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Die Erfindung betrifft eine Schleifvorrichtung zum Verrunden von Partikeln. Die Schleifvorrichtung umfasst eine Wirbelkammer zur Behandlung der in einem Fluidstrom suspendierten Partikel und ist darüber hinaus nach Maßgabe des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beschaffen. Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein entsprechendes Verfahren und optional die zugehörige Verwendung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
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Partikel, deren mittlere Korngröße sich in einem bestimmten Bereich bewegt und die dabei möglichst keine scharfen Kanten aufweisen, werden für unterschiedlichste technische Anwendungen benötigt.
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Ein prominenter Anwendungsfall ist die Herstellung von sogenannten Dauer- oder Permanentmagneten.
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Ein Dauermagnet bzw. Permanentmagnet besteht aus einem magnetisierbaren Material, zum Beispiel Eisen, Kobalt oder Nickel. In vielen Fällen werden Seltenerdmetalle zulegiert, insbesondere Neodym, Samarium, Praseodym, Dysprosium, Terbium oder Gadolinium. Seltenerd-Magnete zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine hohe magnetische Remanenzflussdichte und damit eine hohe magnetische Energiedichte aufweisen.
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Solche Permanentmagnete werden aus kristallinem Pulver hergestellt. Das Magnetpulver wird dabei in Gegenwart eines starken Magnetfelds in eine Form gepresst. Unter dem Einfluss des Magnetfelds richten sich die Kristalle mit ihrer bevorzugten Magnetisierungsachse in Richtung entlang des Magnetfelds aus.
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Die Presslinge werden anschließend gesintert. Beim Sintern werden die pulverisierten Bestandteile des Pulvers durch Erwärmung miteinander verbunden oder verdichtet, wobei jedoch keine oder zumindest nicht alle Ausgangsstoffe aufgeschmolzen werden. Dabei werden die Presslinge - oft unter erhöhtem Druck - derart erhitzt, dass die Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponenten bleiben, so dass die Gestalt (Form) des Werkstückes erhalten bleibt.
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Es ist bekannt zur Herstellung eines Ausgangsmaterials, wie es zur Fertigung von Permanentmagneten und insbesondere zur Fertigung von Nd-Fe-B (Neodym-Eisen-Bor) Magneten benötigt wird, Seltenerdmetall umfassende Legierungen zu einem Zwischenprodukt zu vermahlen. Bei dem Mahlgut kann es sich ganz oder teilweise auch um ein Rezyklat aus Altmagneten handeln.
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Zur Herstellung von pulverförmigen Zwischenprodukten eignen sich in der Regel die herkömmlichen Zerkleinerungstechniken. Problematisch ist jedoch, dass bei der Feinmahlung von solchen SeltenerdMagnetpulvern mit herkömmlichen Verfahren, beispielsweise in Fließbettstrahlmühlen oder ähnlichen Mahlanlagen, Pulverteilchen entstehen, die scharfe Ecken und Kanten aufweisen. Diese scharfen Ecken und Kanten sind aus verschiedensten Gründen in höchstem Maße unerwünscht.
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So zeigen Magnete, die unter Verwendung eines solchen scharfkantigen Pulvers hergestellt wurden, schlechtere Magnetwerte bzw. geringere magnetische Energiedichten, als das Berechnungen erwarten lassen, bei denen man weitgehend rund geschliffene Pulverpartikel voraussetzt, also Partikel, die im Wesentlichen keine scharfen Ecken und Kanten aufweisen.
DIE DER ERFINDUNG ZUGRUNDE LIEGENDE AUFGABE
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von geglätteten Partikeln einer bestimmten Größe zur Verfügung zu stellen, d. h. zur Herstellung von Partikeln mit einer zumindest verringerten Anzahl von Ecken und Kanten.
DIE ERFINDUNGSGEMÄSSE LÖSUNG
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Vorrichtungsmäßig wird die erfindungsgemäße Lösung durch eine Schleifvorrichtung zum Verrunden von Partikeln nach Maßgabe des ersten Hauptanspruchs erreicht.
