NL1008017C2 - Zeef met verbeterde sterkte-eigenschappen en samenstel van een dergelijke zeef met een steunzeef. - Google Patents

Description

983001/JV/nbr

Korte aanduiding: Zeef met verbeterde sterkte-eigenschappen en sa menstel van een dergelijke zeef met een steun-zeef.

De uitvinding heeft betrekking op een zeef voor het afscheiden van deeltjesvormige materialen uit een vloeibare massa, welke zeef een patroon van door daninen gescheiden, sleufvormige doorlaatopeningen voor de vloeistof omvat, waarbij het patroon eerste patroonelementen 5 met drie groepen van doorlaatopeningen omvat, welke doorlaatopeningen binnen een groep dezelfde oriëntatie bezitten, die verschilt van de oriëntatie van de doorlaatopeningen van de andere groepen binnenin genoemd eerste patroonelement.

Een zeef van deze soort is bijvoorbeeld uit US-A-4 740 303 be-10 kend. Dit octrooischrift ontvouwt een metalen filterfolie met groepen van langwerpige sleuven, die filteropeningen vormen. In elke groep met de vorm van zogeheten straten liggen de sleuven evenwijdig aan elkaar, en de sleuven van verschillende straten vormen een hoek met elkaar. Gesteld wordt dat een dergelijk metalen filterfolie, dat als een kof-15 fiefilter of in centrifugemanden wordt toegepast, minder neiging tot vervorming heeft. Een uitdrukkelijk geopenbaarde uitvoeringsvorm van een dergelijk filterfolie cravat straten van filtersleuven, die in drie verschillende richtingen zijn opgesteld, die overeenkomen met de richtingen van de zijden van een gelijkzijdige driehoek.

20 Een visgraatpatroon van een zeefplaat voor toepassing bij het zeven van vaste materialen uit een brij is eveneens in GB-A-2 287 200 geopenbaard. Een dergelijke plaat cravat een groot aantal sleuf vormige cpeningen, welke openingen in stellen zijn gerangschikt met de lengteassen daarvan evenwijdig met ofwel een eerste vlak ofwel een tweede 25 vlak, waarvan de hoek is verdraaid ten opzichte van het eerste vlak, teneinde de zeef doelmatigheid te verbeteren.

Suikerzeven worden toegepast als middelen voor het afscheiden van suikerkristallen uit massecuite. Bij de bekende suikerzeven, die in Europa worden toegepast, worden verscheidene patronen van de sleuf-30 vormige doorlaatopeningen toegepast. Voorbeelden van dergelijke patronen omvatten een recht patroon van sleufvormige doorlaatopeningen, een versprongen patroon van doorlaatopeningen, straten van doorlaatopenin- 1008017 2 gen, alsmede een patroon, waarbij de doorlaatopeningen in een half-steensformatie zijn gerangschikt. Bij al deze patronen is de oriëntatie van de sleufvormige doorlaatopeningen, alsmede de sleuflengte daarvan gelijk.

5 Bij andere bekende suiker zeven, die voornamelijk in Amerika wor den gebruikt, bezitten de doorlaatopeningen een ronde vorm.

Deze bekende suiker zeven worden op een steunzeef gelegd. Het samenstel van steunzeef met suikerzeef wordt op een conusvormige drager gepositioneerd, welke drager een onderdeel is van de centrifuge, 10 waarin de scheiding van suikerkristallen uit massecuite wordt uitgevoerd. Door de continue belasting van de suikerzeef door de aangevoerde massecuite wordt de suikerzeef in de steunzeef gedrukt, waarbij plastische deformatie optreedt. Door deze deformatie wordt de doorlaat van de sleufvormige gaten groter met als gevolg dat meer suikerkris-15 tallen verloren gaan. Hoewel suikerverlies onvermijdbaar is bij centrifuges, is een reductie van dit verlies uit economisch oogpunt gewenst.

Andere toepassingen, waarbij eveneens deformatie van de zeef ten gevolge van de daarop uitgeoefende krachten van de te scheiden massa's 20 optreedt, omvatten scheidingsprocessen in de chemische industrie, farmaceutische industrie en procesindustrie, bijvoorbeeld het ontwateren van kolengruis, zout e.d..

De vervormbaarheid van een zeef wordt grotendeels bepaald door de geometrie van het patroon, de oriëntatie van de sleufvormige door-25 laatopeningen, de sleuflengte daarvan, alsmede de dikte van de zeef. De technologische functie van de zeef wordt bepaald door de sleuf-breedte (scheidend vermogen) en het open oppervlak (capaciteit).

Uit het Amerikaanse octrooischrift 3 730 768 is bekend, dat de continue sterkte van een suikerzeef voor toepassing in een discontinue 30 centrifuge een belangrijke factor roet betrekking tot de levensduur daarvan is. In een discontinue centrifuge worden wisselende belastingen op de suikerzeef uitgeoefend. De in dit octrooi beschreven zeef omvat een groot aantal rende doorlaatopeningen, die zodanig zijn verdeeld dat elke vier aangrenzende doorlaatopeningen op de hoeken van 35 een rechthoek zijn gelegen. Bij een dergelijke configuratie zijn de spanningsconcentraties minimaal, waardoor de wisselende belasting op voordelige wijze wordt opgevangen. Als randvoorwaarden worden de afme- 10080, 3 tingen van de dcx>rlaatopeningen en het epen oppervlak genoemd, die ten gevolge van deze patroonkeuze niet al te veel mogen veranderen. Verder dient vermeld te worden dat de doorlaatopeningen van zeven voor discontinue centrifuges groter zijn dan die van zeven voor continue cen-5 trifuges, namelijk ongeveer 0,55 mm respectievelijk 0,13-0,04 mm.

