EP1479496A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ausrichten magnetisierbarer Partikel in einem pastösen Material - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Ausrichten magnetisierbarer Partikel in einem pastösen Material Download PDF

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EP1479496A1
EP1479496A1 EP03014707A EP03014707A EP1479496A1 EP 1479496 A1 EP1479496 A1 EP 1479496A1 EP 03014707 A EP03014707 A EP 03014707A EP 03014707 A EP03014707 A EP 03014707A EP 1479496 A1 EP1479496 A1 EP 1479496A1
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EP
European Patent Office
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particles
zone
magnetic field
field
aligning
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Withdrawn
Application number
EP03014707A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shunli Zhang
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Bakker Holding Son BV
Original Assignee
Bakker Holding Son BV
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Publication date
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Priority to CA002526705A priority patent/CA2526705A1/en
Priority to MXPA05012582A priority patent/MXPA05012582A/es
Priority to AT04732601T priority patent/ATE347983T1/de
Priority to EP04732601A priority patent/EP1626847B1/de
Priority to JP2006529800A priority patent/JP2007511381A/ja
Priority to DE502004002312T priority patent/DE502004002312D1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/52—Producing shaped prefabricated articles from the material specially adapted for producing articles from mixtures containing fibres, e.g. asbestos cement
    • B28B1/523—Producing shaped prefabricated articles from the material specially adapted for producing articles from mixtures containing fibres, e.g. asbestos cement containing metal fibres

Definitions

  • the invention relates to an alignment device with magnetizable particles in a pasty material an alignment body with a front surface section and a wall comprising a rear surface portion, wherein the pasty material and the alignment body with it Front surface section first movable relative to each other are, wherein the alignment body further one within the Alignment body on the inside of the Front surface section arranged magnet unit, which are used to align the magnetizable particles periodically changing, on the pasty material acting magnetic field generated. Furthermore, the Invention a method for aligning magnetizable Particles in a pasty material.
  • Concentric with the circular arc-shaped front surface section is in the Alignment body arranged a rotatably mounted roller, which have one or more on their outer circumferential surface, especially three at a distance of 120 ° arranged to each other, permanent magnets. Since the Radius of the roller is only slightly smaller than that Radius of curvature of the front surface section is the gap between the inside of the front surface section and the Circumferential surface of the roller minimized.
  • the concrete containing fibers to be aligned relative to stationary alignment body moves, the concrete Alignment body curved along it Flows around the front surface section.
  • the rotating roller arranged permanent magnets generated Magnetic field are on the front surface section striking fibers according to the direction of rotation of the Roller moved around the alignment body.
  • the circularly curved front surface section in the rectilinear flank section weakens the magnetic field of the rotating magnets on the wall of the alignment body strongly as they move away from the wall.
  • the fibers remain in an aligned position back. Because of the continuous relative movement thus forms between the concrete and the alignment body of the alignment body covered relative to the concrete Way a layer of aligned fibers.
  • the known Device is in addition to the magnetic roller this a second much smaller magnetic roller in Area of transition of the front surface section in the Flank section arranged.
  • the arrangement of the on the second roller existing magnet and the ratio of The diameter of the two rollers relative to one another is selected such that that guide the fibers around the front surface section Magnetic field of the first roller in the area of the second roller to the outside, i.e. towards the fibers, to a certain Grade is shielded so that the release of the aligned fibers in the desired position improved is.
  • a disadvantage of the device described or with this device is carried out in that only fibers in the immediate vicinity of the device can be aligned so that more distant Fibers maintain their random orientation.
  • the Alignment of the fibers due to the comparatively high Residual field strength at the release position is not optimal.
  • a mere increase in magnetic field strength through use stronger magnets would increase the range of the Increase the magnetic field to a limited extent, thereby increasing the quality of the Layer structure, however, due to a deteriorated Significantly reduce the release of the aligned particles.
  • the previously derived task is done with a device of the type mentioned in that the Magnetic field in at least two zones with partial fields different field strength and / or different Field line course is divided, the subfield of first zone a long range attractive and aligning force exerts on the particles and the subfield the second zone, the particles in an aligned position releases again.
  • the inventive classification of the Magnet unit generated magnetic field in at least two zones with subfields of different field strengths and / or different field line course is on the one hand achieved that the particles are aligned, the a comparatively large distance from the alignment body exhibit.
  • the second field Zone that reaches the particles precisely in the zone intended position on the wall of the alignment body again are released, for example one off aligned particles to be formed in the pasty layer Material the desired properties, especially one high fiber density in the layer plane at the same time layer thickness as small as possible.
  • the alignment body provided according to the invention can consist of any material.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention consists in having the magnetic field in three zones Subfields of different field strengths and / or different field line course is divided, where the subfield of the first zone is a long-range one attractive force on the particles, that of the second Zone exerts a holding force on the particles through which these are aligned, and that of the third zone Releases particles in the aligned position.
  • the division of the magnetic field into three zones is on the one hand furthermore the orientation relatively far from Alignment of distant particles ensures on the other hand, these are determined by the subfield of second zone generated moderate holding force particularly precisely aligned and finally through the subfield of the third Zone after reaching the desired position in the pasty Material released again.
  • This division of the Magnetic field therefore enables that despite the strong, long-range appeal of the subfield of the first Zone the quality of the particle alignment and its controlled release at the designated position is not affected.
  • the Proportion of particles in the pasty material caused by the device according to the invention are aligned should, or the proportion of particles that continue in random alignment should remain in the material, can be set exactly.
  • the Material properties of the pasty material e.g. whose Viscosity or the size and shape of other therein contained fillers, taken into account.
  • the device can be particularly without this realize great technical effort and cost that the the periodically changing magnetic field Magnetic unit as a rotating body with a static Field distribution is formed.
  • the alignment body is advantageously as a transversely to the direction of relative movement between Alignment body and pasty material extending Hollow profile formed, the cross section like a Wing cross section of that essentially semicircular curved front surface section itself tapering over two flank surfaces to the rear Surface section is approaching. This form favors on the one hand the orientation of the particles as they travel along the bent and on the other hand their controlled release on Transition between one end of the front surface section and a flank surface.
  • the magnet unit By designing the magnet unit as a rotating one cylindrical roller, its axis of rotation with the central axis of the semicircular curved front surface section coincides, it is ensured that the gap between the Inside of the front surface section of the alignment body and the magnetic roller is minimal so that its magnetic field low loss on the pasty surrounding the alignment body Material can work.
  • the expedient extends Magnetic roller over the entire length of the Aligning.
  • the first and the second zone each about one 90 ° range and the third zone an approximately 180 ° range of Cover the cross section of the magnet unit.
  • each also has an approximately 120 ° coverage of the Cross section of the magnet unit through the three zones.