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Die erfindungsgemäße Schleifvorrichtung besitzt mindestens eine Wirbelkammer zur Behandlung von Partikeln, die in einem Fluidstrom suspendiert sind. Unter einem "Suspendiert-Sein" versteht man, dass die Partikel für den Zeitraum ihrer Bearbeitung zumindest überwiegend von dem Fluidstrom getragen werden.
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Der besagte Fluidstrom, der sich in der Wirbelkammer bewegt, wird durch Fluidstrahlen erzeugt, die an unterschiedlichen Stellen mittels einer Blasvorrichtung in die Wirbelkammer eingeblasen werden. Unter einem Fluidstrahl versteht man ein lokal einströmendes, gebündeltes Fluid. Gebündelt in diesem Sinne ist ein Fluidstrahl nicht nur, aber jedenfalls dann, wenn er direkt an seiner Austrittsmündung einen absoluten oder mittleren Durchmesser von kleiner oder gleich 10 mm aufweist.
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Der Durchmesser des Fluidstrahles ist abhängig von dem Düsendurchmesser und der Düsenform (zylindrisch oder konisch), kann im Einzelfall aber auch deutlich größer sein.
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Dabei besitzt die Blasvorrichtung eine Anzahl erster Blasöffnungen zum Einblasen von Fluidstrahlen in die Wirbelkammer hinein, von außen her kommend. Diese Blasöffnungen treiben eine tendenziell in eine erste Hauptströmungsrichtung um die Mittelachse der Wirbelkammer kreisende Fluidströmung.
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Erfindungsgemäß umfasst die Blasvorrichtung zusätzlich eine Anzahl zweiter Blasöffnungen. Auch diese dienen zum Einblasen von Fluidstrahlen in die Wirbelkammer hinein, von außen her kommend. Diese zweiten Blasöffnungen treiben eine tendenziell in eine zweite Hauptströmungsrichtung um die Mittelachse der Wirbelkammer kreisende Fluidströmung, die der ersten Hauptströmungsrichtung entgegengesetzt ist.
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Klarstellend sei gesagt, dass in der Wirbelkammer durch das besagte Einblasen der Fluidstrahlen bevorzugt eine turbulente, kreisende Strömung entsteht, nicht nur, aber insbesondere dann, wenn auch noch ein schnell rotierendes Sichterrad an der Entstehung der Strömung in der Wirbelkammer beteiligt ist. Der Begriff "Hauptströmungsrichtung" bezeichnet daher (grob) die resultierende Richtung, in die sich der örtliche Fluidstrom bzw. die ihn ausmachende, vertikal orientierte Schicht mit im Regelfall endlicher Dicke insgesamt gesehen bewegt, unbeschadet eventuell überlagerter örtlicher Turbulenzen.
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Verfahrensmäßig wird die erfindungsgemäße Lösung mit den Merkmalen des entsprechenden, unabhängigen Verfahrensanspruchs erreicht.
OPTIONALE MÖGLICHKEITEN ZUR WEITERENTWICKLUNG DER ERFINDUNG
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Bevorzugt wird die Blasvorrichtung als - vorzugsweise gesondert austauschbaren - Leitring mit eingebauten Blasöffnungen ausgebildet. Dieser Leitring bildet dann eine Leitwand der Wirbelkammer aus, d. h. eine Strömungsleitvorrichtung. Diese beeinflusst die Bewegung des Fluidstroms in Umfangsrichtung. Das erfolgt im Regelfall dadurch, dass der Leitring dem Fluidstrom seine kreisende Bewegung in der Wirbelkammer aufzwingt.
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Wenn der Leitring gesondert austauschbar ist, lässt sich eventueller, meist abrasiver Verschleiß an dem Leitring leicht durch den Einbau eines neuen Leitrings kompensieren.
