DE4129360A1 - Verfahren und einrichtung zur autogenen zerkleinerung von hartmagnetischen materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur autogenen Zerkleinerung von hartmagnetischen Materialien - insbesondere zur autogenen Fein- und Feinstzerkleinerung von pelletierten und vorgesinterten Hexaferriten - auf Basis der Nutzung der direkten elektromechanischen Energieumwandlung mittels sich ändernder elektromagnetischer Felder, die auf magnetische Materialien in einem Volumen einwirken.

Zur Zerkleinerung von hartmagnetischen Materialien werden be­ kanntlich Sturzmühlen, Schwingmühlen und Attritoren in ver­ schiedenen technischen Ausführungen eingesetzt.

Bei diesen Aufbereitungstechniken wird die eingesetzte Energie nur indirekt über mehrere Zwischenstufen, beginnend mit dem elektrischen Antrieb, über einen rotierenden Behälter oder ein Rührwerk und die Mahlkörper auf die zu zerkleinernden Mate­ rialien übertragen. Bei diesen Energietransformationen entstehen unvermeidbar hohe Energieverluste, so daß sich stets sehr geringe energetische Gesamtwirkungsgrade ergeben. Außerdem führen die Energieverluste zu einer Erwärmung der gesamten Aufbereitungsanlage, einschließlich der zu zer­ kleinernden Materialien. Gegebenenfalls müssen zur Verlust­ abführung aufwendige Kühlsysteme genutzt werden. Der spezifi­ sche Energiebedarf liegt somit sehr hoch. Er beträgt je nach Maschinenart und -größe zwischen 400 . . . 800 kWh/t bei Durch­ satzleistungen um 100 kg/h.

Desweiteren sind immer Mahlkörper erforderlich, deren Bewe­ gungsenergie zu einer stochastischen mechanischen Beanspru­ chung und damit zur Zerkleinerung der magnetischen Materialien führt. Der nie auszuschließende Verschleiß der Mahlkörper ergibt eine Verunreinigung des Magnetpulvers, aus der durch die nachfolgenden technologischen Prozesse (Pressen, Sintern) erhebliche Reduzierungen der mechanischen Festigkeit und der magnetischen Parameter der Permanentmagnete resultieren. Bei der Fertigung hochwertiger Permanentmagnete, z. B. Selten­ erdemagnete, sind deshalb kostenaufwendige verschleißarme Aufbereitungsanlagenund/oder zusätzliche nachträgliche Reini­ gungs- und Trennvorrichtungen unumgänglich.

Für die Herstellung von Hartferritmagneten werden Stahlmahl­ körper verwendet, deren Verschleiß zwar aufgrund empirischer Erfahrungen bereits bei der Rohstoffeinwaage berücksichtigt werden kann, um die magnetischen Parameter der Magnete zu gewährleisten, aber die Keime für eine spätere Rißentstehung bleiben.

Weiterhin führt die stochastische mechanische Beanspruchung der magnetischen Materialien zu einer Beschädigung ihres Kristallgitters und damit wiederum zur wesentlichen Minderung der magnetischen Parameter.

Ebenfalls ist die Zerkleinerung der hartmagnetischen Mate­ rialien mit den bekannten mechanischen Aufbereitungsanlagen nur mehrstufig (mindestens zweistufig) möglich, da die zu zerkleinernden magnetischen Materialien stets mit Abmessungen <1 mm vorliegen; für die weiteren technologischen Prozesse der Permanentmagnetherstellung werden aber Magnetpulver im Feinstkornbereich (je nach Magnetart und -qualität 0,1 . . . 10 µm) mit engen Korngrößenspektren benötigt. Der notwendige mehrßtufige Zerkleinerungsprozeß (Brechen, Grob- /Feinmahlen, Feinstmahlen) erfordert immer mehrere unter­ schiedliche Zerkleinerungsaggregate, einschließlich der dazugehörigen verfahrenstechnischen Vorrichtungen zur Prozeß­ führung, -steuerung und -wartung. Daraus resultieren hohe Investitionskosten und Umlaufmittelbindungen.

Bekannt sind weiterhin Einrichtungen und Verfahren zum autogenen mechanischen Aufbereiten von magnetischen Materia­ lien unter Verwendung elektromagnetischer Felder.

Aus der SU-PS 12 94 376 ist ein Materialbearbeitungsverfahren zum autogenen Zerkleinern von Erzen mit magnetischen Eigen­ schaften bekannt. Hier sollen mit in eine Kugelmühle hinein­ reichenden Magnetfeldwirbeln die Bewegungs- und damit Bean­ spruchungsintensität der Erzstücke erhöht und dadurch bessere Zerkleinerungsergebnisse erzielt werden. Nähere Angaben zur Erzeugung der Magnetfeldwirbel und der erreichbaren Effekte Werden nicht ausgeführt.

Die erzielbaren Effekte sind jedoch unbedeutend, da der nachteilige Energiefluß und die Kinematik der Kugelmühle erhalten bleibt.

