 3 liche
Kraftdichten um 101l N/m3 lassen sich mit Hilfe der zu Beginn der 70er-Jahre eingeführten
Hochgradient-Magnetabscheider (HGMS) erzielen. Das Herz dieser Apparatur ist eine
Stahlwollematrix, die sich in einem Magnetfeld befindet und starke Feldgradienten
erzeugt. Typische Feldwerte sind 0.5 bis 2 T mit normalleitenden Magneten und 4
bis 8 T mit supraleitenden. Die magnetisierbaren Teilchen einer Aufschlämmung, die
durch die Matrix hindurchfliesst, werden zu den Stahlwollefilamenten gezogen und
lagern sich dort an. Wenn das Filter beladen ist, muss es ohne Magnetfeld ausgewaschen
werden, womit man die magnetische Fraktion des Trennprozesses erhält.
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Diese Technik erlaubt sehr kleine Partikel im Mikrometerbereich mit
Suszeptibilitäten bis herab auf 10 6 m3/kg (spezifische Suszeptibilität) abzuscheiden.
Im Prinzip können damit alle Festkörper behandelt werden, sofern es gelingt unmagnetische
Teilchen an magnetische Trägerpartikel anzulagern (sog. Impftechnik). Damit entsteht
ein sehr grosses Anwendungspotential für die HGMS-Technik.
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Typische Gebiete sind die Mineralaufbereitung, die Wasserbehandlung
und Anwendungen in der Chemie und der Biologie.
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Eine bekannte Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren Teilchen
in einem Fluid besteht darin, das Fluid durch eine Kammer zu leiten, die sich im
Magnetfeld einer
zylindrischen Elektromagnetspule befindet. Die Kammer enthält eine
Füllung aus ferromagnetischem Material, z.B. Stahlwolle, wodurch die benötigten
Feldinhomogenitäten erzeugt werden. Apparaturen solcher Art sind z.B.
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in den US-Patentschriften 3,567,026 und 3,627,678 beschrieben. Ein
wichtiger Nachteil dieser Vorrichtung zeigt sich, wenn die ferromagnetische Matrix
mit Teilchen gesättigt ist und gereinigt werden soll. Dazu muss das Magnetfeld abgeschaltet
und die Matrix ausgewaschen werden. Der Betrieb ist folglich nicht kontinuierlich.
Wird die Matrix ringförmig geformt und derart drehbar angeordnet, dass sie das Feld
des Elektromagneten durchläuft, so kann die Anlage kontinuierlich arbeiten. Die
Reinigung der Matrix erfolgt dann ausserhalb des Magnetfeldes.
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Diese sog. Karussellanordnung ist in der US-Patentschrift 3,920,543
beschrieben.
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Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung eines weitgehend kontinuierlichen
Betriebs besteht darin, zwei oder mehr Kanister koaxial anzuordnen und abwechslungsweise
ins Magnetfeld zu schieben. Dies ist in der deutschen Patentschrift 24 33 008 beschrieben.
Weil dort jeder Kanister (Matrixelement) jeweils den ganzen Bohrungsraum (Nutzraum)
der Spule einnimmt, kann der Betrieb nicht ganz kontinuierlich gestaltet werden.
Zudem nimmt der Strömungswiderstand für die Trübe bei zunehmender Beladung der Matrix
zu, was unerwünscht ist. In Bezug auf die Feldführung ist die Anlage ebenfalls mangelhaft,
denn die Kanister werden koaxial bewegt, was die Verwirklichung einer guten Feld
führung ausserhalb des Solenoids erschwert.
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Hinzu kommen hohe erforderliche Verschiebungskräfte für das Herausbewegen
der grossen Kanister aus dem Magnetfeld.
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Ein Nachteil dieser Vorrichtungen ist die ungenügende Ausnützung des
Magnetfeldvolumens und die Notwendigkeit eines Eisenjochs. Falls supraleitende Magnete
eingesetzt werden, entstehen hohe Streufelder. Diese Nachteile lassen sich mit einer
torusförmigen Matrixkammer, um die eine Spule gewickelt ist, vermeiden. Eine Trennwand
unterteilt den Torus in eine Ein- und Auslassseite. Die deutsche Patentschrift 23
29 453 beschreibt eine solche Vorrichtung. Ungelöst ist dabei das Problem der Matrixreinigung,
welche ein Abschalten des Magnetfeldes und Spülen verlangt. Somit arbeitet die Anlage
nicht kontinuier-1ich. Zudem muss viel Spülmedium eingesetzt werden um die angelagerten
Partikel durch die lange, torusförmige Matrix zum Auslass zu transportieren. Weiter
kann die Matrix kaum, oder nur aufwendig, ausgetauscht werden, und ihr Ersatz ist
mit einem Betriebsunterbruch verbunden.