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Besonders interessant kann die gesonderte Austauschbarkeit indes dort sein, wo eine multifunktionale Vorrichtung realisiert werden soll: Solange ein Leitring mit einer der aus dem Stand der Technik bekannten, unidirektionalen Blasöffnungsanordnungen eingebaut ist, kann die Vorrichtung unter aggressiver Einblasung als Strahlmühle betrieben werden. Sobald ein erfindungsgemäßer Leitring mit gegenläufig orientierten Gruppen von Blasöffnungen eingebaut ist, kann die Vorrichtung unter Einblasung mit geringerer Geschwindigkeit als Schleifvorrichtung betrieben werden. Die Partikel werden dann - jedenfalls im Wesentlichen - nicht weiter zertrümmert. Stattdessen werden nur ihre Kanten gebrochen bzw. abgerieben.
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Idealerweise liegen die in Einströmrichtung verlaufenden Mittellängsachsen der ersten Blasöffnungen in einer ersten gemeinsamen Ebene, die normal zu der gedachten Achse angeordnet ist, um die die Fluidströmung kreist. Sodann liegen die in Einströmrichtung verlaufenden Mittellängsachsen der zweiten Blasöffnungen in einer gegenüber der besagten ersten gemeinsamen Ebene mit Versatz angeordneten zweiten gemeinsamen Ebene, die normal zu der gedachten Achse angeordnet ist, um die die Fluidströmung kreist. Der Versatz beträgt vorzugsweise 3 mm bis 40 mm, besser 5 mm bis 25 mm.
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Idealerweise streifen sich die Fluidstrahlen aus zwei unmittelbar benachbarten, gegensinnig einblasenden Blasöffnungen im Wesentlichen tangential. Dementsprechend sind die Blasöffnungen positioniert und/oder mit strahlformenden Düsen bestückt.
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Auf diese Art und Weise entsteht zwischen zwei benachbarten Fluidstrahlen eine Zone starker Scherung, die den betreffenden Partikeln tendenziell eine Eigenrotation aufzwingt. Eine solche Eigenrotation ist für das sich aneinander Abschleifen von miteinander in Kontakt kommenden Partikeln besonders vorteilhaft.
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Nicht zwingend aber idealerweise werden die Blasöffnungen jeweils durch stahlformende Düsen gebildet. Dadurch können die eingeblasenen Fluidstrahlen jeweils so geformt werden, dass sie erst später auffächern, als ohne Düsenformung. Infolgedessen behalten sie länger die Fähigkeit, in der Wirbelkammer die gewünschte Kreisströmung zu treiben, jedenfalls innerhalb der Schicht, für deren Beeinflussung sie zuständig sind.
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In manchen Sonderfällen können die strahlformenden Düsen einen Düsenkörper aufweisen, der gegenüber der Innenmantelfläche des Leitrings erhaben ist. Auf diese Art und Weise ragt der Düsenkörper in die Kreisströmung der Suspension hinein - meist mehr als nur unerheblich, nämlich im Regelfall um mindestens 5 mm in radial einwärtiger Richtung.
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Hierdurch wird eine besonders charakteristische Verwirbelung geschaffen. Die so geschaffene, zusätzliche Verwirbelung ist zu mild, um eine nochmalige Zertrümmerung der Partikel zu bewirken. Sie ist aber energiereich genug, um die Bewegung der Partikel, die zu dem gewünschten aneinander Abschleifen führt, nochmals signifikant zu intensivieren.
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Bevorzugt besitzen die Düsen einen Düsenkörper, der im Auslaufbereich zylindrisch oder bevorzugt konisch ausgeführt ist. Wie eben beschrieben, entlassen entsprechend gestaltete Düsen einen sich konisch aufweitenden Fluidstrahl in das Innere der Wirbelkammer und rufen so eine besonders effektive Schleifwirkung hervor.
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Idealerweise sind die Düsenkörper in Bohrungen des Leitrings eingebaut.
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Schutz wird auch für die an die Erfindung angepasste Verwendung (besondere Betriebsart und Ausrüstung) einer an sich bekannten Strahlmühle als Schleifvorrichtung für Partikel beansprucht.