  • a high degree of variability in the formation of the three Subfields of magnetic field are given if this is generated by permanent magnets.
  • Particularly high Field strengths can be created from a permanent magnet Generate NdFeB alloy. To do this, it is useful if at least one of the permanent magnets made of this alloy consists.
  • the task of the third zone is to keep the particles in to release the aligned position. This can be done achieve particularly effectively in that the subfield of third zone of a soft magnetic material, in particular a low-carbon steel. This leads to a spatially soft magnetic Restricted reflux of the magnetic field lines with the material Consequence that the field strength of the radially outside this zone Magnetic field almost disappears and the particles in practically no more attractive force in this area Experienced.
  • the particles can also be used as steel rings be trained.
  • Their use turns out to be special advantageous if, for example, a thin layer in a concrete slab is to be produced. at the use of steel rings becomes a special one high degree of overlap of the individual particles in the Layer level reached, reducing the effectiveness of the structural reinforcement is increased. Among other things, this enables versus using conventional one-dimensional shaped steel shavings or fibers reduce the Use of materials without a noticeable deterioration in Load behavior of the reinforced component.
  • the 1a and 1b is an alignment device magnetic particles in a pasty material shown.
  • the device has an alignment body 1 in Form of a hollow profile, which consists of a non-magnetic material.
  • the 1a includes the hollow profile circular arc-shaped front surface section 1a, which over two flank sections 1c towards a rear Surface section 1b tapered in a straight line.
  • a magnet unit 2 is arranged, the as rotatably mounted, concentric with the circular arc-shaped front surface section 1a, cylindrical roller is formed.
  • the magnetic roller 2 is equipped with permanent magnets along its longitudinal axis and is, for example, by one or more electric motors (not shown) set in rotation.
  • a rotating i.e.
  • the cover first and second zones each have a 90 ° range as well the third zone the remaining 180 ° range of the circular cross section of the magnet unit.
  • the radius of the Magnetic roller 2 is only slightly smaller than that Radius of curvature of the front surface portion 1a, so that the Gap between the inside of the front surface section 1a and the peripheral surface of the magnetic roller 2 is minimal and that Magnetic field of the magnetic roller 2 with little loss on the Alignment body 1 surrounding pasty material can act.
  • FIG Magnet unit After which this is firmly in the alignment body arranged and the periodically changing magnetic field through an arrangement of individually controllable electromagnets is realized within the alignment body.
  • FIG. 2 The principle of operation of the device is shown in FIG. 2 shown schematically.
  • the pasty concrete 3 can be relative be moved to the stationary alignment body 1.
  • the concrete flows around the alignment body 1 the curved front surface portion 1a. It rotates the magnetic roller 2 counterclockwise so that the magnetizable particles 4 in the manner described below in a layer 6 below the alignment body 1 to be ordered.
  • the subfield of the first zone I exerts on the steel fibers 4 a long-range attractive force, so that the Fibers 4 in an elongated area 7 in front of the Front surface section 1a of the alignment body 1 thereon to move.
  • the subfield of the second zone II practices one Holding force on the attracted particles 4, through which this corresponds to the direction of rotation of the magnetic roller 2 down along the front surface portion 1a transported and aligned.
  • the subfield the third zone III whose field strength as a result of closed magnetic field lines radially within this zone almost disappears outside the alignment body 1, there the particles 4 in the aligned position approximately at the Position 1e of the transition from the circularly curved Front surface section 1a in the lower flank section 1c free again.
  • the rotation of the three subfields total magnetic field of the magnetic roller 2 means that the subfield of the first zone I acts at the point of release of the particles 4.
  • the separation of the particles from the wall is corresponding of the alignment body 1 regularly difficult for a short time what to an undesirable wavy structure of the trainee particle layer 6 would lead. That can but can be effectively countered by the fact that Rotation frequency of the magnetic roller relative to the movement of the Alignment body 1 selected very high in the concrete layer , whereby a possible wave structure of the layer 6 is smoothed.
  • a strong, preferably permanent magnet 8 made of an NdFeB alloy a point near the axis of rotation of the magnetic roller 2 radially outward. Its outer end face 8a, on which the Magnetic North Pole is located according to the Curvature of the magnetic roller shaped so that the magnetic roller with minimal gap to the inner surface of the front surface section 1a of the alignment body 1 can rotate. Furthermore is inside the magnetic roller 2 a pole piece 9 from a soft magnetic material, preferably a soft unalloyed steel.
  • the pole piece 9 includes one Middle section 9a, which on the inner end face of the Permanent magnet 8, on the magnetic south pole located, flush and the axis of rotation of the Magnetic roller 2 surrounds. From the central section 9a an end section 9b from both sides. Both End portions 9b are in the direction of the permanent magnet 8 slightly angled and extend to the outer circumference the magnetic roller 2, with their respective outer End faces 9c as well as the circumferential curvature of the magnetic roller are adjusted.
  • the magnetic field generated by this magnet arrangement is in two zones I, II divided and is characterized by its field lines represented graphically.
  • the first zone I is from the Permanent magnet 8 and the pole piece 9 are formed.
  • the pole piece 9 through the strong permanent magnet 8 magnetized so that at its end portions 9b each form a magnetic south pole.
  • the field lines run from the north pole of the permanent magnet 8 through the magnetic roller or the one enclosing it Alignment body surrounding space to the end portions 9b of the Polschuhs 9 with the result that the in relation to the Rear magnet region 10 of the magnetic roller, which forms the second zone II and for example with Aluminum or steel can be filled by a box is penetrated by only low field strength.
  • Both magnets 11, 12 exist preferably made of an NdFeB alloy.
  • the magnets 11, 12 are at an acute angle of approx. 60 ° to each other and run approximately from the axis of rotation of the magnetic roller 2 to its peripheral surface, the outer end faces of the Magnets 11, 12 in turn the circumferential curvature of the magnetic roller 2 are adjusted to the gap between the magnetic roller and Front surface section of the alignment body (not here shown) to minimize.
  • Both magnets 11, 12 are oppositely aligned so that in the case of the first Magnet 11 of the north pole faces outwards and in the case of second magnet 12 the south pole.
  • the magnetic field generated by this magnet arrangement is again divided into two zones I, II and is characterized by its Field line course visualized.
  • the subfield of the first zone is generated by the angularly arranged magnets 11, 12. Through their opposite orientation, a deep into the Space-grabbing and thus a far-reaching attraction exercising magnetic field generated.
  • the rear one Area 13 consisting of the soft magnetic material represents the second zone II, in which the field lines practically completely returned.
  • the Residual field strength in the area surrounding the second zone Area vanishingly small, which is a prerequisite for that the attracted and aligned particles on the desired position can be released again.