Desweiteren ist aus DE-OS 39 37 506 ein Verfahren zur Her­ stellung von Erzeugnissen aus hartmagnetischen Ferriten und eine dazugehörige Einrichtung zur Zerkleinerung derselben bekannt. Die Einrichtung stellt ein konzentrisches Wechsel­ felderregersystem mit einphasig gespeisten Ringspulen, wie es in den Druckschriften SU-PS 4 80 447, DE-OS 25 56 935, SU-PS 6 62 144, DE-OS 38 43 368 beschrieben wird, dar.

Die Ringspulen umfassen einen Behälter aus nichtmagnetischen Materialien. Er dient als Arbeitskammer, in der sich die gebrannten und aufmagnetisierten Ferrite, vorzugsweise in Form von Granalien der Größe 12 mm, während des Zerkleinerungsvor­ ganges zusammen mit einem wäßrigen Medium befinden. Sie werden durch das von den Ringspulen erzeugte Wechselfeld in eine chaotische Bewegung versetzt, stoßen zusammen und werden zerkleinert.

Obwohl mit dieser Einrichtung bereits die Zahl der Zwischen­ glieder der Energietransformation auf ein Minimum reduziert ist und keine Mahlkörper benötigt werden, erreicht man nur geringe Energiedichten und niedrige Wirkungsgrade. Das Erregerfeld B(x,t) stellt hier ein reines Wechselfeld

B(x, t) = × cos(2πf × t) (1)

mit

- Amplitude,
f - Frequenz des Erregerstroms,
t - Zeit,

dar. Das bedeutet, daß an jedem Ort x des Arbeitsraumes nur gleichgroße und zwar zeitliche Feldänderungen stattfinden. Diese können auch nur gleiche Schwing- bzw. Drehbewegungen der Granalien bewirken.

Zur Gewährleistung der für die mechanische Beanspruchung der aufzubereitenden Substanzen unbedingt notwendigen Relativbe­ wegungen zwischen denselben müssen

• - der Arbeitsraum nahezu vollständig mit hartmagnetischen Ferritgranalien gefüllt sein,
• - bestimmte Gattierungen (Größe und/oder Form) der Grana­ lien eingehalten werden und
• - ein Gradient in der Feldstärkeverteilung des Arbeits­ raumes vorhanden sein.

Die hohen Granalienfüllgrade begrenzen zum einen wesentliche Abmessungen der Aufbereitungsvorrichtung und damit den Materialdurchsatz, da die Schwerkraft und die magnetischen Haftkräfte der Ferrite deren maximale Schütthöhe fixieren (DE- OS 25 56 935). Über die kritische Schütthöhe hinaus werden vor allem in den unteren Bereichen nur unzureichende Bewegungen der Granalien erreicht. Daraus resultiert eine Abnahme des Energieeintrags in dem Arbeitsraum und eine Verringerung der Bearbeitungseffektivität und -qualität. Die erforderlichen örtlichen Feldstärkegradienten sind bei Wechselfelderre­ gersystemen funktionsbedingt nur radial nach innen möglich.

Die Feldstärke fällt exponentiell über die innere Ausdehnung des Erregersystems ab. Dadurch wird die Bewegung der Ferrit­ granalien und somit ebenfalls die Bearbeitungseffektivität radial nach innen immer geringer.

Durch die hohen Granalienfüllgrade und den radiälen Feld­ stärkegradienten entstehen immer unzureichende Beanspru­ chungszonen und gegebenenfalls sogar Totraumgebiete, die im Chargenbetrieb und auch bei kontinuierlicher Materialauf­ füllung keine hinreichend gleichmäßige Feinstzerkleinerung der hartmagnetischen Ferrite gewährleisten. Die entstehende Ferritsuspension, bestehend aus zerkleinerten Ferriten und dem wäßrigen Medium, enthält somit stets grobe Partikel, die die magnetischen Parameter der daraus hergestellten Hartferritma­ gnete wesentlich mindern, da bei magnetischen Pulvern eine nachträgliche Einengung des Korngrößenspektrums durch Tren­ nung/Sichtung technisch kaum möglich ist.

Zwar wird in der genannten Patentschrift ein dafür geeigneter, beistellbarer kegelförmiger Zwischenbehälter aufgezeigt, der über einen tangentialen Suspensionseinlaufstutzen und ein seitliches Auslaufrohr, das mit der Arbeitskammer in Verbindung steht, verfügt und einen tangentialen Wassereinlauf besitzt. Die tangentialen Zuführungen sollen bewirken, daß noch vorhandene unzureichend zerkleinerte Ferrite infolge der aus der erzwungenen Drallströmung resultierenden Zentrifugalkräfte an die Wand des kegelförmigen Zwischenbehälters gelangen und hier über das seitliche Auslaufrohr wieder der Arbeitskammer zugeführt werden, während der Feinanteil im mittleren Bereich des Zwischenbehälters verbleibt und hier über einen axialen Ablauf abfließen soll.