Er bestaan verschillende werkwijzen voor het vervaardigen van een zeef, in het bijzonder suiker zeven. Één van deze werkwijzen is het elektroformeren daarvan. De standaard geëlektroformeerde zeven voldoen goed qua scheidingseigenschappen. Een nadeel is echter de korte le-10 vensduur ten opzichte van bijv. roestvast stalen zeven, namelijk een factor 2 tot 5 korter. Als oorzaken voor de kortere levensduur worden ondermeer de hierboven reeds besproken vervormbaarheid, alsmede corro-siegevoeligheid genoemd.

Bij standaard geëlektroformeerde zeven wordt de dikte van de 15 zeef bepaald door het ontwerp van het patroon. Een zeef dient een zekere doorlaat, d.w.z. scheidingscapaciteit te bezitten. Bij die doorlaat en het patroon behoort dan een zekere dikte. De dikte van de standaard geëlektroformeerde zeef kan dan ook niet vergroot worden teneinde de vervormbaarheid te verminderen.

20 Een andere werkwijze voor het vervaardigen van suikerzeven be staat uit het aanbrengen van de doorlaatopeningen in een roestvast stalen plaat met behulp van een laser. Een voordeel van een dergelijke werkwijze is dat een dikkere plaat als uitgangsmateriaal kan worden toegepast teneinde de vervormbaarheid te verminderen. Nadelen van deze 25 werkwijze zijn echter de hoge kosten van het uitgangsmateriaal, alsmede die van de toegepaste lasertechniek. Ook bij op een dergelijke wijze vervaardigde zeven is de oriëntatie van de sleufvormige doorlaatopeningen, alsmede de sleuf lengte daarvan gelijk.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een zeef te verschaf-30 fen, die bij gelijkblijvend scheidingsvermogen en capaciteit een verbeterde buigstijfheid en treksterkte bezit in vergelijking met de bekende zeven.

Een verder doel van de uitvinding is een dergelijke zeef te verschaffen, die minder oriëntatie-gevoelig is, d.w.z. dat de treksterk-35 te, rek en buigstijfheid in alle richtingen nagenoeg gelijk zijn.

Bij een zeef van het hierboven beschreven type volgens de uitvinding ligt een groep van doorlaatopeningen met een bepaalde oriënta- 1006017 4 tie van genoemd eerste patroonelement eveneens aangrenzend aan groepen van doorlaatopeningen van naburige patroonelementen, welke groepen een andere oriëntatie bezitten. Een dergelijke zeef omvat eerste patroonelementen, die uit drie groepen van meer dan één doorlaatopening zijn 5 samengesteld, waarbij alle doorlaatopeningen binnen een groep in dezelfde richting zijn georiënteerd, welke oriëntatierichting verschilt van de oriëntatierichting van de doorlaatopeningen van de andere groepen binnen hetzelfde eerste patroonelement. Met andere woorden een eerste patroonelement omvat een eerste groep van eerste doorlaatope-10 ningen met een eerste oriëntatie, een tweede groep van tweede doorlaatopeningen met een tweede oriëntatie en een derde groep van doorlaatopeningen met een derde oriëntatie. Volgens de uitvinding ligt een groep van doorlaatopeningen met een bepaalde oriëntatie van een dergelijk eerste patroonelement aangrenzend aan één of twee groepen van 15 hetzelfde patroonelement met genoemde andere oriëntaties, maar eveneens aangrenzend aan groepen van doorlaatopeningen van naburige pa-troonelementen, welke groepen een andere oriëntatie dan bovenstaande bepaalde oriëntatie bezitten. De hierboven genoemde naburige patroonelementen kunnen gelijke eerste patroonelementen omvatten, hetgeen een 20 voorkeursuitvoeringsvorm is, of verdere patroonelementen, die één of meer groepen van doorlaatopeningen cmrvatten. Het aantal van dergelijke verdere patroonelementen is niet kritisch. Opgemerkt dient te worden dat onder het begrip "oriëntatie" de richting van de grootste dimensie (sleuflengte) dient te worden verstaan.

25 Bij de zeef volgens de uitvinding zijn groepen van sleufvormige doorlaatopeningen met ten minste drie verschillende oriëntaties aanwezig (dus ook dammen met verschillende richtingen), waardoor de zeef een grotere treksterkte en buigstijfheid heeft dan een zeef met sleuf-vormige openingen met een enkele oriëntatie. De door de vloeibare mas-30 sa, zoals massecuite, uitgeoefende krachten worden door het skelet van dammen cp een gunstiger manier opgevangen dan bij de bekende zeven. Het gevolg daarvan is een langere standtijd van de zeef.

Daar de sterkte-eigenschappen van de zeven volgens de uitvinding zijn verbeterd, kunnen deze als zelfdragende zeef en als een 35 zeef cp een steunzeef zowel bij continue belasting als wisselende belasting worden toegepast. Specifieke voorbeelden omvatten (dis)continue centrifuges, in het bijzonder continu bedreven suikercentrifuges.

1006017 5

De keuze van het materiaal van de zeef is niet kritisch, metaal in het bijzonder nikkel en roestvast staal, maar ook titaan of combinaties van metalen, en kunststof komen daarvoor in aanmerking. Uiteraard zal een geschikte vervaardigingswerkwij ze afhankelijk van de aard 5 van het zeefmateriaal worden gekozen.