  • magnetic roller 2 Due to the asymmetrical magnet arrangement of the in FIG. 5 shown magnetic roller 2 is in three zones I *, II *, III * divided magnetic field (see Fig. 5b) generated.
  • the Comparison to the basic representation of the device in Fig. 1 is the order of the arrangement of the Zones I *, II *, III * reversed.
  • the rotates 5 in clockwise operation and the to be aligned particles 4 are above the Alignment body 1 arranged in the pasty material 3.
  • the magnetic roller 2 itself is in two 180 ° sectors 14, 15 divided with an average sectional area D.
  • the sector 14 is in turn divided into two 90 ° sectors 14a, 14b.
  • in the Sector 14a is a strong permanent magnet 16, which is perpendicular to the cut surface D in Direction of the opposite peripheral surface of the Magnetic roller 2 extends so that its north pole is in the area the peripheral surface of the magnetic roller 2 is located.
  • adjacent sector 14b is parallel to the first Magnet 16, but oppositely oriented a second one weaker permanent magnet 17 arranged.
  • Both magnets 16, 17 preferably consist of an NdFeB alloy and are the curvature of the outer end faces of the Circumferential surface of the magnetic roller 2 adapted.
  • the between the Magnets 16, 17 are spaces with a non-magnetic material, e.g. Aluminum filled.
  • the second 180 ° sector 15 consists entirely of one soft magnetic material, preferably a soft carbon steel.
  • Fig. 5b The effect of this magnet arrangement with respect to the Field line course is shown in Fig. 5b. So practice that of the strong magnet 16 in the first zone I * generated a particularly long-range subfield Attraction to the magnetizable particles, which in which the magnetic roller 2 or the alignment body 1 surrounding material are included.
  • the subfield of the second Zone II * is weaker than that of the first Zone I * thereby preferably suitable, however, that of the magnetic field first zone I * attracted particles to the release position transport and thereby in the desired manner align.
  • the soft magnetic material of sector 15 ensures that the retreating field lines of the poles of the Magnets 16, 17 almost completely in the subfield of third zone III * are included so that outside practically no force acts on the particles anymore this is easily released in the aligned position can be.
  • FIG. 7 is also based on the asymmetrical magnet arrangement of Fig. 5.
  • magnets 16, 17 and the transverse magnet 19 are two transversely arranged in the 180 ° sector 14 Magnets 20, 21 are provided which are connected to the respective outer Long sides of the magnets 16, 17 butt and so aligned are that the strong magnet 16, the north pole, the weaker magnets 17 facing the south pole.
  • the total of five magnets 16, 17, 19, 20, 21 existing arrangement corresponds to that of a linear Halbach array. It is advantageous in two ways. So will on the one hand the range of the attraction of the subfield the first zone I * compared to the arrangement with bucking poles maximized. On the other hand, it enables complete Shield the rear area (Zone III *) so that the field strength of the subfield of the third zone III * disappears. This will release the magnetizable Particles optimized in the desired position.
  • the arrangement with bucking pole or with Halbach array leaves also with the two-pole arrangement with radial Realize the magnet alignment, for example according to FIG. 4 and improves their impact on attraction and Alignment of the magnetizable particles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten magnetisierbarer Partikel (4) in einem pastösen Material (3), insbesondere von Stahlfasern oder -ringen in nicht abgebundenem Beton, mit einem Ausrichtkörper (1) mit einer einen Frontflächenabschnitt (1a) und einen hinteren Flächenabschnitt (1b) umfassenden nichtmagnetischen Wand, wobei das pastöse Material (33) und der Ausrichtkörper (1) mit dessen Frontflächenabschnitt (1a) zuvorderst relativ zueinander bewegt werden, wobei der Ausrichtkörper (1) ferner eine innerhalb des Ausrichtkörpers (1) an der Innenseite des Frontflächenabschnittes (1a) angeordnete Magneteinheit (2) aufweist, welche zum Ausrichten der magnetisierbaren Partikel (4) ein periodisch veränderliches, auf das pastöse Material wirkendes Magnetfeld erzeugt. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in mindestens zwei Zonen (I, II) mit Teilfeldern unterschiedlicher Feldstärke und/oder unterschiedlichen Feldlinienverlaufs eingeteilt ist, wobei das Teilfeld der ersten Zone (I) eine langreichweitige anziehende und ausrichtende Kraft auf die Partikel ausübt und das Teilfeld der zweiten Zone (II) die Partikel in ausgerichteter Position wieder freigibt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten magnetisierbarer Partikel in einem pastösen Material mit einem Ausrichtkörper mit einer einen Frontflächenabschnitt und einen hinteren Flächenabschnitt umfassenden Wand, wobei das pastöse Material und der Ausrichtkörper mit dessen Frontflächenabschnitt zuvorderst relativ zueinander bewegbar sind, wobei der Ausrichtkörper ferner eine innerhalb des Ausrichtkörpers an der Innenseite des Frontflächenabschnittes angeordnete Magneteinheit aufweist, welche zum Ausrichten der magnetisierbaren Partikel ein periodisch veränderliches, auf das pastöse Material wirkendes Magnetfeld erzeugt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten magnetisierbarer Partikel in einem pastösen Material.
Die Verwendung von Stahlfasern in Beton zu dessen Verstärkung ist seit ca. 20 Jahren bekannt. Dabei sind die Stahlfasern im Beton über sein Volumen gleichmäßig mit zufälliger Ausrichtung verteilt. Bei einer beispielsweise auf Biegung belasteten Betonplatte ist es wünschenswert, daß die Fasern in einer Ebene senkrecht zur angreifenden Biegekraft verteilt sind, so daß sie den Betonkörper entsprechend seiner Belastung maximal verstärken können. Diejenigen Fasern, die schräg oder gar parallel zur angreifenden Kraft angeordnet sind, tragen zu diesem Verstärkungseffekt nur vermindert oder gar nicht bei. Gegenüber Betonkörpern mit regellos verteilten Stahlfasern kann daher bei einem Betonkörper mit in der gewünschten Weise ausgerichteten Stahlfasern deren Dosierung reduziert werden, ohne daß sich das spezifische Belastungsverhalten des Betonkörpers merklich verschlechtert.
Neben dem Vorteil einer gezielten strukturellen Verstärkung des jeweiligen Betonbauteils durch das Ausrichten der enthaltenen Fasern, beispielsweise bei Industriefußböden, sind auch weitere Anwendungen solcher Betonbauteile denkbar. So läßt sich durch die Ausrichtung der Stahlfasern in einer Ebene beispielsweise eine elektrisch leitende Schicht in einer Betonwand erzeugen, wodurch diese beheizt oder eine elektromagnetische Abschirmung realisiert werden kann.