Die Notwendigkeit dieser zusätzlichen verfahrenstechnischen Einheit bestätigt, daß bei Verwendung von Wechselfelderre­ gersystemen mit einphasig gespeisten Ringspulen aus den bereits dargestellten Gründen keine hinreichende gleichmäßige Feinstzerkleinerung der hartmagnetischen Ferrite stattfindet. Hinzu kommt die ungleichmäßige Haltewirkung des Wechselfeldes auf die zerkleinerten Ferrite im Arbeitsraum aufgrund des exponentiellen Abfalls der Feldstärke über die innere Aus­ dehnung des Erregersystems. Vorrangig im inneren Bereich der Arbeitskammer entstehen und werden grobe Ferritpartikel ausgetragen. Eine strömungsmechanische Abtrennung in dem beschriebenen Zwischenbehälter ist wegen der schnellen Sedimentation infolge der großen Dichte von Ferritmaterialien und der magnetischen Anziehungs- und Haftkräfte aufgrund ihrer vorherigen Aufmagnetisierung nur unzureichend gegeben. Die zerkleinerten Ferrite sammeln sich sogar in der Kegelspitze des Zwischenbehälters, ohne abgeführt werden zu können.

Weiterhin führt die Wiederzuleitung eines Teils des Sus­ pensionsstromes der Arbeitskammer zu einer erheblichen Reduzierung des Massendurchsatzes. Wie in den Ausführungsbei­ spielen angeführt, werden nur geringe Massendurchsätze von . . . 5 . . . 8 kg/h erreicht bzw. sind lange Zerkleinerungszeiten erforderlich.

Nachteilig ist auch die Zuführung und Aufmagnetisierung der zu zerkleinernden Ferrite über einen zusätzlichen Behälter, der mit ihn umfassende elektrischen Wicklungen ausgestattet ist, sich über der Arbeitskammer gleichachsig befindet und mit ihr stets in Verbindung steht. Dadurch sind die Größe des zirkulierenden Suspensionsstromes und die Zulaufstärke des Wassers in den kegelförmigen Zwischenbehälter nur maximal bis zum Gleichgewicht der Druckabfälle in der Arbeitskammer und im Auslaufrohr regulierbar. Bei höheren Umlaufströmen besteht die Gefahr, daß die Suspension in den Zuführbehälter für die unzerkleinerten Ferrite gelangt.

Desweiteren werden bei Wechselfelderregersystemen zur Führung des Erregerfeldes zwar keine ferromagnetischen Bauteile benötigt, demgegenüber stehen jedoch der notwendige Mehrein­ satz an Wicklungsmaterial zur Gewährleistung ausreichender Arbeitsraumfeldstärken und Probleme bei der Abführung der Stromwärmeverluste aus den kompakten Ringspulen. Der hier vorhandene geringe Wärmetransport an die Umgebung erfordert stets zusätzliche Kühlmaßnahmen.

Ausführungen von Wechselfelderregersystemen sind auf kleine Durchmesser/Längen-Verhältnisse beschränkt.

Aus DD-PS 2 79 416 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Homogenisierung von Suspensionen, die hartmagnetische Pigmente enthalten, ohne Mahlkörper infolge der Einwirkung eines elektromagnetisch erzeugten Drehfeldes, bekannt. Das Drehfeld wird mit einer Spulenanordnung, ähnlich einem Drehstrommotor, erzeugt und von außen auf die Suspension aufgeprägt. Die Suspension befindet sich in einer Mischkammer, die einen Doppelwandzylinder darstellt. In dem so entstehenden Kreis­ ringspalt sind radial Schikanen angeordnet, die zum einen den genauen inneren Abstand des Doppelwandzylinders fixieren und zum anderen die Aufgaben eines statischen Mischers übernehmen. Außer des nachteiligen komplizierten konstruktiven Aufbaues der Arbeitskammer bewirkt diese Vorrichtung und das damit durchgeführte Verfahren keine mechanische Zerkleinerung der hartmagnetischen Pigmente, sondern ein Mischen und Homogeni­ sieren derselben mit Bindemitteln und/oder anderen Rezeptur­ bestandteilen. Die Pigmente haben bereits bei der Aufgabe die erforderliche Dispersität. Das Verfahren und die Vorrichtung ist insbesondere für die Herstellung magnetischer Aufzeich­ nungsträger geeignet.