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Schließlich ist auch die im Wege einer Teilanmeldung angedachte Beanspruchung von Schutz für einen mit einer erfindungsgemäßen Anordnung von Blasöffnungen bzw. Düsen ausgerüsteten Leitring bzw. "Düsenring" als Ersatzteil oder Umrüstteil vorbehalten.
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Weitere Funktionen, Vorteile und Weiterentwicklungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.
FIGURENLISTE
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- Die Figur 1 zeigt die gesamte Schleifvorrichtung in einem Schnitt senkrecht zur Mittellängsachse L.
- Die Figur 2 zeigt die Schleifvorrichtung gemäß Figur 1 in einem zur Mittellängsachse L parallelen Schnitt.
- Die Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Figur 1, aber von hinten her gesehen.
- Die Figur 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3.
- Die Figur 4a zeigt einen anderen Ausschnitt aus dem von Figur 3 dargestellten Bereich, allerdings unter Auswahl einer etwas abweichenden Schnittebene.
- Die Figur 4b zeigt einen Detail-Ausschnitt, der darstellt, wie unmittelbar benachbarte Düsen, wie sie von Figur 4 dargestellt werden, relativ zueinander liegen.
- Die Figur 4c zeigt schematisch die Wirbelkammer der Schleifvorrichtung und ihren zusätzlichen Auslass.
- Die Figur 5 zeigt das Gleiche wie die Figur 4, perspektivisch schräg von hinten, geschnitten.
- Die Figur 6 zeigt das Gleiche wie die Figur 4, perspektivisch gesehen von hinten, ungeschnitten.
- Die Figur 7 zeigt eine R E M-Aufnahme von Partikeln vor dem Schleifen.
- Die Figur 8 zeigt eine R E M-Aufnahme von Partikeln nach dem erfindungsgemäßen Schleifen.
- Sinngemäß Gleiches zeigen die Figuren 9 und 10 in Bezug auf die satellitenartige Befrachtung von Abriebpartikeln.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Den besten Gesamtüberblick über das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel geben die Figuren 1 und 2.
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Diese beiden Figuren zeigen jeweils einen aussagekräftigen Achsschnitt bzw. Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schleifvorrichtung 1.
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Die Schleifvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuseteil bzw. ein Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 bildet in seinem Inneren eine Kavität aus. Die Kavität nimmt einen Leitring 3 auf, der bei Gelegenheit auch "Düsenring" genannt wird, jedenfalls dann, wenn er optional mit Düsen 12 bestückt ist. Die Kavität wird ausweislich der Fig. 2 bevorzugt durch einen Stirndeckel 2a verschlossen. Dieser Stirndeckel 2a ist idealerweise so ausgeführt, dass er bei Bedarf einfachen und schnellen Zugang zu der Kavität gewährt.
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Der Leitring 3 unterteilt die Kavität in eine Wirbelkammer 4 und einen die Wirbelkammer 4 umgebenden Ringkanal 5.
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Der Ringkanal 5 wird über den Fluideinlass 5a von einer hier nicht dargestellten Pumpe oder Druckquelle extern mit Fluid gespeist. Der Ringkanal 5 dient dazu, um während des Schleifprozesses kontinuierlich Fluid heranzuführen.
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Dieses Fluid wird der Wirbelkammer 4 an unterschiedlichen Stellen in Form von Fluidstrahlen zugeführt. Der besseren Erkennbarkeit halber ist die Schnittfläche an dem Leitring 3 in Figur 1 und den anderen Figuren nicht schraffiert dargestellt, sondern ausnahmsweise fein punktiert gezeichnet. Bei Figur 4 ist die Schnittfläche im Bereich des örtlichen Ausbruchs, der den eigentlich hinter der Zeichenebene liegenden Bereich sichtbar macht, statt mit einer Schraffur mit einer gröberen Punktierung gezeichnet.