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Ausgehend vom geschilderten Stand der Technik, insbesondere nach der
US-PS 3,567,026 liegt der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet
ist, die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen,
die einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht und bei welcher die Reinigung und
der Austausch der Matrix in einfacher und wirtschaftlicher Weise möglich ist.
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Durch die Aufteilung der Matrix in einzelne eigenstabile Matrixelemente
lassen sich diese aus dem Magnetfeld und dem Trübe fluss herausnehmen und ohne Unterbrechung
des Betriebes entmagnetisieren, reinigen, gegebenenfalls kontrollieren oder austauschen
und wieder in den Betrieb eingliedern.
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Die Eigenstabilität der Matrixelemente ermöglicht es,
den
Transport der Elemente innerhalb der Magnetanordnung durch Stossen zu bewerkstelligen.
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Es kommen folgende verschiedene Realisierungsmöglichkeiten in Frage:
Variante mit einem Solenoid: Die Matrixelemente durchlaufen den Abscheideraum, d.h.
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die Bohrung des Magneten, gegen die Strömung der Trübe.
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Dieses Prinzip wird in allen aufgeführten Fällen befolgt, denn es
erlaubt die sauberen Matrixelemente an der Auslassseite des Fluids in den Abscheideprozess
einzuführen, und die mit Partikeln beladenen Elemente bei der Einlassseite der Trübe
aus der Strömung zu entfernen. Ein Schieber oder ein Förderring an beiden Solenoidenden
sorgt für den Transport der Matrixelemente zu einem oder zwei Rücklaufschächten,
wo auch die Reinigung zyklisch stattfindet. Die Reinigung kann auch im Schieber
oder Förderring bzw. -rad erfolgen. Für eine effiziente Magnetfeldführung sorgt
ein ferromagnetisches Gehäuse um den Solenoid.
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Variante mit zwei Solenoiden: Die Matrixelemente zirkulieren in zwei
separaten Magnetscheidern, welche entweder einen gemeinsamen Rücklauf-und Reinigungsschacht
besitzen, oder jeweils eine Reinigungsvorrichtung in den Schiebern oder den Förderringen
zwischen den Solenoiden enthalten. Weiter sind die beiden Spulen durch Eisenjoche
miteinander magnetisch gekoppelt, so, dass sich die Felder addieren.
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Variante mit vier (oder mehr) Solenoiden: Auch in diesem Fall werden
die Felder der Spulen durch Joche miteinander gekoppelt. Die Matrixelementezirkulation
wird durch zwei Förderringe gewährleistet, wo auch die Reinigung der Matrixelemente
an speziellen Stellen erfolgt.
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Die Aufteilung der Matrix in kleine Elemente und deren geeignete Zirkulation
führt zu folgenden vorteilhaften Eigenschaften der Magnetabscheidung: - kontinuierlicher
Betrieb, - kompakte Anlage, - die Reinigung der Matrixelemente kann in Richtung
der Elementachse oder in vielen Fällen auch quer dazu erfolgen, - die Reinigung
kann meistens durch eine Entmagnetisierungsvorrichtung ergänzt werden, - die Matrixelemente
können bei geeigneter Konstruktion der Anlage ohne Betriebsunterbruch ausgewechselt
werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele
von Magnetabscheidern zeigt, näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Magnetabscheiders mit einem Abscheidemagneten, einem Rücklaufschacht für Matrixelemente
und 2 gekoppelten geraden Schiebern,
Fig. 2 den Schieber von Fig.
1 in perspektivischer Darstellung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Anordnung
nach Fig. 1, Fig. 4 den Bewegungsablauf im Magnetabscheider nach den Figuren 1 bis
3, Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Magnetabscheiders mit einem Abscheidemagneten,
zwei Rücklaufschächten für die Matrixelemente beidseits des Abscheidemagneten und
2 gekoppelten geraden Schiebern, Fig. 6 den Schieber von Fig. 5 in perspektivischer
Darstellung, Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Anordnung nach Fig. 5, Fig. 8 den
Bewegungsablauf im Magnetabscheider nach den Figuren 5 bis 7, Fig. 9 ein drittes
Ausführungsbeispiel eines Magnetabscheiders mit einem Abscheidemagneten, einem Rücklaufschacht
für die Matrixelemente und einem Paar übereinander angeordneter Ringschieber Fig.