Bekannt ist ebenfalls aus DE-PS 41 13 490.7 eine Vorrichtung zum Zerkleinern, Dispergieren, Benetzen und Mischen, die eine bis auf einen Einlauf und einen Auslauf hermetisch abge­ schlossene Ringspaltkammer als Arbeitskammer besitzt. Die Ringspaltkammer besteht aus einem Doppelrohr, dessen Außenrohr von einem äußeren Erregersystem und dessen Innenrohr von einem inneren Erregersystem umgeben ist. Die Erregersysteme erzeugen und führen in einer Richtung umlaufende und in einer Richtung die Ringspaltkammer durchdringende, sich zeitlich ändernde elektromagnetische Felder. Damit entstehen für alle ferromag­ netischen Bestandteile des Arbeitskammerinhalts endlose Bahnen, ein effektiver Energieumsatz und entsprechende Aufbereitungseffekte. Jedoch sind hier die ferromagnetischen Bestandteile des Arbeitskammerinhalts mechanisch beständige, hartmagnetische Arbeitskörper und der zu- und abgeführte Materialstrom ein unmagnetisches Mehrphasengemisch. Die Vorrichtung und das dazugehörige Verfahren ermöglicht keine weitere Zuführung von magnetischen Materialien. Die Vor­ richtung ist insbesondere für die mechanische Aufbereitung von Farb- und Anstrichstoffen geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs be­ schriebenen Art zum autogenen Zerkleinern von hartmagnetischen Materialien - insbesondere zur autogenen Fein- und Feinstzer­ kleinerung von pelletierten und vorgesinterten Hexaferriten - so zu verbessern, daß aus den aufgegebenen groben magneti­ schen und magnetisierten Materialien magnetische Pulver oder Suspensionen mit hoher Reinheit und engen Korngrößenspektren in ein- und derselben Aufbereitungsanlage bei geringem Energieaufwand entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu zerkleinernden magnetischen Materialien unabhängig von geome­ trischen Vorzugsrichtungen entsprechend einer Zufallsschüttung in einer separaten Magnetisierungsvorrichtung stochastisch aufmagnetisiert werden und danach eine Ringspaltkammer auffüllen, die von zwei sich im konstanten Abstand gegen­ überliegenden, in sich geschlossenen, vorzugsweise rotations­ symmetrischen Erregersystemen umgeben ist, die jeweils ein in gleicher Richtung umlaufendes, in einer Richtung den elek­ tromagnetisch aktiven Arbeitsraum der Ringspaltkammer durch­ dringendes, sich zeitlich änderndes elektromagnetisches Feld erzeugen und dazu führen, daß die zu zerkleinernden magneti­ schen Materialien im elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum von dem elektromagnetischen Feld scheinbar chaotisch auf endlosen Bahnen unterschiedlich bewegt werden, daß ein gasförmiger oder flüssiger Trägerstrom der Ringspaltkammer aufgeprägt wird und daß die zerkleinerten magnetischen Materialien elektromag­ netisch gesichtet als Zweiphasengemisch aus der Ringspaltkam­ mer abgeführt werden.

Die weiteren Verfahrensmaßnahmen ergeben sich aus den Merkma­ len der Ansprüche 2 bis 11.

Im Rahmen der vorliegenden Aufgabe soll auch eine Einrichtung zum autogenen Zerkleinern von hartmagnetischen Materialien geschaffen werden, die die Durchführung des obigen Verfahrens bei geringem Energieaufwand mit hohem Massendurchsatz und einfacher konstruktiver Gestaltung gestattet.

Dies geschieht in der Weise, daß an einer Ringspaltkammer, in der sich die zu zerkleinernden magnetischen Materialien befinden und bewegen, ein Einlauf für den Trägerstrom, ein zentrischer Auslauf für das Zweiphasengemisch und eine für das Zweiphasengemisch nicht zugängliche Zuführung für die zu zerkleinernden magnetischen Materialien angeordnet sind. Die Weiterbildung der Einrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 13 bis 19.

Bei der Anwendung des Verfahrens und der Einrichtung nach der Erfindung werden insbesondere folgende Vorteile erzielt:

• - Reduzierung des Elektroenergieverbrauches auf 1/2 bis 1/10 gegenüber bekannten Verfahren,
• - einstufige Zerkleinerung vom Grob- in den Feinstbereich mit nach oben begrenzbarem Korngrößenspektrum ohne Mahlkörper,
• - Verbesserung der magnetischen und mechanischen Eigen­ schaften der aus den Magnetpulvern hergestellten Final­ produkte.

Desweiteren werden die Herstellungskosten-, Betriebs- und War­ tungskosten durch den einfachen konstruktiven Aufbau, die ein­ fache verfahrenstechnische Handhabung und den Verzicht auf jegliche sich bewegende Übertragungssysteme minimiert. Bei geregeltem Füllgrad-, Druck-, Temperatur- und Durchfluß­ verhalten ist eine vollautomatisierte Prozeßführung und -kontrolle gegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von zeichnerisch darge­ stellten Ausführungsbeispielen und Diagrammen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt A-A einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht im Schnitt B-B der Einrichtung nach Fig. 1 ,

Fig. 3 Diagramm zur Abhängigkeit der Feststoffkonzentra­ tion c im Zweiphasengemisch von der Größe des Trägerstromes bei Verschiedenen Feldstärken δ,

Fig. 4 einen Längsschnitt C-C einer zweiten Ausführungs­ form einer Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Draufsicht im Schnitt D-D der Einrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt E-E einer dritten Ausführungs­ form einer Einrichtung nach der Erfindung, die sich von den beiden anderen Ausführungsformen geringfü­ gig unter scheidet, und

Fig. 7 eine Draufsicht im Schnitt F-F der Einrichtung nach Fig. 6.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Schnittdarstellungen einer ersten Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung.

Eine Ringspaltkammer 1, die aus einem bis auf die Zu- und Ab­ führungen hermetisch abgeschlossenes Doppelrohr besteht, wird in der Höhe zu einem Teil außen von einem äußeren Eregersystem 6 umgeben und zu dem gleichen Teil innen von einem inneren Erregersystem 7 berandet. Der von den Erregersystemen 6, 7 umschlossene Bereich fixiert den elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum der Ringspaltkammer 1. Außerhalb dieses elek­ tromagnetisch aktiven Arbeitsraumes befinden sich alle Zu- und Abführungen.