Aus dem Stand der Technik der offengelegten US-Patentanmeldung US 2002/0182395 A1 und der veröffentlichten Internationalen Anmeldung WO/9967072 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten magnetisierbarer Fasern in einem viskosen Körper, insbesondere von Stahlfasern in nichtabgebundenem Beton, bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einem als Hohlprofil ausgebildeten Ausrichtkörper, welcher seinerseits aus einem nichtmagnetischen Material besteht. Der Ausrichtkörper weist im Querschnitt einen kreisbogenförmigen Frontflächenabschnitt auf, welcher über zwei Flankenabschnitte in Richtung eines hinteren Flächenabschnitts geradlinig spitz zuläuft. Konzentrisch mit dem kreisbogenförmigen Frontflächenabschnitt ist in dem Ausrichtkörper eine drehbar gelagerte Walze angeordnet, welche auf ihrer äußeren Umfangsfläche einen oder mehrere, insbesondere drei in einem Abstand von jeweils 120° zueinander angeordnete, Permanentmagneten aufweist. Da der Radius der Walze nur geringfügig kleiner ist als der Krümmungsradius des Frontflächenabschnittes, ist der Spalt zwischen der Innenseite des Frontflächenabschnittes und der Umfangsfläche der Walze minimiert. Durch Drehung der Magnetwalze wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, welches die nichtmagnetische Wand des Ausrichtkörpers durchdringt und auf das den Ausrichtkörper umgebende Material wirkt.
Gemäß dem angegebenen Verfahren zum Ausrichten der Fasern im nichtabgebundenen Beton wird die Vorrichtung, d.h. der Ausrichtkörper mit rotierender Walze, quer zu seiner Längsachse durch den Betonkörper bzw. der pastöse, die auszurichtenden Fasern enthaltende Beton relativ zum stationären Ausrichtkörper bewegt, wobei der Beton den Ausrichtkörper entlang dessen gebogenen Frontflächenabschnitts umfließt. Durch das von den auf der rotierenden Walze angeordneten Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld werden die auf den Frontflächenabschnitt treffenden Fasern entsprechend der Rotationsrichtung der Walze um den Ausrichtkörper herumbewegt. Beim Übergang des kreisförmig gebogenen Frontflächenabschnittes in den geradlinigen Flankenabschnitt schwächt sich das Magnetfeld der rotierenden Magneten an der Wand des Ausrichtkörpers stark ab, da diese sich von der Wand wieder entfernen. Folglich bleiben die Fasern in ausgerichteter Position zurück. Aufgrund der kontinuierlichen Relativbewegung zwischen Beton und Ausrichtkörper bildet sich somit entlang des vom Ausrichtkörper relativ zum Beton zurückgelegten Weges eine Schicht ausgerichteter Fasern.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der bekannten Vorrichtung ist innerhalb der Magnetwalze zusätzlich zu dieser eine zweite wesentlich kleinere Magnetwalze im Bereich des Übergangs des Frontflächenabschnittes in den Flankenabschnitt angeordnet. Die Anordnung des auf der zweiten Walze vorhandenen Magneten sowie das Verhältnis der Durchmesser beider Walzen zueinander ist derart gewählt, daß das die Fasern um den Frontflächenabschnitt herumführende Magnetfeld der ersten Walze im Bereich der zweiten Walze nach außen, d.h. in Richtung der Fasern, zu einem gewissen Grade abgeschirmt ist, so daß die Freigabe der ausgerichteten Fasern an der gewünschten Position verbessert ist.
Nachteilig an der beschriebenen Vorrichtung bzw. dem mit dieser Vorrichtung durchgeführten Verfahren ist, daß lediglich Fasern in unmittelbarer Nähe der Vorrichtung ausgerichtet werden können, so daß weiter entfernt liegende Fasern ihre regellose Ausrichtung beibehalten. Zudem ist die Ausrichtung der Fasern aufgrund der vergleichsweise hohen Restfeldstärke an der Freigabeposition nicht optimal. Eine bloße Erhöhung der Magnetfeldstärke durch den Einsatz stärkerer Magneten würde zwar die Reichweite des Magnetfeldes begrenzt erhöhen, dabei die Qualität des Schichtaufbaus jedoch infolge einer verschlechterten Freigabe der ausgerichteten Partikel erheblich vermindern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Vorrichtung des Standes der Technik so weiterzubilden, daß eine noch gezieltere Ausrichtung einer wesentlich größeren Zahl in einem pastösen Material enthaltener Partikel möglich wird. Die Vorrichtung soll sich ferner ohne großen technischen Aufwand und Kosten realisieren lassen. Weitere Aufgaben der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung und den Ausführungsbeispielen.
Die zuvor hergeleitete Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Magnetfeld in mindestens zwei Zonen mit Teilfeldern unterschiedlicher Feldstärke und/oder unterschiedlichen Feldlinienverlaufs eingeteilt ist, wobei das Teilfeld der ersten Zone eine langreichweitige anziehende und ausrichtende Kraft auf die Partikel ausübt und das Teilfeld der zweiten Zone die Partikel in ausgerichteter Position wieder freigibt.
Durch die erfindungsgemäße Einteilung des durch die Magneteinheit erzeugten Magnetfeldes in mindestes zwei Zonen mit Teilfeldern unterschiedlicher Feldstärke und/oder unterschiedlichen Feldlinienverlaufs wird einerseits erreicht, daß auch die Partikel ausgerichtet werden, die einen vergleichsweise großen Abstand zum von Ausrichtkörper aufweisen. Andererseits wird durch das Teilfeld der zweiten Zone erreicht, daß die Partikel präzise in der dafür vorgesehenen Position an der Wand des Ausrichtkörpers wieder freigegeben werden, wodurch beispielsweise eine aus ausgerichteten Partikeln zu formende Schicht in dem pastösen Material die gewünschten Eigenschaften, insbesondere eine hohe Faserdichte in der Schichtebene bei gleichzeitig möglichst geringer Schichtdicke, erhält.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Ausrichtkörper kann aus einem beliebigen Material bestehen. Besonders geeignet sind nichtmagnetische Materialien, da diese die Freigabe der ausgerichteten Partikel an der Wand des Ausrichtkörpers in der dafür vorgesehenen Position infolge eines eigenen Magnetfeld nicht behindern.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Magnetfeld in drei Zonen mit Teilfeldern unterschiedlicher Feldstärke und/oder unterschiedlichen Feldlinienverlaufs eingeteilt ist, wobei das Teilfeld der ersten Zone eine langreichweitige anziehende Kraft auf die Partikel ausübt, das der zweiten Zone eine Haltekraft auf die Partikel ausübt, durch welche diese ausgerichtet werden, und das der dritten Zone die Partikel in ausgerichteter Position wieder freigibt. Durch die Einteilung des Magnetfeldes in drei Zonen ist einerseits weiterhin auch die Ausrichtung relativ weit vom Ausrichtkörper entfernt liegender Partikel gewährleistet, andererseits werden diese durch die durch das Teilfeld der zweiten Zone erzeugte moderate Haltekraft besonders präzise ausgerichtet und schließlich durch das Teilfeld der dritten Zone nach Erreichen der gewünschten Lage in dem pastösen Material wieder freigegeben. Diese Einteilung des Magnetfeldes ermöglicht es folglich, daß trotz der starken, langreichweitigen Anziehungskraft des Teilfeldes der ersten Zone die Qualität der Partikelausrichtung und deren kontrollierte Freigabe an der dafür vorgesehenen Position nicht beeinträchtigt wird.