De zeef volgens de uitvinding kan met behulp van alle gebruikelijke werkwijzen worden vervaardigd, waaronder standaard elektroforme-ren, snijden met behulp van een laser of een elektronenstraal, stansen, etsen enz.. Conventionele elektroformeertechnieken (waarbij me-10 taalovergroei over fotolakgebieden optreedt en aldus de gatgrootte afneemt met toenemende dikte) hebben enkele ontwerpbeperkingen tot gevolg. Gemodificeerde elektroformeertechnieken, zoals dikke laag techniek (waarbij tussen niet-geleidende structuren wordt opgegroeid) en opgroei onder geforceerde stroming van het electrolyt, kennen deze 15 beperkingen niet en kunnen aldus met voordeel worden toegepast.

Bij de zeef volgens de uitvinding is ook de positionering van de zeef op een eventueel aanwezige steunzeef minder kritisch.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de zeef volgens de uitvinding zijn de eerste patroonelementen op regelmatige wijze gerang-20 schikt.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de zeef volgens de uitvinding met eerste groepen van eerste door laatopeningen met een eerste oriëntatie, alsmede tweede groepen van tweede doorlaatopeningen met een tweede oriëntatie en derde groepen van derde doorlaatopeningen 25 met een derde oriëntatie, is een groep met een bepaalde oriëntatie gerangschikt in een gebied met de vorm van een zeshoek, welk gebied aan de zes zijvlakken daarvan wordt omgeven door afwisselend gerangschikte zeshoekige gebieden van doorlaatopeningen met de andere oriëntaties. Bij een dergelijk honingraatstructuur van het patroon van 30 sleuf vormige doorlaatopeningen wordt de vereiste treksterkte bereikt door het materiaal, dat in het scheidingsvlak van aangrenzende gebieden met verschillende oriëntaties aanwezig is. De verbeterde buig-stijfheid wordt verkregen door de afwisselende oriëntatie van de sleuf vormige doorlaatopeningen in de verschillende gebieden. Met voor-35 deel bezitten de gebieden de vorm van een regelmatige zeshoek, meer bij voorkeur de vorm van een zeshoek, waarvan de zijden een gelijke lengte bezitten.

100 SO 1 7 6

Bij nog een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de zeef volgens de uitvinding zijn de groepen van een eerste patroonelement rondom een cirkelvormige doorlaatopening gerangschikt.

Met voordeel is de sleuflengte van de doorlaatopeningen in een 5 groep engel ijk. Dit is met name van belang voor geëlektroformeerde zeven, waarbij de ''honingraatstructuur" goed uitgevuld dient te zijn teneinde bij een gegeven sleufbreedte het vereiste epen oppervlak te kunnen bereiken. De sleuflengte dient niet te groot te zijn, daar anders de sterkte achteruitgaat, zoals hierna in meer detail zal worden 10 uitgelegd.

Teneinde in alle richtingen een gelijke treksterkte te verkrijgen is het patroon bij voorkeur zodanig gevormd, dat in alle richtingen nagenoeg evenveel door de dammen gevormd vast oppervlak aanwezig is.

15 Zoals in het vak bekend is, zijn de afmetingen en de vorm van de sleufvormige doorlaatopeningen van belang voor de scheidingscapaci-teit, alsmede de doorlaat daarvan. Bij een geëlektrof ormeerde zeef volgens de uitvinding wordt bij voorkeur een breedte van de sleufvormige doorlaatopeningen tussen 40-130 μπι, een lengte tussen 500-1200 20 μιη, een doorlaat van 6,5-25%, meer bij voorkeur 6,5-14%, alsmede een dikte van de zeef van 200-300 μπ\ toegepast. De afwisselende oriëntatie van de doorlaatopeningen is eveneens gunstig voor het vergroten van de buigstijfheid en treksterkte van een zeef, waarbij de doorlaatopeningen door middel van andere gebruikelijke technieken zijn verkregen.

25 De uitvinding heeft verder betrekking op een samenstel van een zeef volgens de uitvinding en een steunzeef. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van een dergelijk samenstel zijn de afmetingen van het eerste patroonelement van de zeef volgens de uitvinding kleiner dan de maaswijdte van de steunzeef.

30 De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de volgende tekening, waarin:

Fig. 1 de doorbuiging van een suikerzeef onder invloed van de door de massecuite uitgeoefende belasting weergeeft;

Fig. 2 a-d een viertal bekende patroonontwerpen weergeeft; 35 Fig. 3 het patroonontwerp volgens Fig. 2c in meer detail weer geeft;

Fig. 4 een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van een zeef volgens 1008017 7 de uitvinding is;

Fig. 5 een tweede uitvoeringsvorm van een zeef volgens de uitvinding is;

Fig. 6 een derde voorkeursuitvoeringsvorm van een zeef volgens 5 de uitvinding is; en

Fig. 8 een vierde voorkeursuitvoeringsvorm van een zeef volgens de uitvinding is;

Fig. 9 een grafiek van de kracht als functie van de trekhoek van een standaard geëléktroformeerde zeef volgens fig. 2c is, bij 0,5% 10 rék;

Fig. 10 een grafiek van de kracht als functie van de trekhoek Vein een andere standaard geëlektroformeerde zeef volgens fig. 2b is, bij 0,5% rek;

Fig. 11 de relatie tussen de sleuf lengte en dikte van een ge-15 eléktroformeerde zeef met een gegeven patroon is;

Fig. 12 de relatie tussen het isotropiequotiënt en de sleuf lengte van de zeef volgens fig. 11 is;

Fig. 13 de relatie tussen de relatieve sterkte en de sleuf lengte van de zeef volgens fig. 11 is; en 20 Fig. 14 een grafiek van de kracht als functie van de trekhoek van een zeef volgens fig. 3 is, bij een doorbuiging van 0,5 mm;

Fig. 15 een grafiek van de kracht als functie van de trekhoek van een standaard geëlektroformeerde zeef volgens fig. 8 is, bij 0,5% rek; 25 Fig. 16 een grafiek van de kracht als functie van de trekhoek van een zeef volgens fig. 8 is, bij een doorbuiging van 0,5 mm;

Fig. 17 een grafiek van de kracht als functie van de trekhoek van een andere standaard geëlektroformeerde zeef volgens fig. 8, is bij 0,5% rék; 30 Fig. 18 een grafiek van de kracht als functie van de trekhoek van een andere zeef volgens fig. 8 bij een doorbuiging van 0,5 mm is.