Der Einlauf 2 für den Trägerstrom 10 ist im Boden der Ring­ spaltkammer 1 angeordnet. Die Zuführung 4 für die zu zer­ kleinernden magnetischen Materialien 9 befindet sich im Deckel der Ringspaltkammer 1 über dem Ringspalt und ragt in diese hinein. Innerhalb der Ringspaltkammer 1 ist die Zuführung 4 zweckmäßig kanalförmig ausgebildet. Außerhalb der Ring­ spaltkammer 1 geht die Zuführung 4 in eine für grobkörnige Schüttgüter geeignete Gefäßform über.

In der dargestellten Ausführungsform wird der einseitige Durchlaß nur für und in Richtung des Stromes der zu zer­ kleinernden magnetischen Materialien 9 durch eine wechselsei­ tig betätigbare Doppelklappe realisiert. Dadurch werden die in der Magnetisierungsvorrichtung 5 stochastisch magne­ tisierten, zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9 quasikontinuierlich dem elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum der Ringspaltkammer 1 zugeführt. Die wechselseitige An­ steuerung der Doppelklappe sowie die Frequenz und/oder die Periodendauer der Betätigung erfolgt über eine nicht dar­ gestellte Regeleinrichtung, die von dem Füllstandsmeßfühler 16 geführt wird, so daß der Füllgrad der magnetische Materialien im elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum der Rings­ paltkammer 1 im zeitlichen Mittel konstant bleibt.

Die stochastische Magnetisierung der zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9 wird dabei vorteilhaft impulsartig realisiert und regelungstechnisch mit der quasikontinuierli­ chen Zuführung der zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9 verbunden.

Die Magnetisierungsrichtungen in den zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9 bilden sich entsprechend der in der Magnetisierungsvorrichtung 5 vorhandenen zufälligen Schüttung aus.Sie sind also unabhängig von geometrischen Vorzugsrichtun­ gen.

Eine kontinuierliche Zuführung von stochastisch magnetisier­ ten, zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9 ist über ebenso prozeßgesteuerte, andere einseitig durchlässige Ventilvorrichtungen möglich.

Über den Auslauf 3 strömt das Zweiphasengemisch 11 aus der Ringspaltkammer 1 heraus. Der Auslauf 3 befindet sich eben­ falls im Deckel der Ringspaltkammer 1 und ist hier zweckmäßig in der Mitte angeordnet.

Einströmzone des Trägerstromes 13 und Ausströmzone des Zweiphasengemisches 14 werden durch die Haltewirkung des elektromagnetischen Feldes 12 von unZerkleinerten magnetischen Materialien freigehalten.

Zur Minderung der Transportkräfte des Trägerstromes 10 wird zweckmäßig zusätzlich der Querschnitt der Ausströmzone 14 durch die Abrundung des inneren Doppelrohres der Ringpalt­ kammer 1 in Strömungsrichtung stetig erweitert. Dadurch wird begünstigt, daß trotzdem mittransportierte, noch nicht ausreichend zerkleinerte magnetische Materialien sowie eventuell aussedimentierte zerkleinerte magnetische Materia­ lien wieder in den elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum der Ringspaltkammer 1 gelangen.

Alle Teile der Ringspaltkammer 1, die mit magnetischen Mate­ rialien in Berührung kommen und/oder vom elektromagnetischen Feld 12 durchsetzt werden, bestehen aus nichtmagnetischen und ausreichend mechanisch beständigen Werkstoffen.

Die beiden Erregersysteme 6, 7 sind rotationssymmetrisch ausge­ legt. Sie bestehen aus Blechpaketen 6a, 7a, die aus genuteten Einzelblechen gesetzt sind, und aus Erregerwicklungen 6b, 7b, deren Spulen in den Nuten verteilt angeordnet sind und beispielsweise zu jeweils drei Strängen zusammengeschaltet sind. Über die weitere Verschaltung der Stranganfänge und - enden sowie die Phasenfolge der eingespeisten Ströme eines entsprechenden Mehrphasensystems erhält man ein in einer Richtung umlaufendes, sich zeitlich änderndes elektromagneti­ sches Feld 12, daß die Ringspaltkammer 1 in einer Richtung radial durchdringt. Dadurch werden die magnetischen Materia­ lien im elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum der Ring­ spaltkammer 1 makroskopisch betrachtet chaotisch auf endlosen Bahnen bewegt. Mikroskopisch gesehen, bewegen sich die magnetischen Materialien sehr unterschiedlich. Die endlosen Bahnen eines magnetischen Bestandteiles entstehen aus der Überlagerung von

• - translatorischen Bewegungen in und entgegen der Bewe­ gungsrichtung des elektromagnetischen Feldes 12,
• - translatorischen Bewegungen quer zur Bewegungsrichtung des elektromagnetischen Feldes 12,
• - Dreh- und Taumelbewegungungen um die Magnetisierungs­ achsen des magnetisches Bestandteiles sowie
• - einem im zeitlichen Mittel konstantem Umlauf in Um­ laufrichtung des elekromagnetischen Feldes 12.