10 den Ringschieber gemäss Fig. 9 in perspektivischer Darstellung, Fig. 11 einen
Längsschnitt durch die Anordnung nach Fig. 9, Fig. 12 den Bewegungsablauf im Magnetabscheider
nach den Figuren 9 bis 11,
Fig. 13 ein viertes Ausführungsbeispiel
eines Magnetabscheiders mit einem Abscheidemagneten einer Reinigungsvorrichtung
für die Matrixelemente und einem radförmigen Schieber, Fig. 14 den radförmigen Schieber
nach Fig. 13 in perspektivischer Darstellung, Fig. 15 einen Längsschnitt durch die
Anordnung nach Fig. 13, Fig. 16 den Bewegungsablauf im Magnetabscheider nach den
Figuren 13 bis 15, Fig. 17 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Magnetabscheiders
mit paarweise angeordneten Abscheidemagneten einer dazwischenliegenden Reinigungsvorrichtung
für die Matrixelemente und zwei gekoppelten geraden Schiebern, Fig. 18 den Schieber
gemäss Fig. 17 in perspektivischer Darstellung, Fig. 19 einen Längsschnitt durch
die Anordnung nach Fig. 17, Fig. 20 den Bewegungsablauf im Magnetabscheider nach
den Figuren 17 bis 19, Fig. 21 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Magnetabscheiders
mit paarweise angeordneten Abscheidemagneten, zwei Ringschiebern, wobei jedem Ringschieber
eine Reinigungsvorrichtung zugeordnet ist,
Fig. 22 einen Ringschieber
gemäss Fig. 21 in perspektivischer Darstellung, Fig. 23 einen Längsschnitt durch
die Anordnung nach Fig. 21, Fig. 24 den Bewegungsablauf im Magnetabscheider nach
den Figuren 21 bis 23, Fig. 25 ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Magnetabscheiders
mit einem Paar Abscheidemagneten, einem dazwischenliegenden Rücklaufschacht und
zwei gekoppelten geraden Schiebern, Fig. 26 den Schieber von Fig. 25 in perspektivischer
Darstellung, Fig. 27 einen Längsschnitt durch die Anordnung nach Fig. 25, Fig. 28
den Bewegungsablauf im Magnetabscheider nach den Fig. 25 bis 27, Fig. 29 ein achtes
Ausführungsbeispiel eines Magnetabscheiders mit zwei paarig angeordneten Abscheidemagnet-Paaren
und einem Ringschieberpaar, wobei jedem Ringschieber zwei Reinigungsvorrichtungen
zugeordnet sind, Fig. 30 den Ringschieber von Fig. 29 in perspektivischer Darstellung,
Fig. 31 einen Schnitt durch ein Matrixelement,
Fig. 32 eine perspektivische
Darstellung eines Matrixelementes.
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Der Magnetabscheider nach Fig. 1 und 3 besteht im wesentlichen aus
einem Abscheidemagneten 1, einer Förder- und Aufbereitungseinrichtung 2 und einer
aus zwei vorzugsweise gekoppelten Schiebern 3, 3' bestehenden Schieberanordnung
(Fig. 2), deren Aufbau nachfolgend beschrieben werden soll.
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Der Abscheidemagnet 1 weist eine in einem Eisengehäuse 4 eingeschlossene
Magnetspule 5 auf. Die Magnetspule 5 ist als Solenoid ausgebildet. Ihr zylinderförmiger
Innenraum dient zur Aufnahme von zylindrischen Matrixelementen 6, deren Aufbau später
im einzelnen beschrieben wird.
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In Spulenlängsachse gesehen weist das Gehäuse 4 an einem Ende eine
Bohrung 7 auf, welche mit dem Innenraum der Magnetspule fluchtet und den gleichen
Durchmesser wie letzterer besitzt. In dieser Bohrung 7 ist ein Kolben 8 angeordnet,
der mittels einer Ringdichtung 9 gegenüber dem Gehäuse 4 abgedichtet und in Spulenlängsrichtung
verschiebbar ist. Im Kolben 8 ist eine in der Kolbenachse verlaufende, sich an der
inneren Kolbenstirnfläche trichterförmig erweiternde Bohrung 10, der Auslass für
die zu behandelnde Trübe, vorgesehen.
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Die gegenüberliegende Seite des Gehäuses 4 weist einen Einlass für
die Trübe in Gestalt einer etwa in Spulenlängsachse verlaufenden Bohrung 11 auf,
die sich gleichfalls nach innen erweitert.
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Das Eisengehäuse 4 ist von zwei parallelen Durchgangs-Bohrungen 12,
12' mit rechteckförmigem Querschnitt durchsetzt,
welche senkrecht
zur Spulenlängsachse dicht ober- bzw.
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unterhalb der Magnetspule 5 verlaufen. In diesen Durchgangsbohrungen
gleiten zwei starr gekoppelte Schieber 3, 3', deren Aufbau aus Fig. 2 hervorgeht.
Ihre Dicke entspricht der Höhe eines Matrixelements 6. Sie weisen im mittleren Abschnitt
je eine Bohrung 14, 14', die im Durchmesser der Bohrung 7 im Eisengehäuse 4 und
damit dem Durchmesser eines Matrixelements 6 entspricht. Beidseits der Bohrung 14
bzw. 14' schliessen sich den Schieber ganz durchsetzende Schlitze 15, 15' an, um
den Trübefluss in jeder Schieberstellung aufrechterhalten zu können.
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Durch die Geometrie und Verteilung der Schlitze kann auch die Permeabilität
der Schieber beeinflusst werden.