In fig. 1 is een samenstel van een suikerzeef 1 en een steunzeef 2 met maaswijdte a weergegeven, zoals dit in een centrifuge voor het afscheiden van suikerkristallen uit massecuite wordt toegepast. De 35 suikerzeef 1 met niet-weergegeven doorlaatopeningen is op een steunzeef 2 met grove openingen met een breedte in de orde van grootte van 5-8 mm gelegd. De dikte van de steunzeef bedraagt enkele millimeters.

1 00301 7 8

Zoals in deze figuur is weergegeven, wordt de suikerzeef 1 in de grote openingen 3 van de steunzeef 2 gedrukt onder invloed van de door de massecuite uitgeoefende krachten. Ten gevolge van deze doorbuiging verandert de vorm van de fijne doorlaatopeningen in de suikerzeef, 5 zodat de doorlaat groter wordt. Met als gevolg dat meer suikerkristal-len door de suikerzeef gaan, en zodoende de opbrengst wordt verminderd.

Voor een goed begrip van de uitvinding dient de vervorming ten gevolge van een trekbelasting en een buigbelasting te worden onder-10 scheiden. In de praktijk treden beide belastingen vaak gelijktijdig op, maar de invloed van de zeefparameters verschilt met de aard van de belasting. De invloed van de zeef dikte kan begrepen worden uit de formule voor de doorbuiging van een vlakke, niet-geperforeerde plaat, die steunt op een vierkante opening met maaswijdte a (vergelijk figuur 1) : 15 q a4 max. y = 0,0138--- (1) E t3 ("Formulas for Stress and Strain", Raymond J. Roark, Warren C. Young, 20 McGraw Hill Book Company, 5e editie, blz. 392), waarbij max. y = de maximale doorbuiging in mm, q = de belasting in N/mm2 a = de maaswijdte in mm E = de elasticiteitsmodulus voor buiging in N/mm?, en 25 t = de plaatdikte in mm.

De weerstand tegen buiging is derhalve evenredig met de derde macht van de plaatdikte. De weerstand tegen rek is recht evenredig met de plaatdikte. Uit bovenstaande formule (1) kan eveneens worden afgeleid, dat de keuze van de steunzeef sterk bepalend is voor de optredende 30 verbuiging. De maaswijdte van steunzeven voor toepassing in suikercen-trifuges ligt veelal in het gebied van 5-8 mm. Voor andere toepassingen zijn andere maaswijdten gebruikelijk. In de praktijk wordt in het algemeen geen rekening gehouden met de invloed van de maaswijdte.

Wanneer bovenstaande formule wordt toegepast voor een geperfo-35 reerde plaat, dan beïnvloedt het patroon van openingen de waarde van de E-modulus. Met andere woorden de E-moduli van een geperforeerde plaat en een massieve plaat, vervaardigd uit hetzelfde materiaal en met dezelfde plaatdikte, verschillen. Verder is bekend dat een op re- 1008017 9 gelmatige wijze geperforeerde plaat anisotroop gedrag vertoont, d.w.z. dat de weerstand tegen rék en buiging afhankelijk zijn van de richting van de uitgeoefende kracht. Deze richtingsafharikelijkheid geldt voor ronde openingen, maar in sterkere mate bij patronen met sleufvormige 5 openingen. Bij zeven met patronen van sleufvormige doorlaatopeningen is de zwakste richting derhalve bepalend voor de mate van de vervorming en derhalve voor de werking en levensduur van de zeef. Ondanks dit nadeel worden voor suikerzeven in continue bedreven suikercentri-fuges uitsluitend sleufpatronen toegepast, daar zeven met patronen van 10 rende openingen met kleine diameter (< 90 micrometer) technisch nog niet realiseerbaar zijn in de vereiste sterkte en epen oppervlak, die een economisch verantwoord en uitvoerbaar scheidingsproces mogelijk zouden maken. De keuze voor sleufpatronen is derhalve een bruikbaar compromis.

15 In figuur 2 zijn een aantal bekende patroonontwerpen van de doorlaatopeningen (weergegeven als streepjes) van een suikerzeef sterk vereenvoudigd weergegeven. In figuur 2a is een versprongen patroon getekend, zoals bijvoorbeeld wordt toegepast bij gestanste zeven. In figuur 2b zijn de sleufvormige doorlaatopeningen dicht opeen in de 20 vorm van zogeheten straten gerangschikt. Het in figuur 2c weergegeven patroon is een zogeheten halfsteensformatie. Figuren 2b en 2d laten patronen zien, waarbij de doorlaatopeningen met behulp van een laser in een roestvast stalen plaat zijn aangebracht. In de praktijk zijn deze patronen niet zo regelmatig als in fig. 2b en 2d is geschetst, 25 d.w.z. dat het aantal sleuven per lengte-eenheid niet overal gelijk is, zodat de stralen op onregelmatige wijze verspringen. Aangenomen wordt dat dit een beperking is van deze vervaardigingstechniek. Bij al deze bekende patronen zijn de oriëntatie van de sleuf vormige doorlaatopeningen en de afmetingen daarvan gelijk, waardoor de buigsterkte 30 in de lengterichting van de sleufvormige openingen gering is.

