DE4323932C1 - Magnetsystem zur Teilchenseparation - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetsystem zur Teilchenseparation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges System ist grundsätzlich bereits aus der US 3,448,857 und der DE 38 23 944 C1 bekannt.

Bei den bekannten Magnetsystemen sind die verwendeten Per­ manentmagneten senkrecht zur Zylindertrommel polarisiert und die Orientierung radial benachbarter Permanentmagneten ist entgegengesetzt. Oberhalb oder um das Magnetsystem herum ist ein Austragsband geführt, auf dem zu separierende Teilchen herangeführt werden. Durch das auf die Teilchen wirkende magnetische Wechselfeld wird in den Teilchen ein von deren Form, Material und Masse abhängiger Induktionsstrom erzeugt, der mit dem Magnetfeld wechselwirkt und zu einer unter­ schiedlichen Ablenkung der Teilchen führt, so daß diese se­ pariert werden können. Die Stärke der Ablenkung hängt unter anderem von der auf dem Austragsband erzielbaren Feldstärke und andererseits von der Drehzahl der Zylindertrommel ab.

Bei den bekannten Magnetsystemen ist die auf dem Austrags­ band erreichbare Feldstärke durch das verfügbare Magnetma­ terial und den Abstand zwischen Austragsband und Magnet­ oberfläche begrenzt. Einer Erhöhung der Drehzahl sind enge Grenzen gesetzt, da die auf die einzelnen Permanentmagnete wirkenden Zentrifugalkräfte mit der Drehzahl stark zunehmen und dazu neigen, die Magneten aus ihrer Verankerung an der Trommel herauszureißen. Diesem Umstand wird beispielsweise dadurch Rechnung getragen, daß die auf die Trommel aufge­ klebten Magneten durch eine umlaufende Bandage aus Glasfa­ sern oder Aramidfasern zusätzlich gesichert werden. Eine solche Bandage erhöht jedoch den Abstand zwischen Magnet­ oberfläche und Austragsband, verringert die nutzbare Feld­ stärke und wirkt damit der Wirkung der Drehzahlerhöhung entgegen.

Mit herkömmlichen Magnetsystemen lassen sich Feldstärken an der Magnetoberfläche von bis zu 0,5 Tesla und Feldstärken auf dem Austragsband von etwa 0,15 bis 0,2 Tesla erzielen. Die maximale Drehzahl solcher Systeme liegt bei etwa 3000 U/min.

Weiterhin ist ein Magnetsystem aus der EP 350 196 A2 bekannt, das eine Trom­ mel mit an ihrem Umfang in Längsrichtung angeordneten Reihen von Permanent­ magneten aufweist, welche radial polarisiert sind. Die Zwischenräume sind bei dem bekannten System durch in Umfangsrichtung polarisierte Magnete zur Verbes­ serung des magnetischen Flusses im Außenbereich überbrückt.

Aus der DE-P 22757 ist weiterhin eine permanentmagnetische Scheidewalze bekannt, bei der jeweils zwei gleichnamige Magnetpole der Magnete an eine Weicheisenplatte grenzen.

Aus der DE-C 4393 geht darüberhinaus ein gattungsgemäßes Magnetsystem her­ vor, dessen Leitstäbe mittels Aussparungen mit dem antimagnetischen Material verbunden werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe eines Magnetsystems, das höhere Feldstärken an der Magnetoberflä­ che und auf dem Austragsband zur Verfügung stellt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Magnetsystem anzugeben, bei dem die Befestigung der Magnete höhere Dreh­ zahlen erlaubt.

Die vorgenannten Aufgaben werden gelöst durch ein Magnetsy­ stem zur Teilchenseparation, mit einer drehbaren Zylinder­ trommel, längs deren Umfang eine Vielzahl von Permanentma­ gneten befestigt sind, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Magnete im Querschnitt tangential zur Trommel pola­ risiert sind, wobei benachbarte Magnete jeweils durch ein Abstandsteil aus ferromagnetischem Material getrennt sind, und daß die Magnete so orientiert sind, daß an ein Abstand­ steil jeweils gleichnamige Magnetpole grenzen. Das erfin­ dungsgemäße Magnetsystem zeichnet sich durch hohe Oberflä­ chenfeldstärken aus, da die an die Magnete grenzenden Abstandsteile aus ferromagnetischem Material die Feldlinien ohne Verlust an die Oberfläche leiten, wo sie praktisch senkrecht austreten und zum benachbarten Abstandsteil rück­ geführt sind. Unnötige Feldstärkeverluste durch Luftspalte sind vermieden, da die Ausgänge der Permanentmagnete prak­ tisch an die Magnetoberflächen verlegt sind. Gleichzeitig sind magnetische Rückschlüsse aufgrund des ausreichenden Abstands benachbarter Abstandsteile hinreichend vermieden.