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Die Förder- und Aufbereitungseinrichtung 2 für die Matrixelemente
6 ist unmittelbar seitlich des Eisengehäuses 4 angeordnet. Sie weist ein Gehäuse
16 auf, das einen Elektromagneten 17 enthält. Der zylindrische Innenraum des Elektromagneten
setzt sich am einen Ende in einer Bohrung 18 im Gehäuse 16 fort, in welcher Bohrung
ein Kolben 19 mit einer Ringdichtung 13 in Richtung der Spulenachse verschiebbar
angeordnet ist. Dieser Kolben wie auch die gegenüberliegende Seite des Gehäuses
weisen je eine Bohrung 20, 21 auf, die sich zur Spule 17 hin trichterförmig erweitern.
Ueber diese Bohrungen 20, 21 wird der Förder- und Aufbereitungseinrichtung zyklisch
Spülflüssigkeit zu- bzw.
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abgeführt. Die Schieber 3, 3' durchsetzen das Gehäuse 16 in Durchgangsbohrungen
22, 22' mit Rechteckquerschnitt und fluchten mit den Bohrungen 12, 12' im Eisengehäuse
4.
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Die Schieber 3, 3' verlaufen aus Abdichtungsgründen ausserhalb der
beiden Gehäuse 4 und 16 in Hülsen 23, 24, 25 bzw. 23', 24', 25', welche mit den
Gehäusen fest verbunden sind. Dichtungen 26 dienen zur Abdichtung zwischen Hülsen
und Schiebern.
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Die Wirkungsweise des Magnetabscheiders nach den Figuren 1 bis 3 wird
nachfolgend anhand der Fig. 4 näher erläutert.
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In allen sechs Phasen, gekennzeichnet durch die Buchstaben A bis F
vollzieht sich der Trübefluss durch den Abscheidemagneten 1 von unten nach oben
und in der Förder- und Reinigungseinrichtung von oben nach unten.
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In Phase A befinden sich die Schieber 3, 3' in der rechten Endposition.
Beide Kolben 8, 19 sind ausgefahren. Das oberste Matrixelement liegt in der Bohrung
14 im oberen Schieber 3, die Bohrung 14' im unteren Schieber 3' ist frei. In der
Förder- und Aufbereitungseinrichtung 2 liegen drei Matrixelemente 6 übereinander.
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In Phase B wird der Kolben 8 nach unten gedrückt. Das unterste ("verbrauchte")
Matrixelement wird dabei in die Bohrung 14' eingefahren und anschliessend der Kolben
8 wieder in seine obere Endstellung gebracht (Phase C).
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In Phase D werden beide Schieber in die linke Endstellung gefahren,
wodurch das in der Bohrung 14' liegende "verbrauchte" Matrixelement zur Förder-
und Aufbereitungseinrichtung 2 transportiert wird. Infolge der Schlitze 15, 15'
wird der Trübefluss durch den Abscheidemagneten 1 nicht unterbrochen.
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In Phase E wird der Kolben 19 nach oben gefahren und drückt dabei
das in der Bohrung 14' liegende Matrixelement nach oben. Gleichzeitig wird das oberste
Matrixelement in die freie Bohrung 14 im oberen Schieber geschoben.
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In Phase F kehrt der Kolben 19 in seine untere Endstel-
lung
zurück. Nun können beide Schieber 3, 3' wieder in ihre rechte Endstellung verfahren
werden, was zur Ausgangsstellung gemäss Fig. 4A führt.
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Die Trübe fliesst demgemäss an der Stelle in den Abscheideraum, wo
die mit Partikeln beladenen Matrixelemente herausgeschoben werden und die gereinigte
Flüssigkeit tritt auf der Zuführseite der gereinigten Matrixelemente aus dem Abscheideraum
aus. Dadurch wird ein optimaler Abscheideprozess gewährleistet, weil die Bewegung
der Matrixelemente entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Trübe erfolgt (Gegenstromprinzip).
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Auch die Reinigung der Matrixelemente vollzieht sich im Gegenstrom:
Jedes wieder in den Abscheidemagneten 1 einzubringende Matrixelement durchläuft
die Förder- und Aufbereitungseinrichtung 2 entgegen der Strömungsrichtung des Reinigungsmittels,
z.B. eines Luft-Wasser-Gemisches, das periodisch durch den Reinigungsraum gepresst
wird.
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Die Entmagnetisierung der Matrixelemente 6 erfolgt - falls erforderlich
- durch ein zeitlich in der Amplitude abklingendes Magnetfeld im Innenraum des Elektromagneten
17 (in Fig. 4 nicht eingezeichnet).
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Die Anlage kann dadurch erweitert werden, indem zwei oder mehr Einheiten
in Serie oder parallel geschaltet werden.
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Der Magnetabscheider nach den Figuren 5 bis 8 unterscheidet sich von
demjenigen nach Fig. 1 bis 4 im wesentlichen dadurch, dass einem Abscheidemagneten
1 zwei Förder-und Aufbereitungseinrichtungen 2, 2' zugeordnet sind und ferner durch
den Bewegungsablauf der Matrixelemente 6 in der Anordnung.
