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Verfahren und Vorrichtung zur schwingenden Erregung flüssiger, körniger,
staubiger . oder breiiger Massen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neuartiges
Verfahren nebst Vorrichtung zum Mischen und Entmischen von flüssigen, körnigen,
staubigen oder breiig-in Materialien durch schwingende Erregung derselben in Gefäßen,
Behältern !oder anderen Hohlräumen.
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Es ist bekannt, daß in =zusammenhängenden, locker angehäuften, fließbaren
Massen, z. B. Kies oder Betonmassen, wenn sie erschüttert oder in Schwingungen versetzt
werden, teils :eine gewisse Entmischung, teilweise ,auch wieder ;eine direkte Durchmischung
der Partikelchen und einzelnen Bestandteile auftritt. Ein eindeutig bestimmbarer
Vor,-gang ergibt sich hierbei nach der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden
Erkenntnis deshalb ;nicht, weil die in schßdngende Bewegung versetzten Massen zum
Teil in starke Turbulenz geraten und daher durchwirbelt werden, wodurch die Vorgänge
des Mischensoder des Entmischens der Bestandteile gestört werden.
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Gemäß -der vorliegenden Erfindung kann der Effekt des Mischens :oder
Entmischens von flüssigen, körnigem, staubigen oder breiigen Massen bei schwingender
Erregung dadurch verbessert und zur technischen Aufbereitung praktisch verwertbar
gestaltet werden, daß die Massen in, Hohlräumen oder Behältern schwingend erregt
werden, die - durch Zwischenwände o. dgl. derart unterteilt sind, daß die den Vorgang
des Mischens oder Entmischens störenden,Turbulenzbewegungen herabgemindert oder
ganz vermieden werden, so daß die Bewegung der fließbaren Massen in laminarer Form
erfolgt. Das Maß der Unterteilung ist .abhängig von der Frequenz und der Amplitude
der ,angewendeten Schwingungen und- hat sich im übrigen nach den Eigenschaften,
insbesondere dem inneren Zusammenhang, der Zähigkeit der zu behandelnden Materialien
zu richten. Je .nach der Art und Weise, wie die Schwingungsenergie auf die schwingend
erregten Massen übertragen werden soll, beispielsweise durch Flächenreibung oder
durch Stoß, werden die die Massen aufnehmenden schwingenden Gebilde in verschiedenen
Richtungen unterteilt, z. B. i11 Richtung der Schwingungen :oder senkrecht hierzu.
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Die zur schwingenden Erregung der zu behandelnden Massen verwendeten
Hohlräume können als vollkommen geschlossene oder teilweise offene Behälter, Gefäße
o. dgl. ausgebildet sein, die durch Wände; Membranen, Röhren u. dgl. in Zellen,
Rinnen o. dgl. von rechteckigem, quadratischem, kreis- oder, ringförmigem oder sonstwie
geartetem Querschnitt zerlegt sind, die die Massen aufnehmen. Ist der die Massen
enthaltende Behälter nach oben offen und z. B. durch längslaufende Wände unterteilt,
so kann er gleichzeitig ,auch zum Fördern der Massen, beispielsweise als Förderrinne,
Verwendung finden. Natürlich müssen die Unterteilungsquerschnitte der Rinne so bemessen
sein, daß sich keine Teilchen der zu behandelnden Massen zwischen den Wänden festklemmen
und den gewünschten Vorgang des Mischens oder Entmischens stören.
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Die Wirkungsweise und Verwendung des neuen Verfahrens ist in der Zeichnung
durch
einige schematische Ausführungsbeispiele erläutert.
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Abb. i zeigt einen Flüssigkeit enthaltenden Hohlraum im beschleunigungslosen
Zustand, die Abb.2, 3 und 4 .einen gleichen in Richtung der Pfeile I und II beschleunigten
Hohlraum, die Abb.5, 6, 7 und 8 einen erfindungsgemäß unterteilten Hohlraum in verschiedenen
Ausführungsformen, Abb.9 einen durch Kurbel- oder Exzentertrieb zwangsläufig in
Schwingungen versetzten Hohlraum, Abb. i o und i i die Anordnung eines Hohlraumes
als Bestandteil eines schwingungsfähigen Gebildes, Abb.12, 13 und 14 die Lage und
Verteilung von beispielsweise körnigen Massen in oben offenen Unterteilungszellen
von verschiedenem Querschnitt.