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Die Wirbelkammer 4 ist mit einem Partikeleinlass 6 versehen. Letzterer ist hier bevorzugt als vertikaler Fallschacht ausgebildet. Eine derartige optionale Ausbildung erlaubt es, die Wirbelkammer 4 bei Chargenbetrieb schwerkraftunterstützt mit den zu schleifenden Partikeln zu beladen. Die Beladung erfolgt dann vorzugsweise so, dass zu Beginn eines neuen Schleifzyklus etwa 25 % bis 50 %, besser etwa 30 % bis 40 % des Volumens der Wirbelkammer 4 mit den zu schleifenden Partikeln aufgefüllt ist.
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Im Falle eines Chargenbetriebs, wie er von diesem Ausführungsbeispiel optional praktiziert wird, können die fertig gerundeten Partikel optional über das Sichterrad ausgetragen werden, vorzugsweise durch Absenken der Sichterraddrehzahl, womit eine Verringerung oder Aufhebung der Sperrwirkung des Sichterrads einhergeht. In diesem Fall besitzt die Schleifvorrichtung 1 eine Drehzahlregelung oder Drehzahlsteuerung für das Sichterrad, die so gestaltet ist, dass sie eine Drehzahlverringerung beim Austragsvorgang bzw. Entladevorgang vornimmt.
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Alternativ kann die Schleifvorrichtung einen oder mehrere zusätzliche Produktaustritte 5b aufweisen, über den oder die die fertig gerundeten Partikel abgezogen werden können, im Regelfall unabhängig von bzw. ohne Reduktion der Sichterdrehzahl. Die Fig. 4c verdeutlicht schematisch, wie ein solcher zusätzlicher Produktauslass gestaltet und angeordnet ist.
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Zweckmäßigerweise ist der zusätzliche Produktaustritt 5b mit einer Klappe oder bzw. einem Ventil 5c verschlossen. Das Produkt kann dann abgesaugt werden. Der Ringkanal 5 wird über ein von der Wirbelkammer her kommendes, ihn durchdringendes Rohr passiert, das ganz nach außen führt, so dass die Wirbelkammer 4 und der Ringkanal 5 durch den zusätzlichen Produktaustritt nicht in unmittelbare Verbindung miteinander gelangen.
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Verfahrenstechnisch besteht auch die Möglichkeit, mit einem zumindest zeitweiligen Überdruck in der Schleifvorrichtung 1 zu arbeiten.
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Dadurch wird dann das Produkt aus den fertig verrundeten Partikeln nach Öffnen der Klappe oder des Ventils aus der Wirbelkammer herausgedrückt.
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Die erfindungsgemäße Schleifvorrichtung 1 kann stattdessen auch für einen Durchlaufbetrieb gerüstet sein. In diesem Fall verlässt das Produkt die Maschine kontinuierlich durch das Sichterrad, das mit geeigneter Drehzahl betrieben wird.
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Dieser Ansatz kann beispielsweise beim sogenannten "Abtrennen von Satelliten", etwa im Zusammenhang der Additiven Fertigung, zum Einsatz kommen. Unter Satelliten versteht man den eigentlichen Nutzpartikeln anhaftende kleine Partikel oder Abrieb, die bzw. der abzutrennen ist. Hier reicht es aus, das Produkt beispielsweise nur kurz (meist schleifend im Sinne der Erfindung) zu beanspruchen. Sobald die Satelliten abgetrennt sind, verändert sich die Partikelgröße des jeweiligen Nutzpartikels. Dann kann das Produkt aus den Nutzpartikeln den Sichter bei konstanter Sichterdrehzahl passieren.
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Zu erkennen am hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Nebenauslass über das Sichterrad 7.
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Das Sichterrad ist in bekannter Art und Weise gestaltet. Es besteht aus einer rotierenden Trommel. Typischerweise besteht diese ihrerseits aus zwei flankenbildenden Reifen, die über voneinander beabstandete, im Regelfall zur Rotationsachse parallele Stäbe bzw. Schaufeln miteinander verbunden sind.
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Über dieses Sichterrad 7 wird der beim Schleifen unvermeidlich anfallende, sehr feine und im zu erschleifenden Endprodukt im Regelfall störende Abrieb abgesondert und abgeführt.