Die jeweils hervortretende Bewegungsart und die Bewegungs­ intensität hängen entscheidend von den örtlichen Feldstärke­ verhältnissen und der Größe des magnetischen Bestandteiles ab. Die an jedem Ort des elektromagnetisch aktiven Arbeitsraumes vorhandenen Relativbewegungen bewirken intensive Druck-, Scher- und Schlagbeanspruchungen der magnetischen Materialien untereinander und mit den Wänden der Ringspaltkammer 1. Da­ durch erfolgt die mechanische Zerkleinerung ohne Mahlkörper und/oder zusätzliche rotierende Elementen zur Energieeinlei­ tung. Die Energietransformation ist direkt mit geringen Ver­ lusten. Es ensteht kein Verschleiß von zusätzlichen Zerkleine­ rungswerkzeugen, der Verunreinigungen der magnetischen Materialien bewirkt. Desweiteren ist die Zerkleinerung kristallschonend, da die Bruchvorgänge trotz mechanischer Beanspruchungen infolge der von dem elektromagnetischen Feld 12 erzeugten Kraftrichtungen an den Kristallgrenzen einge­ leitet werden.

Die zerkleinerten magnetischen Materialien vermischen sich mit dem aufgeprägten Trägerstrom 10 und werden als Zweiphasenge­ misch 11 im Auslauf 3 ausgetragen. Der Austrag erfolgt aber erst dann, wenn die Strömungskräfte größer als die elek­ tromagnetischen Haltekräfte sind. Die Haltekräfte sind eine Funktion der Feldstärke im elektromagnetisch aktiven Arbeits­ raum der Ringspaltkammer 1, der magnetischen Eigenschaften der magnetischen Materialien und der Größe derselben.

Bei gegebenen, zu zerkleinernden Materialien wird also durch Einstellung der Größe des Trägerstromes 10 und der Feldstärke des elektromagnetischen Feldes 12 die Verweilzeit der zerklei­ nerten magnetischen Materialien im elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum, und damit die Beanspruchungszeit und demzufolge ihre Korngröße sowie die Feststoffkonzentration im Zweiphasen­ gemisch 11 fixiert.

In Fig. 3 sind diese Abhängigkeiten für verschiedene Feld­ stärken δ qualitativ dargestellt. Es ergeben sich immer Kurven mit einem lokalen Maximum, bei dem für einen bestimmten Volumenstrom _opt des Trägerstromes 10 sich eine maximale Feststoffkonzentration c_max im Zweiphasengemisch einstellt.

Unterhalb des Volumenstromes _opt sind die Transportkräfte der Trägerströmung zu klein, um bei der eingestellten Feldstärke δ alle bereits zerkleinerten magnetischen Materialien auszutragen. Oberhalb des Volumenstromes _opt nimmt die Fest­ stoffkonzentration im Zweiphasengemisch 11 schnell ab, da nicht mehr zerkleinerte magnetische Materialien bei der gegebenen Feldstärke im elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum produziert werden können und der Trägerstromanteil zunimmt.

Das Maximum verschiebt sich mit höheren Feldstärken δ zu größeren Volumenströmen _opt.

Die Kenntnis dieser Zusammenhänge gewährleistet die Ein­ stellung bzw. Regulierung ausreichender Feststoffkonzen­ trationen im Zweiphasengemisch 11 und eine Begrenzung der oberen Korngröße der ausgetragenen magnetischen Materialien. Das bedeutet, die zerkleinerten magnetischen Materialien werden bereits in der Ringspaltkammer 1 gesichtet.

Zur Abführung der elektrischen Verluste aus den Erregersy­ stemen 6, 7 und der aufbereitungstechnischen Verluste aus der Ringspaltkammer 1 kann die Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung mit einer zusätzlichen Kühleinrichtung 8 versehen werden, durch die ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel zwangsgeführt wird.

Die Kühleinrichtung 8 befindet sich dann vorteilhaft fest in der Bohrung des Blechpaketes 7a des inneren Erregersystems 7. Durch diesen direkten Kontakt und das vollständige Eingießen der Blechpakete 6a, 7a und der Erregerwicklungen 6b, 7b mit einem wärmeleitfähigen Harz 19 entsteht ein ausreichend guter Wärmedurchgang.

Die Temperaturfühler 17, 18 in den Erregerwicklungen 6b, 7b liefern Regelsignale für die Kühlung und für eine nicht gezeigte Alarmschaltung, falls vorgegebene Grenzwerte der Temperatur in den Erregersystemen 6, 7 überschritten werden.

Zur Druckmessung ist im Deckel der Ringspaltkammer 1 ein Druckmeßfühler 15 angeordnet, der eine Sicherheitskontakt­ schaltung betätigt, wenn unzulässig hohe Wanddrücke in der Ringspaltkammer 1 entstehen.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie es in den Schnittdar­ stellungen der Fig. 4 und 5 gezeigt ist, wird die Rings­ paltkammer 1 mittels einer zylindrischen Trennwand 20 in zwei Bereiche unterteilt. Die zylindrische Trennwand 20 grenzt an den Deckel der Ringspaltkammer 1 und ragt bis nahe an den Boden der unten geschlossenen Ringspaltkammer 1 hinein. Der Abstand zwischen zylindrischer Trennwand 20 und Boden ist größer als die Abmessungen der zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9. Die Zuführung 4 für die zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9 und der Einlauf 2 für den Träger­ strom 10 sind im Deckel der Ringspaltkammer 1 angeordnet und münden beide in den äußeren Bereich der geteilten Ringspalt­ kammer 1.