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Wird eine nach Abb. i in einen Behälter b eingeschlossene Flüssigkeit
a dadurch in schwingende Bewegung versetzt, daß beispielsweise der Behälter b langsame
Schwingungen in Richtung der in Abb. 2 und 3 eingezeichneten Pfeile I und II ausführt,
so versucht die Flüssigkeit, auf Grund ihrer Trägheit Geschwindi-keitsänderungen
zu widerstehen. Bei Beschleunigung des Behälters b in Rich= tung des Pfeiles I (Abb.2)
bleibt die Flüssigkeit üi Richtung des Pfeiles III zurück, staut sich an der linken
Seite des Gefäßes .an und fällt nach rechts hin ab. Erfolgt die Beschleunigung in
der entgegengesetzten Richtung nach Pfeil II (Abb.3), so kehrt sich ,.auch der Bewegungsverlauf
der Flüssigkeit um. Die Relativbewegung der Flüssigkeit in Richtung der Pfeile III
und IV wirkt also der Bewegung des sie umschließenden Körpers entgegen.
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Wird die Frequenz bzw. die Amplitude immer mehr vergrößert, so .entstehen
schließlich in dem Gefäß b mit zunehmender Heftigkeit turbulente Strömungen, deren
einfachste Form aus Abb. 4 :ersichtlich ist. Aus den eingezeichneten Pfeilen geht
hervor, d.aß die Strömung der Flüssigkeit in diesem Falle zum Teil in Richtung der
Bewegung der umschließenden Gefäße, zum Teil entgegengesetzt zu dieser verläuft,
und daß der Schwingungsvorgang bei einer weiteren Steigerung der Beschleunigungen
vollkommen unübersichtlich wird.
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Wird das die fließbare Masse umschließende Gefäß, b durch Zwischenwände
c c unterteilt, wie sie in Abb. 5 beispielsweise dargestellt sind, so werden
die Flüssigkeit selbst und alle auftretenden Wirbelströmungen durch die Wände c
c durchschnitten; andererseits werden nun verhältnismäßig kleinere Materialquantitäten
beiderseits durch Wände c c eingeschlossen, wodurch eine größere Reibung bzw. eine
größere Dämpfung der Bewegungen der fließbaren Masse entsteht. Durch diese reibende
und dämpfende Wirkung wird aber auch das betreffende Flüssigkeitsquantum rascher
beschleunigt, und ein Vergleichsversuch mit Gefäßen nach den Abb. i bis 4 und solchen
nach Abb. 5 zeigt, daß turbulente Strömungen im Gefäß nach Abb. 5 erst bei wesentlich
höheren Frequenzen auftreten. Es ist ferner ohne weiteres einzusehen, daß mit fortschreitender
Unterteilung die Schwingungszahl, bei der eine unzulässige Wirbelströmung auftritt,
immer weiter steigt, so dal3 theoretisch auch bei ganz hohen Schwingungen das Auftreten
turbulenter Strömungen in befriedigender Weise verhindert bzw. vollkommen vermieden
werden kann. Mit fortschreitender Unterteilung des Behälters b durch Zwischenwände
c c in Richtung der Schwingungen nimmt natürlich die Leistungsübertragung zwischen
dem Gefäß und der fließbaren Masse zum Zweck des Mischens oder Entmischens immer
weiter zu. Entsprechend nimmt durch Verkürzung bzw. durch eine Unterteilung dies
Gefäßes b quer zur Schwingungsrichtung die Leistungsübertragung durch Stoß zu. Je
nachdem, ob der jeweils gewünschte Vorgang des Mischens oder Entmischens durch -Flächenreibung
oder Stoß gefördert wird, hat die Unterteilung in Richtung des Schwingungsverlaufes
oder quer zur Schwingungsrichtung zu erfolgen.