Hinsichtlich der durch das Teilfeld der ersten Zone erzeugten, auf die auszurichtenden Partikel wirkenden anziehenden Kraft kann deren Reichweite durch entsprechende Wahl des Feldstärke und des Feldlinienverlaufs des Teilfeldes in dieser Zone eingestellt werden. Somit kann der Anteil der Partikel in dem pastösen Material, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ausgerichtet werden sollen, bzw. der Anteil der Partikel, die weiterhin in regelloser Ausrichtung in dem Material verbleiben sollen, exakt eingestellt werden. Dabei werden ebenso die Materialeigenschaften des pastösen Materials, so z.B. dessen Viskosität bzw. die Größe und Form weiterer darin enthaltener Füllstoffe, berücksichtigt.
Die Vorrichtung läßt sich insbesondere dadurch ohne zu großen technischen Aufwand und Kosten realisieren, daß die das periodisch veränderliche Magnetfeld erzeugende Magneteinheit als rotierender Körper mit statischer Feldverteilung ausgebildet ist. Wie bereits beim Stand der Technik gezeigt, ist der Ausrichtkörper vorteilhafterweise als ein sich quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen Ausrichtkörper und pastösem Material erstreckendes Hohlprofil ausgebildet, dessen Querschnitt nach Art eines Tragflächenquerschnitts von dem im wesentlichen halbkreisförmig gebogenen Frontflächenabschnitt sich verjüngend über zwei Flankenflächen zum hinteren Flächenabschnitt zuläuft. Diese Form begünstigt einerseits die Ausrichtung der Partikel bei ihrem Transport entlang des gebogenen und andererseits ihre kontrollierte Freigabe am Übergang zwischen dem einen Ende des Frontflächenabschnittes und einer Flankenfläche.
Durch die Ausbildung der Magneteinheit als eine rotierende zylindrische Walze, deren Rotationsachse mit der Mittelachse des halbkreisförmig gebogenen Frontflächenabschnitts zusammenfällt, ist gewährleistet, daß der Spalt zwischen der Innenseite des Frontflächenabschnittes des Ausrichtkörpers und der Magnetwalze minimal ist, so daß deren Magnetfeld verlustarm auf das den Ausrichtkörper umgebende pastöse Material wirken kann. Zweckmäßigerweise erstreckt sich die Magnetwalze dabei über die gesamte Länge des Ausrichtkörpers.
Hinsichtlich der Einteilung des von der als zylindrische Walze ausgebildeten Magneteinheit erzeugten Magnetfeldes in die unterschiedlichen Zonen haben sich insbesondere zwei Lösungen als besonders vorteilhaft erwiesen. So kann einerseits die erste und die zweite Zone jeweils etwa einen 90°-Bereich und die dritte Zone einen etwa 180°-Bereich des Querschnitts der Magneteinheit überdecken. Zweckmäßig ist jedoch auch jeweils eine etwa 120°-Überdeckung des Querschnitts der Magneteinheit durch die drei Zonen.
Eine hohe Variabilität bei der Formung des aus den drei Teilfeldern gebildeten Magnetfeldes ist dann gegeben, wenn dieses von Permanentmagneten erzeugt wird. Besonders hohe Feldstärken lassen sich mit Permanentmagneten aus einer NdFeB-Legierung erzeugen. Dazu ist es zweckmäßig, wenn mindestens einer der Permanentmagneten aus dieser Legierung besteht.
Die Aufgabe der dritten Zone besteht darin, die Partikel in ausgerichteter Position wieder freizugeben. Dies läßt sich besonders effektiv dadurch erreichen, daß das Teilfeld der dritten Zone von einem weichmagnetischen Material, insbesondere einem kohlenstoffarmen Stahl, erzeugt wird. Dies führt zu einem räumlich auf das weichmagnetische Material beschränkten Rückfluß der Magnetfeldlinien mit der Folge, daß radial außerhalb dieser Zone die Feldstärke des Magnetfelds annähernd verschwindet und die Partikel in diesem Bereich praktisch keine anziehende Kraft mehr erfahren.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Ausrichten magnetisierbarer Partikel in einem pastösen Material anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung gelöst. Die Vorteile dieser Vorrichtung gelten in gleichem Maße auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Dieses hat insbesondere dann ein großes Anwendungsspektrum, wenn als pastöses Material nicht abgebundener Beton verwendet wird und die Partikel als Stahlfasern ausgebildet sind.
Alternativ können die Partikel auch als Stahlringe ausgebildet sein. Deren Einsatz erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn beispielsweise eine dünne Schicht in einer auf Biegung belasteten Betonplatte erzeugt werden soll. Bei der Verwendung von Stahlringen wird dabei ein besonders hoher Überlappungsgrad der einzelnen Partikel in der Schichtebene erreicht, wodurch die Effektivität der strukturellen Verstärkung erhöht wird. Dies ermöglicht u.a. gegenüber der Verwendung konventioneller eindimensional geformter Stahlspäne- oder fasern eine Reduzierung des Materialeinsatzes ohne eine sprürbare Verschlechterung des Belastungsverhaltens des verstärkten Bauteils.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erlaütert. Es zeigen:
Fig. 1 a,b
eine Vorrichtung zum Ausrichten magnetisierbarer Partikel in einem pastösen Material in schematischer Darstellung im Querschnitt und perspektivisch,
Fig. 2
das Funktionsprinzips der Vorrichtung der Fig. 1 in schematischer Darstellung,
Fig. 3
die Magneteinheit der Vorrichtung der Fig. 1 in einer Dreipol-Anordnung,
Fig. 4
die Magneteinheit der Vorrichtung der Fig. 1 in einer Zweipol-Anordnung mit radialer Magnetausrichtung,
Fig. 5 a,b
die Magneteinheit der Vorrichtung der Fig. 1 in asymmetrischer Magnetanordnung,
Fig. 6
die Magneteinheit der Vorrichtung der Fig. 1 in asymmetrischer Magnetanordnung mit Bucking Pol und
Fig. 7
die Magneteinheit der Vorrichtung der Fig. 1 in asymmetrischer Magnetanordnung mit linearem Halbach-Array.