Een zeef patroon, zoals schematisch in fig. 2c is getoond, is eveneens in fig. 3 weergegeven. De sleufvormige doorlaatopeningen 11 zijn door metalen wanden 12 omgeven. Deze wanden 12 omvatten gebieden 13, die enigszins verdiept rond de openingen 11 liggen als gevolg van 35 de vervaardigingswerkwij ze.

Teneinde een dergelijke zeef door middel van elektroformeren te vervaardigen, wordt op een metalen matrijs een fotolaklaag aange- 1008017 10 bracht, die zodanig wordt belicht en ontwikkeld dat fotolakeilanden 14 overblijven, waartussen het metaal 15 van de matrijs zichtbaar is. Vervolgens worden door middel van elektroformeren de metalen dammen 12 op het blootliggende metaal 15 van de matrijs gevormd, waarbij tevens 5 overgroei van metaal over de lakei landen 14 optreedt. Na het bereiken van de vereiste dikte van de zeef wordt deze van de matrijs verwijderd. De vorm van de verdiepte gebieden 13 komt overeen met de vorm van de fotolakeilanden 14.

Een zeefpatroon volgens fig. 2c en fig. 3 wordt sedert ongeveer 10 30 jaar veelvuldig toegepast voor nikkelen (geëlektroformeerde) zeven.

Andere patronen, zoals die volgens fig. 2a, 2b en 2d, worden met name bij roestvast stalen zeven toegepast. De treksterkte van de zeven volgens fig. 2c is in de richting van de sleuf lengte groter dan in een richting loodrecht op de sleuflengte. In Tabel 1 zijn de resultaten 15 van trekproeven voor 3 verschillende geëlektroformeerde zeven met een zeef pa troon volgens fig. 2c vermeld. In deze tabel betekent (te type aanduiding 36/9 dat het aantal sleuven per strekkende inch (het zogeheten mesh-getal) in de ene richting 36 bedraagt en in de loodrecht daarop staande richting 9. Het type en de eigenschappen van een zeef 20 liggen vast als daarnaast de sleufbreedte, -lengte en dikte gegeven zijn. De typen 36/9 en 40/10 worden veelvuldig als suikerzeef toegepast. De technologische functie, scheidend vermogen (sleufbreedte) en capaciteit (epen oppervlak), is voor deze typen zeven nagenoeg gelijk.

25 Tabel 1. Trekproeven met geëlektroformeerde nikkelen zeven met sleufbreedte van 60 μια.

TYPE SLEUFLENGTE OPEN OPPERVLAK DIKTE F// F_l I.Q.

(m) (%) (m) (N) (N) 36/9 2133 6,4 313 1100 145 7,6 40/10 1693 6,3 266 1125 187 6,0 30 40/14 1200 6,3 290 1200 320 3,8

In Tabel 1 en volgende tabellen stellen F// en F_l de maximale trekkrachten uit de proef voor. Bij deze krachten zijn de zeven reeds verregaand plastisch gedeformeerd. De factor I.Q. is het isotropiequo-

10 OöO 7 7 I

11 tiënt, de verhouding tussen F// en F_l. Een I.Q. = 1 betekent dat de zeef zich redelijk isotroop gedraagt. Een meer algemene formule voor het isotrcpiequotiënt is I.Q. = F^ / Fmjn , waarbij F^ en Fmin de maximale, respectievelijk minimale trekkrachten zijn, die bepaald worden 5 door trekproeven in alle richtingen uit te voeren. Bij deze benadering betekent een I.Q. van 1, dat de zeef volledig isotroop is en derhalve richtingsongevoelig.

Uit de bovenstaande resultaten kan afgeleid worden, dat de zeven met een patroon volgens fig. 2c sterk richtingsgevoelig zijn. Verras-10 send is de sterke invloed van de sleuf lengte op de sterkte. Het type 36/9 is ondanks de grotere dikte zwakker in de zwakste richting (Fx) dan het type 40/10. Nog kortere spleten zoals bij type 40/14 geven een verdere verbetering van de treksterkte in de zwakste richting.

Zeven uit roestvast staal worden vanwege de betere corrosiebe-15 stendigheid tegenwoordig steeds vaker toegepast. Deze worden veelal door middel van stansen, snijden met een laserstraal of eléktronen-straal vervaardigd. Voor de vervormbaarheid is de materiaalkeuze echter veel minder van belang dan het zeefpatroon, zoals uit Tabel 2 blijkt.

20

Tabel 2. Vergelijking van een nikkelen geëlektrofonweerde zeef roet een roestvast stalen E-straal gesneden zeef.

TYPE DIKTE SLEUF- OPEN MATERIAAL HARD- Fx (Mm) LENGTE OPPERVLAK HEID 2% rek (m) (%) (Hv) (N) 50/11 195 900 4,6 Ni 200 600 25 (fig. 2b) 24/12 280 1900 4,5 AISI 316 190 100 (fig. 2a)

Zoals uit Tabel 2 blijkt, is de dikkere KVS-zeef gemakkelijker 30 vervormbaar dan de dunne nikkelen zeef, hoewel de technologische functie van beide zeven gelijk is. De oorzaak is gelegen in het ongunstige zeetpatroon volgens fig. 2a en met name de sleuflengte daarvan.