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Zum Verständnis des beschriebenen Vorganges tragen die bekannten Wirbelstromerscheinungen
der Elektrotechnik bei, die ebenfalls durch Zerlegen der durchflossenen Leiter herabgemindert
bzw. beseitigt werden. Die in der Elektrotechnikangewendeten Unterteilungsmittel
können in bezug auf Form und Richtung sinngemäß auf den vorliegenden Fall übertragen
werden.
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Außer :einer geschichteten Unterteilung in Rechtecke nach Abb. 5 können
noch solche nach beliebigen andere Querschnittsformen angewendet werden. Die Abb.6
zeigt beispielsweise eine Unterteilung in Form konzentrischer Kreisringe; statt
dessen können auch z. B. Spiralen zur Anwendung kommen. Die Abb.7 zeigt eine Zerlegung
in Prismen, Abb.8 eine solche durch Röhren, die auch durch Stäbe ersetzt werden
können. Wie ohne weiteres zu übersehen ist, sind damit die möglichen Ausführungsformen
nicht erschöpft.
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Die gewünschte Wirkung ist unabhängig davon, ob das schwingende Gefäß
b zwangsläufig oder ,als Glied eines schwingungsfähigen Gebildes bewegt wird. Abb.9
zeigt ein zwangsläufig bewegtes Gefäß b; durch einen Kurbel- oder Exzentertrieb
g lt wird das Gefäß
b mit konstantem Hub hin und her bewegt.
Abb. io zeigt schematisch ein-. Ausführungsform, bei der das Gefäß b als Masse eines
schwingungsfähigen Systems ausg°bildet ist. Die das Gefäß b tragende Welle x-x wird
bei wa, w2, tv3 geführt. Das Gefäß b
ist zwischen Federn/ gehalten, so daß
@es mit diesen zusammen ein ,schwingungsfähiges System bildet, das im dargestellten
Ausführungsbeispiel durch von einem Motor na und Riementrieb Y angetriebene,
eizentrisch umlaufende Gewichten" u12 als lose Kopplung erregt wird. Die veränderliche
Schwingungsamplitude des Gefäßes b stellt sich bei bestimmter Koppelkraft nach der
Größe der dämpfenden Wirkung ein, welche die in dem Gefäß enthaltene, durch dessen
schwingende Bewegung ebenfalls zu Schwingungen erregte fließbare Masse ausübt. Ein
weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Abb. i i, nach der das Gefäß b auf ieiazer
bei y eingespannten Feder/ .angeordnet ist und mit dieser ebealfalls ein
schwingungsfähiges Gebilde darstellt. In ,allen Ausführungsbeispieleh ist das Gefäß
b in der weiter oben beschriebenen Weise so unterteilt, daß bei der Leistungsübertragung
von dem schwingenden Gefäß an die fließbare _ Masse keine oder.nur ganz geringe
Turbulenzbewegunge:n entstehen, damit der Vorgang des Mischens oder Entmischens
nicht gestört wird.
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Bei einer schwingenden Erregung körniger Materialien gemäß der Erfindung,
beispielsweise zum Zweck des Entmischens, empfiehlt es sich, die Querschnittsformen
der Unterteilung so ' zu gestalten bzw. die Teilung der Zellen so groß zu wählen,
daß sich das Material zwischen den Wänden nicht einzuklemmen vermag, wodurch die
gewünschte gleichmäßige Wirkung des Entmischens gestört würde. Einige Beispiele
sind in den Abb. i--, 13, 14 gezeigt. Die Querschnitte haben halbrunde, dreieckige
bzw. rechteckige Form und sind mit Rücksicht auf Art und Zusammensetzung des zu
behandelnden Materials insbesondere an der Basis so bemessen, daß das in dem Querschnitt
sich schichtende Material bei den Schwingungen sich frei und ungehemmt bewegen kann.
Natürlich könnten auch noch andere, den Vorgang des Mischens oder Entmischens störende
Erscheinungen für die Ausgestaltung und Anordnung der Unterteilung maßgebend sein,
ohne daß, sich an dem Wesen der Erfindung etwas ändert.