In den Fig. 1a und 1b ist eine Vorrichtung zum Ausrichten magnetischer Partikel in einem pastösen Material dargestellt. Die Vorrichtung weist einen Ausrichtkörper 1 in Form eines Hohlprofils auf, welches aus einem nichtmagnetischen Material besteht. Gemäß der Querschnittsansicht der Fig. 1a umfaßt das Hohlprofil einen kreisbogenförmigen Frontflächenabschnitt 1a, welcher über zwei Flankenabschnitte 1c in Richtung eines hinteren Flächenabschnitts 1b geradlinig spitz zuläuft. Innerhalb des Ausrichtkörpers 1 ist eine Magneteinheit 2 angeordnet, die als drehbar gelagerte, konzentrisch mit dem kreisbogenförmigen Frontflächenabschnitt 1a angeordnete, zylindrische Walze ausgebildet ist. Die Magnetwalze 2 ist entlang ihrer Längsachse mit Permanentmagneten bestückt und wird beispielsweise durch einen oder mehrere Elektromotoren (nicht dargestellt) in Rotation versetzt. Somit wird ein rotierendes, d.h. periodisch veränderliches, auf die in dem pastösen Material enthaltenen Partikel wirkendes Magnetfeld erzeugt, welches in drei Zonen I, II, III mit Teilfeldern unterschiedlicher Feldstärke und/oder unterschiedlichen Feldlinienverlaufs eingeteilt ist. Dabei überdecken die erste und die zweite Zone jeweils einen 90°-Bereich sowie die dritte Zone den verbleibenden 180°-Bereich des kreisförmigen Querschnitts der Magneteinheit. Der Radius der Magnetwalze 2 ist nur geringfügig kleiner als der Krümmungsradius des Frontflächenabschnittes 1a, so daß der Spalt zwischen der Innenseite des Frontflächenabschnittes 1a und der Umfangsfläche der Magnetwalze 2 minimal ist und das Magnetfeld der Magnetwalze 2 verlustarm auf das den Ausrichtkörper 1 umgebende pastöse Material wirken kann.
Nicht dargestellt ist eine alternative Ausführungsform der Magneteinheit, nach der diese fest in dem Ausrichtkörper angeordnet und das periodisch veränderliche Magnetfeld durch eine Anordnung einzeln ansteuerbarer Elektromagneten innerhalb des Ausrichtkörpers realisiert ist.
Das Funktionsprinzip der Vorrichtung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Demnach wird der Ausrichtkörper 1 mit der darin angeordneten rotierenden Magnetwalze 2 quer zu seiner Längsachse 1f durch ein pastöses Material 3 in Form einer nichabgebundenen Betonschicht bewegt, welche magnetisierbare Partikel 4 in Form von Stahlfasern oder Stahlringen enthält. Ebenso kann der pastöse Beton 3 relativ zum stationären Ausrichtkörper 1 bewegt werden. In beiden Fällen umfließt der Beton 3 den Ausrichtkörper 1 entlang dessen gebogenen Frontflächenabschnitts 1a. Dabei rotiert die Magnetwalze 2 gegen den Uhrzeigersinn, so daß die magnetisierbaren Partikel 4 in der unten beschriebenen Weise in einer Schicht 6 unterhalb des Ausrichtkörpers 1 angeordnet werden.
Das Teilfeld der ersten Zone I übt auf die Stahlfasern 4 eine langreichweitige anziehende Kraft aus, so daß sich die Fasern 4 in einem langgestreckten Bereich 7 vor dem Frontflächenabschnitt 1a des Ausrichtkörpers 1 auf diesen zubewegen. Das Teilfeld der zweiten Zone II übt eine Haltekraft auf die angezogenen Partikel 4 aus, durch welche diese entsprechend der Rotationsrichtung der Magnetwalze 2 entlang des Frontflächenabschnittes 1a nach unten transportiert und dabei ausgerichtet werden. Das Teilfeld der dritten Zone III, dessen Feldstärke infolge der geschlossenen Magnetfeldlinien innerhalb dieser Zone radial außerhalb des Ausrichtkörpers 1 annähernd verschwindet, gibt die Partikel 4 in ausgerichteter Position ungefähr an der Stelle 1e des Übergangs des kreisförmig gebogenen Frontflächenabschnittes 1a in den unteren Flankenabschnitt 1c wieder frei.
Die Rotation des sich aus den drei Teilfeldern zusammensetzenden Gesamtmagnetfeldes der Magnetwalze 2 bedeutet, daß regelmäßig auch das Teilfeld der ersten Zone I an der Stelle der Freigabe der Partikel 4 wirkt. Dementsprechend ist die Ablösung der Partikel von der Wand des Ausrichtkörpers 1 regelmäßig kurzzeitig erschwert, was zu einer unerwünschten wellenförmigen Struktur der auszubildenden Partikelschicht 6 führen würde. Dem kann jedoch wirkungsvoll dadurch begegnet werden, daß die Rotationsfrequenz der Magnetwalze relativ zur Bewegung des Ausrichtkörpers 1 in der Betonschicht sehr hoch gewählt wird, wodurch eine etwaige Wellenstruktur der Schicht 6 geglättet wird.
In den Fig. 3 - 6 sind verschiedenen Anordnungen der Permanentmagneten in der Magnetwalze 2 dargestellt.
Gemäß der Fig. 3 erstreckt sich ein starker, vorzugsweise aus einer NdFeB-Legierung bestehender Permanentmagnet 8 von einem Punkt nahe der Rotationsachse der Magnetwalze 2 radial nach außen. Seine äußere Stirnfläche 8a, an der sich der magnetischen Nordpol befindet, ist dabei entsprechend der Krümmung der Magnetwalze geformt, so daß die Magnetwalze mit minimalem Spalt zur Innenfläche des Frontflächenabschnittes 1a des Ausrichtkörpers 1 rotieren kann. Weiterhin ist innerhalb der Magnetwalze 2 ein Polschuh 9 aus einem weichmagnetischen Material, vorzugsweise einem weichen unlegierten Stahl, vorgesehen. Der Polschuh 9 umfaßt einen Mittelabschnitt 9a, welcher an die innere Stirnfläche des Permanentmagneten 8, an der sich dessen magnetischer Südpol befindet, bündig angrenzt und die Rotationsachse der Magnetwalze 2 umgibt. Von dem Mittelabschnitt 9a steht zu beiden Seiten jeweils ein Endabschnitt 9b ab. Beide Endabschnitte 9b sind in Richtung des Permanentmagneten 8 leicht abgewinkelt und erstrecken sich bis zum Außenumfang der Magnetwalze 2, wobei ihre jeweiligen äußeren Stirnflächen 9c ebenso der Umfangskrümmung der Magnetwalze angepaßt sind.