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Die zweite Förder- und Aufbereitungseinrichtung 2' weist den gleichen
Aufbau wie die im Zusammenhang mit Fig. 1 bzw. 3 beschriebene. Die gekoppelten Schieber
3, 3' weisen hier je zwei Bohrungen 14, 14', deren Abstand dem Mittenabstand zwischen
Abscheidemagnet 1 und Förder-und Aufbereitungseinrichtung 2 bzw. 2' beträgt.
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Der Bewegungsablauf der Matrixelemente ist aus Fig. 8 zu entnehmen.
Die benötigte Anzahl Schritte zwischen einer Element-Verschiebung im Abscheideraum
ist durch das Vorhandensein von zwei Förder- und Aufbereitungseinrichtungen kürzer
als im Fall von Fig. 4. Die Anlage eignet sich deshalb vor allem für Anwendungen
mit hohen Konzentrationen von magnetischen Partikeln in der Trübe.
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Was die Entmagnetisierung und Reinigung der Matrixelemente 6 anbelangt,
gelten dieselben Ueberlegungen wie bei der Anordnung mit nur einem Rücklaufschacht.
Auch die Lösung der Dichtungsprobleme ist identisch.
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In der Ausgangsstellung A befinden sich beide Schieber 3, 3' in der
rechten Endstellung.
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Die linke Bohrung 14' im unteren Schieber 3' und die rechte Bohrung
14 im oberen Schieber 3 sind leer. Der Kolben 8 wird nach unten, der Kolben 19 der
Einheit 2' wird nach oben gefahren (Phase B). Nach Zurückfahren der genannten Kolben
8 und 19 werden die beiden Schieber in die linke Endstellung bewegt (Phase C). Dadurch
wird ein frisches Matrixelement 6 in den Abscheidemagneten 1 und ein verbrauchtes
zur Förder- und Aufbereitungseinrichtung 2 transportiert (Phase D).
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Durch Betätigung des Kolbens 8 und 19 in der Einheit 2 wird wieder
ein verbrauchtes Matrixelement 6 in die rechte
Bohrung 14' im unteren
Schieber 3' und ein frisches Matrixelement 6 in die linke Bohrung 14 im oberen Schieber
3 gedrückt (Phase E).
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Nach Zurückfahren der Kolben 8 und 19 (Phase F) können beide Schieber
3, 3' wieder in die rechte Endstellung gefahren werden und man gelangt zur Ausgangsstellung
gemäss Fig. 8A.
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Anstelle gerader Schieber zur Beförderung der Matrixelemente 6 treten
im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 9 bis 11 zwei Matrixförderringe 27, 27',
deren Aufbau aus Fig. 10 hervorgeht. Jeder Ring weist zwei diametral gegenüberliegende
Bohrungen 14 bzw. 14' auf, welche zur Aufnahme je eines Matrixelements 6 dienen.
Die durchgehenden Schlitze 15, 15' verteilen sich über die gesamten Ringe 27, 27'.
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Die Ringe 27 und 27' sind in Hohlringen 28, 28' geführt, welche mit
dem Eisengehäuse 4 und dem Gehäuse 16 der Förder- und Aufbereitungseinrichtung 2
fest verbunden sind. Beide letztgenannte Einheiten entsprechen in ihrem Aufbau den
im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 3 bzw. Fig. 5 bis 7 beschriebenen Baueinheiten.
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Der Antrieb der Ringe 27, 27', ist nicht eingezeichnet.
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So können z.B. zwei Zahnräder durch seitliche Oeffnungen in den Hohlringen
28 und 28' in Zahnungen greifen, die so gestaltet sind, dass die Dichtungen wirksam
bleiben.
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Dies kann beispielsweise durch schmale Schlitze, ähnlich wie die Durchlassöffnungen
15, 15' für die Trübe realisiert werden. Die Antriebszahnräder müssen innerhalb
einer sie umschliessenden Ausweitung der Hohlringe 28 bzw. 28' laufen, so, dass
nur die Achsen der Zahnräder nach aussen führen und abzudichten sind. An verschiede-
nen
Stellen der Schächte müssen Rollager für die Führung -der Förderringe 27 und 27'
sorgen.
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Der Bewegungsablauf, wie er aus Fig. 12 hervorgeht, gestaltet sich
sehr einfach: In Phase A der Ausgangsstellung, befindet sich in der einen Bohrung
14 im oberen Matrixförderring 27 ein Matrixelement 6 innerhalb des Abscheidemagneten
1.
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Ein anderes Matrixelement 6 in der einen Bohrung 14' im unteren Matrixförderring
27' innerhalb der Förder-und Aufbereitungseinrichtung 2. Die beiden anderen Bohrungen
14, 14' im oberen Ring 27 bzw. unteren Ring 27' sind leer.