Es ist bevorzugt, daß die Abstandsteile aus Eisen bestehen. Mit diesem Material werden sehr gute Ergebnisse erzielt.

Ferner ist bevorzugt, daß die Abstandsteile in der Trommel­ oberfläche verankert sind und ein zwischen zwei benachbar­ ten Abstandsteilen angeordneter Magnet durch diese gehalten wird. Da die Permanentmagnete selbst spröde sind und unter Zugbelastung zum Bruch neigen, empfiehlt sich die Veranke­ rung der Abstandsteile. Diese können die zwischen ihnen befindlichen Magnete von zwei Seiten und ggf. auch von oben halten, so daß die Magnete nur auf Druck belastet werden.

Der Trommelmantel besteht bevorzugt aus einem unmagnetischen Material, so daß ein magnetischer Rückschluß im Trommelman­ tel verhindert ist. Als unmagnetische Materialien kommen insbesondere Edelstahl (VA) oder Aluminium in Frage.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Abstand­ steile im Querschnitt schwalbenschwanzförmige Sockel auf, die in entsprechenden im Trommelmantel gebildeten Nuten aufgenommen sind. Die Abstandsteile können in axialer Rich­ tung mit den Sockeln in die entsprechenden Nuten aufgescho­ ben werden und sind radial gesichert.

Die Abstandsteile stehen über die Magnete bevorzugt radial nach außen über und weisen in ihren überstehenden Abschnit­ ten Ausnehmungen auf, wobei die Ausnehmungen benachbarter Abstandsteile einander zugewandt und jeweils zur Aufnahme eines Verschlußelementes bestimmt sind. Auf diese Weise kann der zwischen zwei benachbarten Abstandsteilen aufgenommene Magnet durch ein in die Ausnehmungen eingeschobenes Ver­ schlußelement radial gesichert werden. Durch die Verschluß­ teile werden die für die Magneten zur Verfügung stehenden Räume allseitig abgeschlossen.

Es ist in einer alternativen Ausführungsform bevorzugt, daß die Abstandsteile die Magneten kraftschlüssig fixieren. Dies geschieht dadurch, daß die Abstandsteile und benachbarten Magnete einander berührende Kontaktflächen bilden, die einer gegensinnig gerichteten Bewegung einen erheblichen Reibwi­ derstand entgegengesetzt, so daß eine Lösung der Magneten aus dem Kraftschluß mit den Abstandsteilen in radialer Richtung erschwert ist.

Es ist in einer weiteren Ausführungsform bevorzugt, daß die Abstandsteile sich radial nach innen im Querschnitt verjün­ gen und dazwischen befindliche entsprechend geformte Magnete formschlüssig festkeilen. In dieser Ausführungsform entfällt ein zusätzliches Verschlußelement und die Abstandsteile selbst sind so ausgebildet, daß sie den dazwischen gelager­ ten Magneten formschlüssig festkeilen und gegen radiale Herauslösung sichern.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Aus­ führungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine grundsätzliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetsystems im Querschnitt.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Magnetsystems ebenfalls im Querschnitt.

In Fig. 1 ist eine herkömmliche Zylindertrommel 2 gezeigt, auf der im Querschnitt entlang des Umfangs abwechselnd ein Permanentmagnet 4 und ein Abstandsteil 6 befestigt sind. Die Permanentmagneten ebenso wie die Abstandsteile bilden in axialer Richtung lange Stäbe. Die Permanentmagneten sind parallel bzw. tangential zur Trommeloberfläche magnetisiert, so daß eine Seitenfläche eines Permanentmagneten beispiels­ weise einen Nordpol bildet und eine gegenüberliegende Sei­ tenfläche desselben Permanentmagneten einen Südpol bildet. Die Permanentmagnete bestehen aus bevorzugt Neodymboreisen.

Die einander gegenüberliegenden Polflächen benachbarter Magnete 4 haben somit gleiche Polarität, so daß diese an das Abstandsteil grenzenden Magnetpole sich abstoßen und eine besonders hohe Feldstärke an der Oberfläche des Abstand­ steils 6 erzeugen. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Permanentmagneten in herkömmlicher Weise auf der Trommel aufgeklebt und ggf. durch eine (nicht gezeigte) Bandagierung aus Kunststoffasern bzw. Aramidfasern bzw. Glasfasern gesichert.

Mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetsy­ stems sind Oberflächen-Magnetfeldstärken von bis zu 0,75 Tesla erzielbar, die zu Feldstärken auf dem Austragsband von 0,25 bis 0,3 Tesla führen. Somit liefert das erfindungsge­ mäße Magnetsystem im Vergleich zum o. g. Stand der Technik um etwa 50% höhere Feldstärken, was eine bessere Separier­ barkeit der Teilchen ermöglicht.