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Gleichzeitig wird ein dem momentan neu eingeblasenen Fluidstrom - zumindest im Wesentlichen - entsprechender Fluidstrom als Sichterfluidstrom über das Innere des Sichterrades 7 und von dort aus über dessen der Wirbelkammer abgewandte Stirnseite abgezogen. Der so abfließende Sichterfluidstrom reißt den Abrieb mit, der zu klein und massearm ist, um durch die Zentrifugalkräfte von dem im Zentrum befindlichen Sichterrad ferngehalten zu werden. Die eigentlichen Partikel, die ja eine vorbestimmte Dauer geschliffen werden sollen, sind zu groß. Sie kreisen so stark in der Wirbelkammer, dass sie durch die an ihnen angreifenden Zentrifugalkräfte vom im Zentrum befindlichen Sichterrad ferngehalten werden. Im Übrigen werden sie vom Sichterrad abgewiesen - zurück in die Wirbelkammer. Somit können die eigentlichen Partikel nicht über das Sichterrad aus der Wirbelkammer ausgetragen werden. Die Betriebsdrehzahl des Sichterrades ist entsprechend eingestellt, in Abhängigkeit von der Größe der zu bearbeitenden Partikel bzw. der gewünschten Klassierungsgüte.
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Die Bearbeitung, d. h. das Schleifen, der Partikel zum Zwecke der Verrundung ihrer Außenkontur bzw. Außenoberfläche erfolgt dadurch, dass über die Blasöffnungen 9 und 10 Fluidstrahlen in die Wirbelkammer 4 eingeblasen werden. Diese reißen die in der Wirbelkammer 4 befindlichen Partikel mit und treiben in der Wirbelkammer 4 eine in der Hauptsache um die Längsachse L kreisende Fluidströmung an.
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Dabei umfasst die Schleifvorrichtung typischerweise eine Steuerung. Diese begrenzt die Strahlgeschwindigkeit der über die Blasöffnungen eingeblasenen Fluidstrahlen.
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Die Begrenzung ist derart, dass die Partikel nicht so heftig zum Aneinanderprallen und/oder zum Anprall an das Gehäuse 2 gebracht werden, dass sie in vergleichbar große Stücke auseinanderbrechen und somit wieder und wieder zertrümmert, also gemahlen, werden. Bevorzugt wird die Strahlgeschwindigkeit auf Werte im Bereich zwischen 150 m/sec und 300 m/sec begrenzt, je nach aktuell zu schleifendem Material.
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Ein wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung ist ihre speziell gestaltete Blasvorrichtung.
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Wie man am genausten an Hand der Figuren 3 sowie 4 und 4a bis c sieht (aber teilweise auch an Hand der anderen Figuren nachvollziehen kann) umfasst die Blasvorrichtung eine Anzahl erster Blasöffnungen 9. Der aus jeder ersten Blasöffnung 9 in die Wirbelkammer 4 austretende Fluidstrom und seine Strahlaufweitung werden schematisch durch einen Fluidstromkegel 8 veranschaulicht. Diese Fluidströme treiben eine in eine erste Hauptströmungsrichtung um die Mittelachse der Wirbelkammer kreisende Fluidströmung. Darüber hinaus besitzt die Blasvorrichtung eine Anzahl zweiter Blasöffnungen 10. Eine solche Blasöffnung 10 veranschaulicht der Ausbruch 11, der nur in der Fig. 4 dargestellt ist. Der Ausbruch zeigt einen Ausschnitt derjenigen, eigentlich hinter der Zeichenebene liegenden Ebene, in der die Mittellinien der gegenläufig ausgerichteten Blasöffnungen 10 liegen bzw. die sie bildenden, gegenläufig wirkenden Düsen 12. Der aus jeder zweiten Blasöffnung 10 in die Wirbelkammer 4 austretende Fluidstrom und seine Strahlaufweitung werden ebenfalls durch einen - allerdings erkennbar in entgegengesetzter Richtung austretenden - Fluidstromkegel 8 veranschaulicht. Diese Fluidströme treiben eine in eine zweite Hauptströmungsrichtung um die Mittelachse der Wirbelkammer kreisende Fluidströmung, die der ersten Hauptströmungsrichtung entgegengesetzt ist. Recht anschlaulich nachvollziehen lässt sich das auch an Hand der Fig. 4a und 4b.