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Die Trübe durchströmt den Abscheidemagneten 1 kontinuierlich von unten
nach oben, das Reinigungsmittel die Förder- und Aufbereitungseinrichtung 2 zyklisch
von oben nach unten.
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Durch Betätigung der Kolben 8 und 19 werden jeweils ein verbrauchtes
Matrixelement 6 im Gegenstrom zum Trübefluss in die Bohrung 14' im unteren Ring
27' und ein frisches Matrixelement gleichfalls im Gegenstrom zum Reinigungsmittel
fluss in die Bohrung 14 im oberen Ring 27 geschoben (Phase B).
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Nach Zurück fahren der Kolben 8 und 19 werden beide Ringe 27 und 27'
um 1800 gedreht und man gelangt zur Ausgangsstellung gemäss Fig. 12A.
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Der Magnetabscheider nach den Figuren 13 bis 15 weicht von dem vorstehend
beschriebenen insofern ab, als der Matrixförderring den Transport der Matrixelemente
6 un-
mittelbar von einem Ende des Abscheideraumes zum anderen
übernimmt und als Matrixförderrad 29 ausgebildet ist.
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Ebenso wie in den bisherigen Ausführungsbeispielen ist die Magnetspule
5 in einem Eisengehäuse 4 zur Feld führung eingeschlossen.
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Innerhalb des Eisengehäuses läuft das Matrixförderrad in zwei die
Magnetspule 5 teilweise umfassenden kreisbogenförmigen Kanälen 30, 30' deren Querschnitt
dem Querschnitt des Matrixförderrades entspricht. Diese Kanäle werden durch äussere
Hohlringteile 31, 31' mit angepasstem Querschnitt zu einem die Magnetspule 5 vollständigen
umgebenden Ringkanal ergänzt.
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Auf einer Seite weist der Ringkanal eine Reinigungsstation 32 auf.
Ueber eine sich trichterförmig nach innen erweiternde Bohrung 33 kann Reinigungsmittel,
ein Gas-Flüssigkeitsgemisch eingeleitet werden, das über eine weitere Bohrung 34,
die senkrecht zur Zeichenebene verläuft, die Reinigungsstation 32 wieder verlässt.
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Das Matrixförderrad, dessen Form aus Fig. 14 hervorgeht, weist vier
je um 900 versetzte radiale Durchgangsbohrungen 14 zur Aufnahme eines Matrixelements
6 auf. Zwischen den Bohrungen 14 sind durchgehende Schlitze 15 eingearbeitet.
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Damit die Matrixelementezirkulation störungsfrei abläuft, darf die
Höhe der Matrixelemente nicht gross sein verglichen mit dem Durchmesser des Förderrades
29. Die als Reinigungsvorrichtung dienende Erweiterung 32 befindet sich ausserhalb
des Magnetabscheidergehäuses in einem Bereich, wo die magnetische Induktion minimal
ist. Ganz auf Null geht das Magnetfeld nicht, weil das Matrixförderrad zusammen
mit dem Ringkanal einen magnetischen Kreis
darstellt, der einen
kleinen Teil des Gesamtflusses im Abscheideraum führt. Durch geeignete Materialwahl
kann dieser magnetische Fluss minimalisiert werden. Die Richtung des Magnetfeldes
zu einem Matrixelement, das sich im Abscheideraum befindet ist aber um 900 gegenüber
der Lage im Abscheideraum gedreht, womit die Haftkraft der Partikel an die Filamente
der Matrix reduziert wird.
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Mit 26 sind wieder die Dichtungen eingezeichnet, die verhindern, dass
die Trübe durch die Hohlringteile 31, 31' des Ringkanals fliessen kann. Die Gestaltung
der Dichtungsringe erfolgt nach denselben Kriterien wie in den vorherigen Fällen.
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Nicht eingezeichnet ist auch hier der Antrieb des Matrixförderrades
29. Eine Möglichkeit dazu besteht auf der Seite des Magnetabscheiders, wo keine
Reinigungsstation benötigt wird und kann ähnlich gelöst werden, wie für die Matrixförderringe
von Fig. 9 bis 11.
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Der Bewegungsablauf der Matrixelemente 6 ist in Fig. 16 veranschaulicht.
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In der Ausgangsstellung (Phase A) sind die untere und die rechte Bohrung
14 im Matrixförderrad 29 leer, die linke Bohrung enthält ein zu reinigendes oder
bereits gereinigtes Matrixelement 6.
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Durch Betätigen des Kolbens 8 wird das unterste "verbrauchte" Matrixelement
in die untere Bohrung 14 des Matrixförderrades 29 geschoben (Phase B). Nach Zurückziehen
des Kolbens 8 wird das Matrixförderrad 29 um 900 gedreht. Dadurch gelangt das gereinigte
Matrixelement wieder in den Abscheidemagneten. Das verbrauchte Matrixelement kann
in der Reinigungsstation aufbereitet werden
(Phase C). Erneutes
Drehen des Matrixförderrades 29 um 900 führt zur Ausgangsstellung gemäss Fig. 16A.