Diese konstruktiven Weiterbildungen der Einrichtung führen zu einer Verdopplung des Beanspruchungsweges für die zu zer­ kleinernden magnetischen Materialien 9 bei gleicher Höhe der Einrichtung nach der Erfindung und damit zu einer besonders intensiven mechanischen Zerkleinerung. Außerdem liegen alle Zu- und Abführungen vorteilhaft für das verfahrenstechnische Handling auf einer Seite der Einrichtung.

Ebenso ist es hier möglich, obwohl dies zeichnerisch nicht dargestellt ist, die Zuführung 3 für die zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9 und den Einlauf 2 für den Träger­ strom 10 zusammenzulegen und somit die zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9 mit dem Trägerstrom 10 in die Ringspaltkammer 1 zu transportieren.

Die Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Schnittdarstellungen einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung. Hier besitzt die Ringspaltkammer 1 ein weiteres Rohr 21, das zentrisch durch die Kühleinrichtung 8 nach unten hindurchgeht.

Der Auslauf 3 für das Zweiphasengemisch 11 im Deckel der Ring­ spaltkammer 1 entfällt. Das Zweiphasengemisch 11 wird über das Rohr 21 abgeführt. Damit wird das Zweiphasengemisch 11 vor dem Verlassen der Vorrichtung nach der Erfindung gekühlt.

Die zu zerkleinernden magnetischen Materialien 9 besitzen eine beliebige geometrische Form. Die maximalen Abmessungen können bis zu 20 mm betragen. Ihre Koerzitivfeldstärke beträgt mindestens 60 kA/m. Der Füllgrad der magnetischen Materialien im elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum liegt vorteilhaft bei 100 Volumen %.

Bei dem Trägerstrom 10 handelt es sich beispielsweise um Wasser, Luft oder ein Inertgas.

Positions-Zahlen-Liste

 1 Ringspaltkammer
 2 Einlauf für den Trägerstrom
 3 Auslauf für das Zweiphasengemisch
 4 Zuführung für die zu zerkleinernden magnetischen Materialien
 5 Magnetisierungsvorrichtung
 6 äußeres Erregersystem
 6a Blechpaket
 6b Erregerwicklung
 7 inneres Erregersystem
 7a Blechpaket
 7b Erregerwicklung
 8 Kühleinrichtung
 9 zu zerkleinernde magnetische Materialien
10 Trägerstrom
11 Zweiphasengemisch
12 elektromagnetisches Feld
13 Einströmzone des Trägerstromes
14 Ausströmzone des Zweiphasengemisches
15 Druckmeßfühler
16 Füllstandsmeßfühler
17 Temperaturfühler im inneren Erregersystem
18 Temperaturfühler im äußeren Erregersystem
19 Gießharz
20 zylindrische Trennwand
21 Rohr

Claims (19)

1. Verfahren zum autogenen Zerkleinern von hartmagnetischen Materialien auf Basis der Nutzung der direkten elek­ tromechanischen Energieumwandlung mittels sich ändernder elektromagnetischer Felder, die auf die zu zerkleinern­ den magnetischen Materialien in einem Volumen einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die zu zerkleinernden magnetischen Materialien (9) unabhängig von geometri­ schen Vorzugsrichtungen entsprechend einer Zufalls­ schüttung in einer separaten Magnetisierungsvorrichtung (5) stochastisch aufmagnetisiert werden und danach eine Ringspaltkammer (1) auffüllen, die von zwei sich im kon­ stanten Abstand gegenüberliegenden und in sich geschlos­ senen, vorzugsweise rotationssymmetrischen Erreger­ systemen (6, 7) umgeben ist, die jeweils ein in gleiche Richtung umlaufendes, in einer Richtung den elektroma­ gnetisch aktiven Arbeitsraum der Ringspaltkammer (1) durchdringendes, sich zeitlich änderndes elektromag­ netisches Feld (12) erzeugen, daß die zu zerkleinernden magnetischen Materialien (9) im elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum von dem elektromagnetischen Feld (12) scheinbar chaotisch auf endlosen Bahnen unter­ schiedlich bewegt, daß ein gasförmiger oder flüssiger Trägerstrom (10) der Ringspaltkammer (1) aufgeprägt wird und daß die zerkleinerten magnetischen Materialien als Zweiphasengemisch (11) aus der Ringspaltkammer (1) abgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Trägerstromes (10) in Abhängigkeit von der Feldstärke des elektromagnetischen Feldes (12), von den magnetischen Parametern und von der Größe der zu zer­ kleinernden magnetischen Materialien (9) optimal hin­ sichtlich der Feststoffkonzentration und/oder hinsicht­ lich der maximal zulässigen oberen Korngröße im Zweipha­ sengemisch (11) eingestellt wird, um die zerkleinerten magnetischen Materialien (9) im elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum der Ringspaltkammer (1) mittels der entgegengesetzt wirkenden elektromagnetischen Haltekräf­ te und Strömungskräfte zu sichten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die weitere Zuführung von zu zerkleinernden magnetischen Materialien (9) in die Ringspaltkammer (1) unter Beibehaltung eines im zeitlichen Mittel konstanten Füllgrades der magnetischen Materialien im elektromag­ netisch aktiven Arbeitsraum erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stochastische Aufmagnetisierung der zu zerklei­ nernden magnetischen Materialien (9) in der Magnetisie­ rungsvorrichtung (5) impulsartig und reglungstechnisch verbunden mit der weiteren Zuführung zu zerkleinernder magnetischer Materialien (9) in die Ringspaltkammer (1) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstrom (10) der Ringspaltkammer (1) von unten kontinuierlich zugeführt wird, das Zweiphasengemisch (11) zentrisch von oben aus der Ringspaltkammer (1) kontinuierlich abgeführt wird und daß die weitere Zuführung der zu zerkleinernden magnetischen Materialien (9) quasikontinuierlich an anderer Stelle von oben in die Ringspaltkammer (1) über eine einseitig durchlässige Schleusenvorrichtung er­ folgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmzone (13) des Trägerstromes (10) frei von magnetischen Materialien und die Ausströmzone (14) des Zweiphasengemisches (11) frei von zu zerkleinernden magnetischen Materialien (9) gehalten werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstrom (10) die zu zerkleinernden magnetischen Materialien (9) in die Ringspaltkammer (1) transportiert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspaltkammer (1) mittig in zwei Bereiche unterteilt ist, die an einem Ende miteinander verbunden sind und daß die zu zer­ kleinernden magnetischen Materialien (9) und der Träger­ strom (10) am unverbundenen Ende einem Bereich zugeführt und das Zweiphasengemisch (11) am gleichen Ende aus dem anderen Bereich der Ringspaltkammer (1) abgeführt werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ZWeiphasengemisch (11) zentrisch durch das innere Erregersystem (7) und eine hier vorhandene Kühlvorrichtung (8) nach unten abgeführt und gekühlt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem ersten Durchlauf des Trägerstromes (10) zur weiteren Zerkleinerung der magnetischen Materialien anstelle des Trägerstromes (10) das Zweiphasengemisch (11) mit der gleichen Größe durch die Ringspaltkammer (1) gepumpt wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstrom (10) nach Auffüllung der Ringspaltkammer (1) abgeschaltet wird und nach zeitlich bemessenen Bearbei­ tungszeiten einmal oder mehrmals diskontinuierlich zugeführt wird und damit das Zweiphasengemisch (11) diskontinuierlich abgeführt wird.