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Auf diese Art und Weise werden zwei tendenziell in entgegengesetzte Hauptströmungsrichtungen kreisende Fluidströmungen erzeugt. Zwischen diesen beiden Fluidströmungen stellt sich ein Strömungsbereich mit einer ausgeprägten Scherung ein, vgl. auch nochmals Fig. 4b. Den in diesem Bereich mitgerissenen Partikeln wird durch die Scherung dem Anschein nach ein ausgeprägtes Rollen aufgezwungen, das ihre turbulent-translatorische Bewegung überlagert. Zugleich führt dieses tangentiale aneinander vorbei Strömen zu Mikrowirbeln und entsprechenden Turbulenzen, was die Kontaktintensität und Durchmischung erhöht.
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Obwohl im vorliegenden Fall von der erfindungsgemäßen Schleifmaschine mit einer kinetischen Energie gearbeitet wird, die signifikant unter der kinetischen Energie liegt, wie sie bei einer Strahlmühle zum Einsatz kommt, entsteht eine unerwartet starke Schleifwirkung, wenn sich die Partikel in der besagten Art und Weise aneinander reiben.
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Dennoch findet ein Zertrümmern der Partikel nicht statt.
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Soweit es zum Bruch kommt, werden überwiegend nur Fragmente abgebrochen, deren mittlerer Durchmesser in vielen Fällen mindestens eine Zehnerpotenz kleiner ist als der mittlere Durchmesser des verbleibenden Partikels. Sobald ein Partikel keine scharfen Kanten mehr aufweist, findet im Wesentlichen kein weiteres Abbrechen mehr statt.
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Günstig sind die Verhältnisse dann, wenn die ersten Blasöffnungen 9 alle gleichsinnig einblasen und die zweiten Blasöffnungen 10 alle gleichsinnig-gegensinnig einblasen.
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Idealerweise sind die betreffenden ersten Blasöffnungen 9 in einem Winkel A von ca. 15° bis 45° und idealerweise von 25° bis 35° relativ zu der Tangente angeordnet, die an die Innenmantelfläche des Leitrings im Bereich der Ausmündung der betreffenden Blasöffnung 9 im Leitring 3 angelegt ist, vgl. Fig. 4.
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Sinngemäß Gleiches gilt für die zweiten Blasöffnungen 10. Diese sind in einem gegensinnigen Winkel B von ca. 15° bis 45° und idealerweise von 25° bis 35° relativ zu der Tangente angeordnet, die an die Innenmantelfläche des Leitrings 3 im Bereich der Ausmündung der betreffenden Blasöffnung 10 im Leitring 3 angelegt ist, vgl. ebenfalls Fig. 4.
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Eine weitere bevorzugt anzuwendende Dimensionierungsregel ergibt sich aus Fig. 4a, die im Wesentlichen der Fig. 4 entspricht. Unmittelbar auf kürzestem Weg benachbarte Blasöffnungen 9, 10 bilden mit den Senkrechten auf ihre Mittellängsachsen LL einen Blasöffnungspaarwinkel C zwischen 45° und 90°, besser zwischen 45° und 60° aus.
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Bei ersten Arbeiten mit der erfindungsgemäßen Lösung hat sich herausgestellt, dass die Anzahl der Paare aus gegenläufigen Blasöffnungen 9 und 10 idealerweise bei 4 bis 12 und besser nur 4 bis 8 liegen sollte.