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Im fünften Ausführungsbeispiel eines Magnetabscheiders nach der Erfindung,
wie es in den Figuren 17 bis 19 veranschaulicht ist, tritt an die Stelle der Förder-
und Aufbereitungseinrichtung 2 z.B. nach Fig. 1 ein weiterer Abscheidemagnet 1*,
der den gleichen Aufbau aufweist wie der Abscheidemagnet 1, wobei beide Magnete
in einem gemeinsamen Gehäuse 36 angeordnet sind. Gleiche Teile sind ansonsten mit
den selben Bezugsziffern, ergänzt durch "*", bezeichnet. Der Trübefluss im neu hinzugekommenen
Abscheidemagneten 1* ist wie bei allen vorangegangenen Fällen entgegengesetzt zur
Bewegung der Matrixelemente 6, d.h. von oben nach unten. Der magnetische Fluss der
beiden Solenoide 5 und 5* wird vorzugsweise durch Joche 35 und 35' gekoppelt, womit
es nicht mehr notwendig ist die Abscheidemagnete 5, 5* in separate Eisengehäuse
einzuschliessen. Die Reinigung erfolgt im vorliegenden Fall zwischen den beiden
Abscheideräumen der Abscheidemagneten 1, 1* in den Schiebern 3 und 3'.
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Zu diesem Zweck sind im Zuge der Schieber 3 und 3' Reinigungsstationen
37 und 37' vorgesehen, deren Aufbau aus dem Schnittbild der Fig. 19 im Detail ersichtlich
ist.
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Diese bestehen im wesentlichen aus Erweiterungen 38, 38' des die beiden
Schieber 3, 3' umfassenden Kanals und sind je mit einem Zu- und einem Abfluss (nicht
eingezeichnet) für das Reinigungs- bzw. Spülmittel für die Matrixelemente 6 versehen.
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Am Orte der Reinigungsstationen 37 und 37' ist auch in dieser Situation
das Magnetfeld nicht ganz Null. Es gelten die gleichen Ueberlegungen wie vorgängig
beschrie-
ben, womit die Reinigung der Matrixelemente gewährleistet
ist. Der Vorschub der Matrixelemente erfolgt auf dieselbe Weise wie beim ersten
Ausführungsbeispiel. Auch die Dichtungsprobleme werden in gleicher Weise gelöst.
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Im Bewegungsablauf der Matrixelemente-Zirkulation ist einzig die Zwischenstation
bei den beiden Reinigungsstellen 37 und 37' neu. In Fig. 20 findet somit die Reinigung
in den Phasen C (37') und F (37) statt.
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Das sechste Ausführungsbeispiel, wie es die Figuren 21 bis 23 veranschaulichen,
entspricht im wesentlichen der Ausführung nach Fig. 9 bis 11. Analog zu Fig. 17
bis 19 ist anstelle der Förder- und Aufbereitungseinrichtung 2 bzw. 2' für die Matrixelemente
6 ein weiterer Abscheidemagnet 1* hinzugekommen. Ansonsten sind gleiche Teile in
den Figuren 21 bis 23 mit den selben Bezugszeichen wie in den Figuren 9 bis 11 bezeichnet
und die gleichwirkenden Teile des zweiten Abscheidemagneten 1* mit einem "*" versehen.
Die beiden Reinigungsstationen 37, 37' liegen auf dem einen Hohlring 28 und auf
dem anderen Hohlring 28'. Wie im Falle der Figur 17 bzw. 19 liegen die beiden Abscheidemagneten
in einem gemeinsamen Gehäuse 36. Die zwei Gehäuseabschnitte verbindenden Joche 35,
35' dienen zur Führung des magnetischen Flusses.
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Die beiden Reinigungsstationen 37 und 37' weisen beispielsweise den
gleichen Aufbau auf wie die im Zusammenhang mit Fig. 19 beschriebenen. Die Matrixförderringe
27, 27' entsprechen denjenigen nach Fig. 10.
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In der schematischen Darstellung des Bewegungsablaufes nach Fig. 24
erfolgt der Trübefluss durch den Abscheidemagneten 1 von unten nach oben, derjenige
im Abscheide-
magneten 1* von oben nach unten, beide Male also
entgegen der Bewegungsrichtung der Matrixelemente 6.
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In Phase A ist jeweils eine der beiden Bohrungen 14, 14' im Matrixförderring
27 bzw. 27' leer, in den anderen liegen Matrixelemente 6.