Uit verder trek- en buigproeven met geëlektrofonweerde zeven met 1008017 12 het in fig. 2c weergegeven zeefpatroon is gebleken dat de I.Q. van deze zeven in het gebied van 4-40 voor trekbelasting en 3-20 voor buigbelasting ligt. Eveneens is uit proeven gebleken dat zeven roet een patroon volgens fig. 2b met korte sleuven sterker zijn en een kleinere 5 richtingsgevoeligheid bezitten. Het anisotrope karakter van zeven met een patroon volgens fig. 2c en fig. 3 (type 36/9; dikte = 310 μπι; sleufbreedte = 55 μπι; open oppervlak^ ca. 5,5%) is geïllustreerd in fig. 9. In deze fig. is de trekbelasting (kracht bij 0,5 % rek) uitgezet tegen de trekrichting, waarbij een trekrichting van 0° per defi-10 nitie evenwijdig aan de sleuf (lengte) richting is. Deze fig. toont dat de zeven in de richting van de sleuven tamelijk zwaar belast kunnen worden zonder aanmerkelijk te vervormen, doch dat in ander richtingen de zeven veel zwakker zijn. In fig. 10 zijn de resultaten van een op vergelijkbare wijze geëlektroformeerde zeef met een patroon volgens 15 fig. 2b (type 50/11; dikte=185 μπι; epen oppervlak^ ca. 6,5%) weergegeven, waaruit duidelijk blijkt dat een dergelijke zeef, ondanks de geringere dikte, sterker is. In de zwakste richting is deze zeef ongeveer 3 maal sterker dan de huidige zeef 36/9. Het I.Q. bedraagt echter nog ongeveer 2,5, hetgeen betekent dat de anisotropie nog betrekkelijk 20 groot is. Opgemerkt wordt dat bij deze zeef 45° de zwakste richting is.

Uit de vele proefnemingen is gebleken dat de richtingsgevoeligheid altijd groot is (I.Q. > 2), wanneer de sleuven in dezelfde richting wijzen, ongeacht het toegepaste patroon. Een patroon volgens fig. 25 2b geeft betere sterkte-eigenschappen dan de andere in fig. 2 weergegeven patronen. Verder blijkt de richtingsgevoeligheid groter te zijn met toenemende sleuf lengte. Deze resultaten corresponderen met modelberekeningen, uitvoerd voor zeven met een patroon volgens fig. 2c. Deze berekeningen laten verder zien dat de trends in treksterkte en 30 buigsterkte sterk kunnen verschillen: verbetering van de buigsterkte kan een verslechtering van de treksterkte (beoordeeld in de zwakste richting) ten gevolg hebben.

Onder toepassing van conventioneel elektroformeren worden de zeven vervaardigd door nikkel over een (foto) lakpatroon van een ma-35 trijs te laten groeien. Indien een kleinere gatgrootte gewenst is, betekent dit dat men langer moet opgroeien en aldus een dikkere zeef met echter een kleiner open oppervlak wordt verkregen. Sleufbreedte, 1008017 13 sleuf lengte, dikte en epen oppervlak zijn bij een vast patroon rekenkundig met elkaar verbonden. Het is wel mogelijk bijvoorbeeld de sleuf lengte te variëren bij een vaste sleufbreedte en bij een vast open oppervlak door het ontwerp te variëren. Met behulp van een model-5 berekening is dit uitgevoerd voor een zeefpatroon volgens fig. 2b. (sleufbreedte 60 μπ\, open oppervlak 6,5 %). Fig. 11 laat de relatie tussen de sleuf lengte en dikte zien, zoals die voor een dergelijke geëlektroformeerde zeef geldt. Fig. 12, die betrekking heeft op hetzelfde type zeef, toont dat de richtingsgevoeligheid toeneemt met toe-10 nemende sleuf lengte. Dit geldt zowel voor de buig- als trékbelasting. Uit Fig. 13 kan worden geconcludeerd dat gelijktijdige optimalisatie van een geëlektroformeerde zeef met een stratenpatroon volgens fig. 2c voor trek- en buigbelasting niet mogelijk is, daar de sleuf lengte en dikte gelijktijdig veranderen.

15 Deze beperking, die inherent is aan elektroformeren, geldt ui teraard niet voor andere bekende vervaardigingstechnieken, zoals het snijden met een laserstraal of elektronenstraal. Bij deze technieken is de ontwerpvrijheid voor het patroon in beginsel dan ook groter, zodat gelijktijdige optimalisatie van het stratenpatroon voor trek- en 20 buigbelasting wel mogelijk is. Gemodificeerd elektroformeren volgens het doorlaatprincipe geeft een vergelijkbare ontwerpvrijheid; bij een gekozen patroon kan een dikte gekozen worden, zodat een zeef met een zeer hoge doorlaat en hoge sterkte kan worden verkregen, hetgeen een groot voordeel is bij het elektroformeren.

25 Zoals hierboven reeds is aangegeven, heeft de uitvinding ten doel de buigstij fheid en treksterkte van een zeef te verbeteren bij gelijkblijvende sleufbreedte en open oppervlak, in het bijzonder van geëlektroformeerde zeven, daar de kostprijs van de zeef niet zozeer afhangt van het gekozen patroon, maar de kostprijs toeneemt met toe-30 nemende dikte. Verder heeft de uitvinding ten doel het anisotrope gedrag van de zeef te verminderen.

Volgens de uitvinding wordt dit bereikt met een zeef volgens conclusie 1, die in andere woorden een netwerk van massieve banen omvat, welke banen sleuven omsluiten, die (regelmatig) in groepen zijn 35 gerangschikt, met drie of meer oriëntaties, waarin geen grote straten van sleuven met dezelfde oriëntatie aanwezig zijn. Bij voorkeur zijn de afmetingen van de eenheidscel van het patroon kleiner dan de maas- 1008017 14 wijdte van de steunzeef, indien aanwezig.