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Besonders wirksam ist das Ganze, wenn die gleichsinnigen Blasöffnungen 9 und die gegensinnigen Blasöffnungen 10 mit ihren Mittellinien LL (letztere gesehen in der jeweiligen Durchströmungsrichtung) nicht in der gleichen Ebene liegen, sondern in unterschiedlichen Ebenen, die um einen Versatz V genannten Betrag gegeneinander versetzt sind - gesehen in Richtung entlang der gedachten Achse L, um die die Fluidströmung in der Wirbelkammer 4 kreist. Entsprechendes ist beispielsweise in Figur 4b sehr deutlich dargestellt.
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Gut zu erkennen anhand der Figuren und insbesondere der Fig. 4 ist, dass die Blasöffnungen 9 und 10 bevorzugt durch Düsen 12 gebildet werden, deren Düsenkörper jeweils ein gesondertes Bauteil ist, das in dem Leitring 3 festgesetzt, bevorzugt eingeschraubt, ist. Zu diesem Zweck trägt der Leitring 3 eine Anzahl von ihn schräg in radial einwärtiger Richtung durchdringenden Bohrungen. In jeder dieser Bohrungen ist ein Düsenkörper festgesetzt bzw. eingeschraubt.
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Erwähnenswert ist noch, dass die erfindungsgemäße Schleifvorrichtung kein Stand-Alone-Gerät sein muss. Vielmehr besteht die Möglichkeit, eine der bekannten Strahlmühlen, etwa des Typs Conjet aus dem Hause der Anmelderin, so zuzurüsten, dass sie zweckentfremdet als erfindungsgemäße Schleifmaschine eingesetzt werden kann.
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Zu diesem Zweck wird ein mit der entsprechenden Bedüsung ausgerüsteter Leitring 3 in die bestehende Maschine eingesetzt und dann dafür Sorge getragen, dass die bestehende Maschine nur mit einer signifikant verringerten Strahlgeschwindigkeit arbeitet, wie sie für die Erfindung zwingend benötigt wird.
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Die hohe Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung zeigen die Figuren 7 und 8.
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Die Figur 7 zeigt mittels einer herkömmlichen Strahlmühle ermahlene Partikel aus einem permanentmagnetischen Material (seltene Erden) in 5.000-facher REM-Vergrößerung. Die bis hin zur Scharfkantigkeit reichende, unzulängliche Verrundung der Partikel ist gut zu erkennen.
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Demgegenüber zeigt die Figur 8 das gleiche Material nach dem bevorzugt mehrminütigen Schleifen in einer erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung. Die Verrundungsgüte ist signifikant besser.
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Die Figur 9 zeigt Partikel, die mithilfe eines anderen, nicht erfindungsgemäßen Verfahrens rund geschliffen wurden. Gerade an dem zentral im Bild befindlichen großen Partikel fällt auf, wie stark dieser satellitenartig mit feinen, staubartigen Abrieb-Partikeln kontaminiert ist, die in vielen Anwendungsfällen stören. Die Figur 10 zeigt Partikel, die auf der erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung rund geschliffen wurden. Ihre Kontamination mit satellitenartigen Abriebpartikeln geht praktisch gegen Null.
BEZUGZEICHENLISTE
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- 1
- Schleifvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 2a
- Deckel
- 3
- Leitring bzw. Düsenring, sofern mit Düsen ausgestattet
- 4
- Wirbelkammer
- 5
- Ringkanal
- 5a
- Fluideinlass
- 5b
- Fluidauslass oder zusätzlicher Fluidauslass
- 5c
- Ventil
- 6
- Partikeleinlass
- 7
- Sichterrad
- 8
- schematisch angedeuteter Fluidstromkegel des eingeblasenen Fluids mit "Strahlaufweitung"
- 9
- erste Blasöffnung
- 10
- zweite Blasöffnung
- 11
- Ausbruch zur näheren Veranschaulichung einer gegenläufig orientierten Düse 12 mit einer zweiten Blasöffnung 10
- 12
- Düse
- L
- Mittellängsachse bzw. Längsachse oder Achse
- A
- Winkel
- B
- Winkel
- C
- Blasöffungspaarwinkel
- V
- Versatz
- LL
- Mittellinie einer Blasöffnung