Das von dieser Magnetanordnung erzeugte Magnetfeld ist in zwei Zonen I, II eingeteilt und wird durch seine Feldlinien grafisch dargestellt. Die erste Zone I wird von dem Permanentmagneten 8 und dem Polschuh 9 gebildet. Hierbei ist der Polschuh 9 durch den starken Permanentmagneten 8 magnetisiert, so daß sich an dessen Endabschnitten 9b jeweils ein magnetischer Südpol ausbildet. Dementsprechend verlaufen die Feldlinien vom Nordpol des Permanentmagneten 8 durch den die Magnetwalze bzw. den sie einschließenden Ausrichtkörper umgebenden Raum zu den Endabschnitten 9b des Polschuhs 9 mit der Folge, daß der in bezug auf die Magnetanordnung rückwärtige Bereich 10 der Magnetwalze, welcher die zweite Zone II bildet und beispielsweise mit Aluminium oder Stahl ausgefüllt sein kann, von einem Feld von nur geringer Feldstärke durchsetzt ist. Durch das vom Nordpol des Permanentmagneten 8 erzeugte Feld wird eine anziehende Kraft insbesondere auf magnetisierbares Material, welches sich in einem Bereich in Verlängerung seiner Längsachse befindet, ausgeübt. Die Magnetanordnung der Fig. 3 zeichnet sich insbesondere durch geringen Fertigungsaufwand und damit niedrige Kosten aus.
Die Magnetanordnung gemäß Fig. 4 umfaßt zwei von der Rotationsachse der Magnetwalze 2 sich radial nach außen erstreckende Permanentmagneten 11, 12 im wesentlichen gleicher Größe und Stärke. Beide Magneten 11, 12 bestehen vorzugsweise aus einer NdFeB-Legierung. Die Magneten 11, 12 stehen in spitzem Winkel von ca. 60° zueinander und verlaufen annähernd von der Rotationsachse der Magnetwalze 2 zu ihrer Umfangsfläche, wobei die äußeren Stirnflächen der Magneten 11, 12 wiederum der Umfangskrümmung der Magnetwalze 2 angepaßt sind, um das Spaltmaß zwischen Magnetwalze und Frontflächenabschnitt des Ausrichtkörpers (hier nicht eingezeichnet) zu minimieren. Beide Magneten 11, 12 sind entgegengesetzt ausgerichtet, so daß im Falle des ersten Magneten 11 der Nordpol nach außen weist und im Falle des zweiten Magneten 12 der Südpol.
Jenseits der Rotationsachse der Magnetwalze 2 in gleichem Winkelabstand zu den beiden Magneten 11, 12 befindet sich ein aus einem weichmagnetischen Material, vorzugsweise einem weichen unlegierten Stahl, bestehender Bereich 13, welcher sich über 180° und damit über die halbe Querschnittsfläche der Magnetwalze 2 erstreckt.
Das von dieser Magnetanordnung erzeugte Magnetfeld ist wiederum in zwei Zonen I, II eingeteilt und wird durch seine Feldlinienverlauf visualisiert. Das Teilfeld der ersten Zone wird durch die winklig angeordneten Magneten 11, 12 erzeugt. Durch ihre entgegengesetzte Ausrichtung wird ein tief in den Raum ragendes und damit eine weitreichende Anziehungskraft ausübendes Magnetfeld erzeugt. Der rückwärtig angeordnete aus dem weichmagnetischen Material bestehende Bereich 13 repräsentiert die zweite Zone II, in der die Feldlinien praktisch vollständig zurückgeführt werden. Folglich ist die Restfeldstärke in dem die zweite Zone außen umgebenden Bereich verschwindend gering, was Voraussetzung dafür ist, daß die angezogenen und ausgerichteten Partikel an der gewünschten Stelle wieder freigegeben werden können.
Durch die asymmetrische Magnetanordnung der in Fig. 5 dargestellten Magnetwalze 2 wird ein in drei Zonen I*, II*, III* eingeteiltes Magnetfeld (s. Fig. 5b) erzeugt. Im Vergleich zu der prinzipiellen Darstellung der Vorrichtung in Fig. 1 ist hierbei die Reihenfolge der Anordnung der Zonen I*, II*, III* umgekehrt. Folglich rotiert die Magnetwalze 2 der Fig. 5 im Betrieb im Uhrzeigersinn und die auszurichtenden Partikel 4 werden oberhalb des Ausrichtkörpers 1 in der pastösen Material 3 angeordnet.
Die Magnetwalze 2 selbst ist in zwei 180°-Sektoren 14, 15 mit einer mittleren Schnittfläche D unterteilt. Der Sektor 14 ist wiederum in zwei 90°-Sektoren 14a, 14b unterteilt. Im Sektor 14a ist ein starker Permanentmagnet 16 angeordnet, welcher sich rechtwinklig von der Schnittfläche D in Richtung der gegenüberliegenden Umfangsfläche der Magnetwalze 2 erstreckt, so daß sich sein Nordpol im Bereich der Umfangsfläche des Magnetwalze 2 befindet. In dem dazu benachbart gelegenen Sektor 14b ist parallel zum ersten Magneten 16, aber entgegengesetzt orientiert ein zweiter schwächerer Permanentmagnet 17 angeordnet. Beide Magneten 16, 17 bestehen vorzugsweise aus einer NdFeB-Legierung und sind bezüglich ihrer äußeren Stirnflächen der Krümmung der Umfangsfläche der Magnetwalze 2 angepaßt. Die zwischen den Magneten 16, 17 befindlichen Zwischenräume sind mit einem nichtmagnetischen Material, wie z.B. Aluminium ausgefüllt. Der zweite 180°-Sektor 15 besteht vollständig aus einem weichmagnetischen Material, vorzugsweise einem weichen unlegierten Stahl.
Die Wirkung dieser Magnetanordnung in bezug auf den Feldlinienverlauf ist in Fig. 5b dargestellt. Demnach übt das von dem starken Magneten 16 in der ersten Zone I* erzeugte Teilfeld eine besonders langreichweitige Anziehungskraft auf die magnetisierbaren Partikel aus, welche in dem die Magnetwalze 2 bzw. den Ausrichtkörper 1 umgebenden Material enthalten sind. Das Teilfeld der zweiten Zone II* ist schwächer als das der ersten Zone I*, ist dadurch jedoch vorzugsweise geeignet, die vom Magnetfeld der ersten Zone I* angezogenen Partikel zur Freigabeposition zu transportieren und dabei in der gewünschten Weise auszurichten. Das weichmagnetische Material des Sektors 15 sorgt dafür, daß die zurücklaufenden Feldlinien der Pole der Magneten 16, 17 annähernd vollständig im Teilfeld der dritten Zone III* eingeschlossen sind, so daß außerhalb praktisch keinerlei Kraft mehr auf die Partikel wirkt und diese somit leicht in ausgerichteter Position freigegeben werden können.