Fig. 4 toont een eerste uitvoeringsvorm van een zeef volgens de uitvinding. Het patroon daarvan is samengesteld uit een eerste patroonelement 41 met drie groepen van doorlaatopeningen, een eerste 5 groep van eerste sleuven 42 met een eerste oriëntatie, een tweede groep van tweede sleuven 43 roet een tweede oriëntatie, alsmede een derde groep van sleuven 44 met een derde oriëntatie. De oriëntaties binnen een groep zijn gelijk, terwijl ze verschillen met betrekking tot de oriëntaties van de andere groepen van sleuven binnen hetzelfde 10 eerste patroonelement. Het totale patroon omvat verder een aanvullend patroonelement 45 met vierde sleuven 46 met een vierde oriëntatie. De denkbeeldige grenzen van het eerste patroonelement 41 en het aanvullende patroonelement 45 zijn door middel van een dikke lijn weergegeven. Zoals uit deze fig. blijkt, bezitten de vier groepen hetzelfde 15 oppervlak. De sleuf lengte van sleuven 43 en 44 is gevarieerd.

Een tweede uitvoeringsvorm van een zeef volgens de uitvinding is fig. 5 weergegeven. Het patroon daarvan omvat een eerste patroonelement 51 in de vorm van een denkbeeldige rechthoek, waarin drie groepen van sleuven met verschillende oriëntaties zijn gerangschikt. In dit 20 geval is het oppervlak van de groep van sleuven 52 met een "verticale" oriëntatie tweemaal het oppervlak van de groepen van sleuven 53, respectievelijk 54 met andere oriëntaties. Het patroon omvat eveneens een tweede patroonelement 55 en een derde patroonelement 56. Genoemd tweede patroonelement 55 is samengesteld uit drie groepen van sleuven met 25 verschillende oriëntaties, terwijl het derde element 56 één groep van sleuven omvat, welke groep de denkbeeldige vorm van een driehoek heeft.

In fig. 6 is een eerste voorkeurspatroon van door laatopeningen geïllustreerd, dat een eerste patroonelement 30 omvat, welk element 30 eerste groepen van eerste door laatopeningen 31 met een eerste oriëntatie, tweede groepen van tweede door laatopeningen 32 met een tweede oriëntatie, derde groepen van derde door laatopeningen 33 met een derde oriëntatie en vierde cirkelvormige door laatopeningen 34 omvat, waarbij de eerste, tweede en derde groepen om een cirkelvormige doorlaatope-35 ning 34 zijn gerangschikt. Elke groep heeft de vorm van een denkbeeldige zeshoek. Binnen een groep is de sleuf lengte gevarieerd. Bij deze uitvoeringsvorm is het totale patroon uit eerste patroonelementen 30 1008017 15 opgebouwd.

In figuur 8 is een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van een pa-troonontwerp voor de doorlaatopeningen in een zeef volgens de uitvinding met een eerste patroonelement 20 weergegeven, waarbij eerste 5 doorlaatopeningen 21 met een eerste oriëntatie zijn gerangschikt in een gebied 22 in de vorm van een regelmatige zeshoek. Elk gebied 22 met doorlaatopeningen 21 wordt ongeven door drie zeshoekige gebieden 23 met doorlaatopeningen 24, die een ten opzichte van de eerste oriëntatie 120° gedraaide oriëntatie bezitten, alsmede drie zeshoekige 10 gebieden 25 met doorlaatopeningen 26, waarvan de oriëntatie ten opzichte van de oriëntatie van de eerste doorlaatopeningen 21 240° is gedraaid (en dus 120° ten opzichte van de oriëntatie van de tweede doorlaatopeningen 24). Zoals duidelijk uit de fig. blijkt, is de sleuf lengte van de doorlaatopeningen binnen elke groep gevarieerd. Met 15 de letters a, b, c zijn de cissen weergegeven, die de treksterkte van de zeef bepalen. De afwisselende oriëntatie van de sleuf vormige doorlaatopeningen 21, 24 en 26 bepaalt de buigstijfheid.

De verbeterde sterkte-eigenschappen - treksterkte en buigstijfheid - van de zeven volgens de uitvinding maken het mogelijk cm een 20 (suiker) zeef met de vereiste vorm uit een dergelijke zeef te snijden zonder daarbij de oriëntatie van de sleuven met betrekking tot de tijdens gebruik aangelegde krachten in aanmerking te moeten nemen. Verder is de levensduur verbeterd.

Met zeven met de in fig. 2b, 2c (= Fig. 3), 6 en 8 weergegeven 25 patronen zijn proeven uitgevoerd. De gegevens van de zeven zijn in tabel 3 vermeld. Wanneer in deze tabel naar fig. 6 wordt verwezen, is dit een patroon waarbij de cirkelvormige openingen niet aanwezig waren. De zeven waren volgens een standaard elektroformeringswerkwij ze vervaardigd.

30 De treksterkte als functie van de trekhoek bij 0,5 % rek is in fig. 9, 10 en 15 en 17 getoond voor de patronen, die in fig. 2c, 2b en 8 (twee verschillende typen) zijn weergegeven. De kracht als functie van de trekhoek bij 0,5 mm doorbuiging is respectievelijk in fig. 14, 16 en 18 getoond voor de patronen, die in fig. 2c en 8 (twee verschil-35 lende typen) zijn weergegeven. Fig. 15 en 16 behoren bij een zeef volgens fig. 8, waarin de dikte 310 μτα bedraagt, de sleufbreedte 65 μια bedraagt en het epen oppervlak 7,0 % is. Fig. 17 en 18 geven de proef-

1008017 I

16 resultaten weer van een zeef roet hetzelfde patroon, echter met een dikte van 255 μτη, een sleufbreedte van 70 /jm en een epen oppervlak van 8,5 %.