Die in Fig. 2 im Querschnitt gezeigte zweite Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Magnetsystems weist eine aus Edelstahl (VA) bestehende Trommel 2 auf, in der axial ge­ führte Nuten von schwalbenschwanzförmig radial nach außen verjüngtem Querschnitt gebildet sind. Die Nuten sind zur Aufnahme entsprechend schwalbenschwanzförmig ausgebildeter Sockel 8 an den Abstandsteilen 6 bestimmt, die axial in die Nuten eingeschoben werden. Dadurch läßt sich eine besonders gute Radialfixierung der Abstandsteile erzielen. Die Ab­ standsteile 6 sind über die Permanentmagneten 4 hinaus ra­ dial verlängert und weisen in ihren überstehenden Abschnit­ ten 12 seitlich gebildete axial erstreckte Ausnehmungen 14 von zackenförmigem Querschnitt auf.

Die einander gegenüberliegenden Ausnehmungen 14 benachbarter Abschlußteile 6 sind zur Aufnahme eines keilförmigen Ver­ schlußelementes 10 bestimmt, das ebenfalls axial zwischen den Ausnehmungen 14 eingeführt wird. Das Verschlußelement 10 verriegelt den eingeschlossenen Magneten 4 in seiner Posi­ tion und sichert ihn insbesondere gegen radiales Ausbrechen. Eine Befestigung der Magneten 4 durch Verkleben auf der Trommel entfällt.

Die Anordnung nach Fig. 2 ermöglicht im Betrieb ebenfalls Feldstärken von bis zu 0,75 Tesla an der Oberfläche und von etwa 0,25 bis 0,3 Tesla im Bereich des Austragsbands. Diese Werte liegen um etwa 50% über den Werten herkömmlicher Magnetsysteme, wie sie oben dargestellt sind, wenn man den­ selben Abstand zwischen Trommeloberfläche und Austragsband zugrunde legt. Ferner erlaubt diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetsystems Drehzahlen von etwa 5000 bis 7000 U/min aufgrund der besseren Befestigung der Permanent­ magnete. Diese Werte liegen um etwa 100% über den Werten von herkömmlichen Magnetsystemen. Wenn man annimmt, daß die auf dem Austragsband erzielbare Kraft proportional zur Feldstärke zum Quadrat multipliziert mit der Drehzahl ist, so ergibt sich bei einem Drehzahlfaktor von 2 und einem Feldstärkenfaktor von 1,5, wie oben erwähnt, ein Kraftfaktor von 4,5, d. h. eine Steigerung der Trennwirkung um den Fak­ tor 4-5.

Durch die erhebliche Steigerung der verfügbaren Feldstärke und der erreichbaren Drehzahl lassen sich bei gleichen Luftspalt-Abständen zwischen Magnetoberfläche und Austrags­ band im Vergleich zum Stand der Technik erheblich gestei­ gerte Kräfte erzielen, die eine erheblich verbesserte Tren­ nung unterschiedlicher Materialteilchen zulassen. Dieser Gesichtspunkt gewinnt insbesondere im Rahmen der steigenden Wiederverwertung und des Recyclings von Abfallprodukten große Bedeutung.

Claims (9)

1. Magnetsystem zur Teilchenseparation, mit einer drehbaren Zylindertrommel (2), längs deren Umfang eine Vielzahl von Permanentmagneten (4) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (4) im Quer­ schnitt tangential zur Trommel (2) polarisiert sind, benachbarte Magnete (4) jeweils durch ein Abstandsteil (6) aus ferromagnetischem Material getrennt sind, und die Magnete (4) so orientiert sind, daß an ein Abstands­ teil (6) jeweils gleichnamige Magnetpole grenzen.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile (6) aus Eisen bestehen.

3. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet daß die Abstandsteile (6) in der Trommelober­ fläche verankert sind und ein zwischen zwei benachbarten Abstandsteilen (6) angeordneter Magnet (4) durch diese gehalten wird.

4. Magnetsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelmantel (2) aus einem unmagnetischen Material besteht.

5. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile (6) im Querschnitt schwalbenschwanzförmige Sockel (8) auf­ weisen, die in entsprechenden im Trommelmantel (2) ge­ bildeten Nuten aufgenommen sind.

6. Magnetsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile (6) über die Magnete (4) radial nach außen überstehen und in ihren überstehenden Ab­ schnitten (12) Ausnehmungen (14) aufweisen, wobei die Ausnehmungen (14) benachbarter Abstandsteile (6) einan­ der zugewandt und jeweils zur Aufnahme eines Verschluß­ elementes (10) bestimmt sind.

7. Magnetsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Verschlußelement (10) den zwischen den Abstandsteilen (6) eingeschlossenen Magneten (4) in radialer Richtung festlegt.

8. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile (6) die Magnete (4) kraftschlüssig fixieren.

9. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile sich radial nach innen verjüngen und die dazwischen befind­ lichen entsprechend geformten Magnete formschlüssig festkeilen.