Der besondere Vorteil dieser asymmetrischen Magnetanordnung ist die hohe Reichweite der Anziehungskraft bei einem vergleichsweise einfach und kostengünstig zu realisierenden Aufbau.
Die Fig. 6 und 7 zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Magnetanordnung der Fig. 5.
In der in Fig. 6 dargestellten Anordnung mit Bucking Pol sind die Magneten 16, 17 durch einen weiteren quer angeordneten Magneten 19 räumlich verbunden, wobei der Nordpol dieses Magneten 19 zum starken Magneten 16 der ersten Zone I* weist. Durch diese Anordnung läßt sich die Reichweite des Teilfeldes der ersten Zone I* noch weiter steigern, so daß magnetisierbare Partikel aus noch größerer Entfernung angezogen werden können.
Die Anordnung der Fig. 7 basiert ebenfalls auf der asymmetrischen Magnetanordnung der Fig. 5. Zusätzlich zu den beiden Magneten 16, 17 sowie dem quer angeordneten Magneten 19 sind in dem 180°-Sektor 14 zwei weitere quer angeordnete Magneten 20, 21 vorgesehen, die an die jeweiligen äußeren Längsseiten der Magneten 16, 17 stoßen und so ausgerichtet sind, daß dem starken Magneten 16 jeweils der Nordpol, dem schwächeren Magneten 17 jeweils der Südpol zugewandt ist. Die somit insgesamt aus fünf Magneten 16, 17, 19, 20, 21 bestehende Anordnung entspricht der eines linearen Halbach-Arrays. Sie ist in zweierlei Hinsicht vorteilhaft. So wird einerseits die Reichweite der Anziehungskraft des Teilfeldes der ersten Zone I* gegenüber der Anordnung mit Bucking Pole maximiert. Andererseits ermöglicht sie eine vollständige Abschirmung des rückseitigen Bereichs (Zone III*), so daß die Feldstärke des Teilfeldes der dritten Zone III* verschwindet. Dadurch wird die Freigabe der magnetisierbaren Partikel in der gewünschten Position optimiert.
Die Anordnung mit Bucking Pol bzw. mit Halbach-Array läßt sich ebenfalls bei der Zweipol-Anordnung mit radialer Magnetausrichtung beispielsweise gemäß Fig. 4 realisieren und verbessert deren Wirkung in bezug auf die Anziehung und Ausrichtung der magnetisierbaren Partikel.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Insbesondere wird der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt.

Claims (19)

  1. Vorrichtung zum Ausrichten magnetisierbarer Partikel (4) in einem pastösen Material (3) mit einem Ausrichtkörper (1) mit einer einen Frontflächenabschnitt (1a) und einen hinteren Flächenabschnitt (1b) umfassenden Wand, wobei das pastöse Material und der Ausrichtkörper (1) mit dessen Frontflächenabschnitt (1a) zuvorderst relativ zueinander bewegt werden, wobei der Ausrichtkörper (1) ferner eine innerhalb des Ausrichtkörpers (1) an der Innenseite des Frontflächenabschnittes (1a) angeordnete Magneteinheit (2) aufweist, welche zum Ausrichten der magnetisierbaren Partikel (4) ein periodisch veränderliches, auf das pastöse Material wirkendes Magnetfeld erzeugt,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in mindestens zwei Zonen (I, II) mit Teilfeldern unterschiedlicher Feldstärke und/oder unterschiedlichen Feldlinienverlaufs eingeteilt ist, wobei das Teilfeld der ersten Zone (I) eine langreichweitige anziehende und ausrichtende Kraft auf die Partikel ausübt und das Teilfeld der zweiten Zone (II) die Partikel in ausgerichteter Position wieder freigibt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in drei Zonen (I*, II*, III*) mit Teilfeldern unterschiedlicher Feldstärke und/oder unterschiedlichen Feldlinienverlaufs eingeteilt ist, wobei das Teilfeld der ersten Zone (I*) eine langreichweitige anziehende Kraft auf die Partikel (4) ausübt, das der zweiten Zone (II*) eine Haltekraft auf die Partikel (4) ausübt, durch welche diese ausgerichtet werden, und das der dritten Zone (III*) die Partikel in ausgerichteter Position wieder freigibt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Reichweite der auf die Partikel (4) wirkenden anziehenden Kraft durch entsprechende Wahl der Feldstärke und/oder des Feldlinienverlaufs des Teilfeldes der ersten Zone (I, I*) eingestellt werden kann.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die das periodisch veränderliche Magnetfeld erzeugende Magneteinheit (2) als rotierender Körper mit statischer Feldverteilung ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtkörper (1) als ein sich quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen Ausrichtkörper (1) und pastösem Material (3) erstreckendes Hohlprofil ausgebildet ist, dessen Querschnitt nach Art eines Tragflächenquerschnitts von dem im wesentlichen halbkreisförmig gebogenen Frontflächenabschnitt (1a) sich verjüngend über zwei Flankenflächen (1c) zum hinteren Flächenabschnitt (1b) zuläuft.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinheit (2) als eine sich über die gesamte Länge des Ausrichtkörpers (1) erstreckende rotierende zylindrische Walze ausgebildet ist, deren Rotationsachse mit der Mittelachse (1f) des halbkreisförmig gebogenen Frontflächenabschnitts (1a) zusammenfällt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Zone (I*, II*) jeweils etwa einen 90°-Bereich und die dritte Zone (III*) etwa einen 180°-Bereich des Querschnitts der Magneteinheit (2) überdecken.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die drei Zonen (I*, II*, III*) jeweils etwa einen 120°-Sektor des Querschnitts der Magneteinheit (2) überdecken.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld der Magneteinheit (2) von Permanentmagneten (8, 11, 12, 16, 17, 19, 20, 21) erzeugt wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Permanentmagneten (8, 11, 12, 16, 17, 19, 20, 21) aus einer NdFeB-Legierung besteht.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Teilfeld der dritten Zone (III*) von einem weichmagnetischen Material, insbesondere einem kohlenstoffarmen Stahl, erzeugt wird.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einem Dreipol-System erzeugt wird.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einem Zweipolsystem mit radialer Anordnung erzeugt wird.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einer Anordnung mit Bucking Pol erzeugt wird.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einem Halbach-Array erzeugt wird.
  16. Verfahren zum Ausrichten magnetisierbarer Partikel in einem pastösen Material unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
  17. Verfahren nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß als pastöses Material (3) nicht abgebundener Beton verwendet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (4) als Stahlfasern ausgebildet sind.
  19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel als Stahlringe ausgebildet sind.
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