Uit de proef resultaten blijkt, dat een vermindering van de rich-5 tingsgevoeligheid kan worden bereikt, die de sterkte van de zeef zal verbeteren. De hexagonale ontwerpen zijn voor dit doel uitstekend geschikt.

Indien de sleuf richting op regelmatige wijze wordt gevarieerd, zoals in fig. 8 (hexagon met parallelle sleuven in zeshoek) kan een 10 zeef ontwerp worden gemaakt dat vrijwel isotroop gedrag vertoont. De procestechnologische karakteristiek is gelijk aan die van de 36/9 zeef volgens fig. 9, d.w.z. sleufbreedte en open oppervlak zijn gelijk, terwijl de sterkte met een faktor 4 is verbeterd. Het I.Q. benadert op belangrijke wijze een waarde van 1.

1008017 η

Tabel 3. Maatvoering diverse zeef patronen.

ZEEFTYPE AFMETING X SLEUFLENCTE DIKTE OPEN OPPERVLAK

(ram) (ram) (ram) (%) hexagon 5,35 1,66/1,34/2,48 0,32 6,1 (fig. 8) 5 hexagon 4,68 1,49/1,20/2,22 0,25 7,0 (fig. 8) hexagon 4,28 1,25/2,09 0,32 5,8 (fig. 6) hexagon 3,75 1,10/1,83 0,25 6,7 10 (fig. 6) hexagon 2,1 0,56/0,84 0,30 12 (fig. 6) hexagon 1,54 0,42/0,63 0,30 16,5 (fig. 6) 15 hexagon 1,33 0,37/0,55 0,30 18,5 (fig. 6) 1008017

Claims (18)

1. Zeef (1) voor het afscheiden van deeltjesvormige materialen uit een vloeibare massa, welke zeef (1) een patroon van door dammen (12) gescheiden, sleufvormige doorlaatcpeningen (11; 21, 24, 26; 42, 43, 44; 52, 53, 54) voor de vloeistof omvat, waarbij het patroon eerste 5 patroonelementen (20; 30; 41; 51) met drie groepen van doorlaatcpeningen omvat, waarbij de doorlaatcpeningen binnen een groep dezelfde oriëntatie bezitten, die verschilt van de oriëntatie van de doorlaatcpeningen van de andere groepen binnen genoemd eerste patroonelement (20; 30; 41; 51), met het kenmerk dat een groep van doorlaatcpeningen 10 met een bepaalde oriëntatie binnen genoemd eerste patroonelement (20; 30; 41; 51) eveneens aangrenzend ligt aan groepen van doorlaatcpeningen van naburige patroonelementen (20; 30; 45; 55, 56), welke groepen een andere oriëntatie bezitten.

2. Zeef volgens conclusie 1, met het kenmerk dat genoemde naburige 15 patroonelementen (20; 30) gelijk zijn aan genoemd eerste patroonelement (20; 30).

3. Zeef volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de eerste patroonelementen (20; 30; 41; 51) op regelmatige wijze binnen genoemd patroon zijn gerangschikt.

4. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een groep met een bepaalde oriëntatie in een gebied (22; 23; 25) met de vorm van een zeshoek is gerangschikt, welk gebied (22; 23; 25) aan de zes zijden daarvan is omgeven door afwisselend gerangschikte hexoganale gebieden (22; 23; 25) met groepen van doorlaatcpeningen met 25 andere oriëntaties.

5. Zeef volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de gebieden (22; 23; 25) de vorm van een regelmatige zeshoek bezitten.

6. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de groepen van een eerste patroonelement (30) rondom een cirkel- 30 vormige doorlaatcpening (34) zijn gerangschikt.

7. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies 4-6, met het kenmerk dat de oriëntaties van de doorlaatcpeningen (21; 24; 26) in de drie verschillende groepen (22; 23; 25) 120° ten opzichte van elkaar zijn gedraaid.

8. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk 1008017 dat de lengte van de sleuf vormige cpeningen is gevarieerd.

9. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het patroon in alle richtingen nagenoeg evenveel door de dammen (12) gevormd vast oppervlak bezit.

10. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de zeef door middel van elektroformeren is vervaardigd.

11. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de dikte van de zeef 200-300 μιη bedraagt.

12. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk 10 dat de breedte van de sleuf vormige door laatopeningen in het gebied van 40-130 μχα ligt.

13. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de lengte van de sleuf vormige doorlaatopeningen tussen 500-1200 μπi ligt.

14. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de doorlaat van de zeef 6,5-25%, bij voorkeur 6,5-14% bedraagt.

15. Zeef volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de zeef een isotropiequotiënt I.Q. < 2 heeft.

16. Zeef volgens conclusie 1, met het kenmerk dat genoemd ander pa-20 troonelement (45; 55, 56) één of meer groepen van doorlaatopeningen (46) met een verdere oriëntatie of oriëntaties omvat.

17. Samenstel van een steunzeef (2) en een zeef (1) volgens één van de voorgaande conclusies.

18. Samenstel volgens conclusie 17, met het kenmerk dat de afmetin-25 gen van het eerste patroonelement (20; 30; 41; 51) kleiner zijn dan de maaswijdte a van de steunzeef (2). IOuóO 17 <i