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In Phase B werden die Kolben 8 und 8* betätigt und schieben zwei verbrauchte
Matrixelemente in die leeren Bohrungen 14', 14 im unteren 27' bzw. oberen Matrixförderring
27. Danach werden beide Kolben zurückgefahren (Phase C).
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In Phase D ist die Anordnung nach Drehung beider Matrixförderringe
27, 27' um 900 dargestellt. In dieser Phase liegen die Matrixelemente 6 in den beiden
Reinigungsstationen 37 bzw. 37'. Die Trübe kann in dieser Reinigungsphase dank den
Schlitzen 15, 15' in den Matrixförderringen 27, 27' praktisch ungehindert durch
die Abscheidemagneten 1 und 1* fliessen.
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Nach abgeschlossener Reinigung erfolgt eine weitere Drehung um 900,
womit sich wiederum die in Fig. 24A dargestellte Ausgangsposition ergibt.
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Das in den Fig. 25 bis 27 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt
eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 17 bis 19 dar. An die Stelle der beiden
Reinigungsstationen 37, 37' tritt eine gemeinsame Förder- und Aufbereitungseinrichtung
39 für die beiden Schieber 3, 3', die im Aufbau derjenigen nach Fig. 1 oder Fig.
5 entspricht. In ihr werden die Matrixelemente 6 einerseits aufbereitet (gereinigt
und gegebenenfalls entmagnetisiert) als auch von einem zum anderen Schieber 3, 3'
transportiert.
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Die gekoppelten geraden Schieber 3, 3' entsprechen der Schieberanordnung
nach Fig. 6. Abweichend zur Ausführung nach Fig. 17 bzw. 19 erfolgt die Beschickung
der Abscheidemagnete 1, 1* mit frischen Matrixelementen 6 abwechselnd. Die Matrixelemente-Zirkulation
kann aus Fig. 28 entnommen werden.
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Diese Anordnung eignet sich speziell für Anwendungen mit grossen Trübemengen
bei kleinen Konzentrationen an magnetischen Partikeln. Der bei dieser Anordnung
im Reinigungsraum auftretende schwache magnetische Fluss beeinträchtigt die Funktion
nur in vernachlässigbarem Masse.
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Im letzten Ausführungsbeispiel ist schliesslich veranschaulicht, wie
eine Abscheideranordnung gemäss Fig. 21 auf eine gerade Anzahl, im Beispielsfall
vier Abscheidemagnete erweitert werden kann. Den vier Abscheidemagneten 1, 1*, 100,
100* sind jeweils vier Reinigungsstationen 37, 37', 137, 137' zugeordnet die jeweils
paarweise einem oberen und einem unteren Matrixförderring 27 bzw.
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27' zugeordnet sind. Letztere weisen vier um 900 versetzte Durchgangsbohrungen
14 (14') auf. Zwischen diesen Bohrungen ist der Ring mit durchgehenden Schlitzen
15 (15') versehen.
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In den Figuren 31 und 32 ist der Aufbau der Matrixelemente 6 verdeutlicht.
Zwischen zwei gelochten Deckplatten 40, 40', welche durch Distanzbolzen 41 voneinander
beabstandet sind, liegt eine Packung aus Matrixmaterial 42.
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Es besteht vorzugsweise aus einem Stapel von rostfreien ferromagnetischen
Stahlgitterrondn 43. Anstelle von Stahlgitterronden können auch andere ferromagnetische
Stahl filamente in Form einer Wolle oder von Gittern oder Geflechten Verwendung
finden. Besonders vorteilhaft ist
jedoch eine Anordnung, in der
alle Filamente im wesentlichen senkrecht zur Magnetfeldrichtung, also parallel zu
den Deckplatten 39, 40 verlaufen, was bei Stahlgitterronden der Fall ist.
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In Fig. 32 sind neben den Löchern 44 in den Deckplatten noch die vernieteten
Stirnflächen der Distanzbolzen 41 zu erkennen. Eine umlaufende Dichtlippe 45 an
einer Deckplatte, z.B. 40', sorgt dafür, dass sowohl Trübe als auch das Reinigungsmittel
durch das Matrixelement 6 selbst und nicht aussen vorbei fliesst. Obwohl Matrixelemente
in Zylinderform gemäss Fig. 32 ein Optimum in Bezug auf Füllfaktor und Geometrie
der Abscheidemagnete 1 darstellen, ist es ohne weiteres möglich, die Matrixelemente
als Quader auszubilden. Dementsprechend sind die Aufnahmebohrungen in den Schiebern
3, 3', den Matrixförderringen 27, 27' oder dem Matrixförderrad 29 als Durchgangsbohrungen
mit Rechteckquerschnitt auszubilden. Gleiches gilt für den Innenraum der Magnetspule
5, 5' und die Durchtrittsquerschnitte in der Förder- und Aufbereitungseinrichtung
2, 2'.
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Wesentlich ist ferner, dass die Matrixelemente 6 so ausgelegt sind,
dass sie sich im Abscheideraum nicht zu leicht bewegen können, sondern nur über
die Kolben verschoben werden. Dies lässt sich jedoch z.B. durch Gestalt und Material
der Dichtlippe 45 bewerkstelligen.