12. Einrichtung zum autogenen Zerkleinern von hartmagneti­ schen Materialien auf Basis der Nutzung der direkten elektromechanischen Energieumwandlung mittels sich ändernder elektromagnetischer Felder, die eine Ring­ spaltkammer durchdringen, die von zwei sich in kon­ stantem Abstand gegenüberliegenden, in sich geschlosse­ nen Erregersystemen umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringspaltkammer (1), in der sich die zu zer­ kleinernden magnetischen Materialien (9) befinden und bewegen, einen Einlauf (2) für den Trägerstrom (10), einen zentrischen Auslauf (3) für das Zweiphasengemisch (11) und eine für das Zweiphasengemisch (11) nicht zugängliche Zuführung (4) für die zu zerkleinernden magnetischen Materialien (9) besitzt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (4) für die zu zerkleinernden magne­ tischen Materialien (9) auf dem Deckel der Ringspalt­ kammer (1) über dem Ringspalt angeordnet ist, durch ihn in die Ringspaltkammer (1) als einseitig durchlässiger Kanal hineinragt und außerhalb der Ringspaltkammer (1) in eine für grobkörnige Schüttgüter geeignete Gefäßform übergeht.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einlauf (2) im Boden und der zen­ trische Auslauf (3) im Deckel der Ringspaltkammer (1) angeordnet sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sowohl der Einlauf (2) als auch der zentrische Auslauf (3) im Deckel der Ringspaltkammer (1) angeordnet sind und daß die Ringspaltkammer (1) durch eine zylindrische Trennwand (20), die an den Deckel angrenzt und bis nahe an den Boden der unten geschlosse­ nen Ringspaltkammer (1) hineinragt, in zwei unten miteinander verbundene Bereiche unterteilt ist, so daß sich eine Verdopplung des Beanspruchungsweges ergibt und alle Zu- und Abführungen auf einer Seite der Ring­ spaltkammer (1) liegen.

16. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der zu zerkleinernden magnetischen Materialien (9) beliebig gestaltet ist und daß ihre Abmessungen bis zu 20 mm betragen.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllgrad der zu zerkleinernden magnetischen Materialien (9) im elektromagnetisch aktiven Arbeitsraum der Ringspaltkammer (1) bis zu 100 Volumen% beträgt.

18. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringspaltkammer (1) ein Druckmeßfühler (15) zur Bestimmung des Wanddruckes in der Ringspaltkammer (1) und daß außerhalb, in unmittelbarer Nähe der Ring­ spaltkammer (1) ein elektromagnetischer Füllstands­ meßfühler (16) zur Messung des Füllgrades der zu zer­ kleinernden magnetischen Materialien (9) im elektromag­ netisch aktiven Arbeitsraum angeordnet sind.

19. Einrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringspaltkammer (1) ein von oben zentrisch von der inneren Wandung abgehendes Rohr (21) besitzt, um das Zweiphasengemisch (11) nach unten abzuführen und zu kühlen.