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Induktionswalzenscheider
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Die Erfindung betrifft einen Induktionswalzenscheider entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei bekannten Induktionswalzenscheidern sind eine oder zwei Induktionswalzen
im Innern eines äußeren Eisenjoches angeordnet, das die Spulen zur Erzeugung des
magnetischen Flusses trägt. Der magnetische Fluß durchsetzt hierbei die Induktionswalzen
in diametraler Richtung, tritt durch den Luftspalt zwischen den beiden Induktionswalzen
und schließt sich über das äußere Eisenjoch. Da der magnetische Fluß somit ausschließlich
über das Eisenjoch zu den Induktionswalzen geführt wird, kann der im Luftspalt wirksame
magnetische Fluß nur aus dem Sättigungsfluß des Eisens abzüqlich der Streuverluste
bestehen. Hierdurch ist die im Luftspalt an den Polschneiden der Induktionswalzen
erzielbare Feldstärke und demgemäß auch die maximale Umfangsgeschwindigkeit und
Durchsatzrate des Induktionswalzenscheiders begrenzt.
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Ungünstig bei den bekannten Induktionswalzenscheidern ist ferner die
durch die Konstruktion der Induktionswalzen bedingte, verhältnismäßig geringe Biegesteifigkeit.
Die hierdurch verursachte Durchbiegung der Induktionswalzen erschwert die Einhaltung
einer genauen Größe des Luftspaltes über die ganze Walzenlänge. Dies führt dazu,
daß bei bekannten Induktionswalzenscheidern mit höherer Feld-
stärke
die Walzen länge entsprechend gering gewählt werden muß, was die Durchsatzrate begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser
Nachteile der bekannten Ausführungen einen Induktionswalzenscheider der im Oberbegriff
des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß sich im Luftspalt sehr
hohe Feldstärken erzielen lassen, so daß hohe Drehzahlen möglich sind, daß ferner
eine hohe Biegesteifigkeit der Induktionswalze gewährleistet ist, so daß große Walzenlängen
(und damit hohe Durchsatzraten) möglich sind und daß schließlich eine kompakte,
raumsparende Bauweise und ein niedriges Gewicht des Eisenjoches erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Wie anhand des Ausführungsbeispieles noch im einzelnen erläutert wird,
bilden sich bei dem erfindungsgemäßen Induktionswalzenscheider vier einander überlagernde
Magnetkreise, nämlich zwei Eisenflüsse und zwei Luftflüsse. Die beiden Luftflüsse
führen über die Induktionswalze, den Luftspalt und außerhalb der Maschine befindliches
zusätzliches Jochmaterial. Auf diese Weise lassen sich im Luftspalt sehr hohe Feldstärken
mit Spitzeninduktionen von mehr als 2 Tesla erzielen, wobei die SSttigung des Eisenjoches
(durch das Vorhandensein der beiden erwähnten Luftfldsse) überschritten wird.
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Es ergibt sich dabei eine klare Ausbildung des
magnetischen
Feldes ohne nennenswerte Streuverluste.
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Die Wirbelstromausbildung ist aufgrund der relativ dünnen Wandstärke
der als Hohlwalze ausgebildeten Induktionswalze (Größenordnung 20 mm) sehr gering.
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Dieser Umstand läßt einerseits hohe Drehzahlen zu und ergibt andererseits
eine geringe Antriebsleistung.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Induktionswalzenscheider vorgesehene,
als Hohlwalze ausgebildete Induktionswalze ist verhältnismäßig biegesteif.
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Anders als bei bekannten Ausführungen ist es bei der erfindungsgemäßen
Ausführung ferner qrundsätzlich möglich, die magnetischen Anziehungskräfte durch
entsprechende Ausbildung des Luftspaltes zu kompensieren. Die erfindungsgemäß erzielbare
große axiale Länge der Induktionswalze und die durch die hohe Feldstärke ermöglichte
hohe Drehzahl führen zu einer hohen Durchsatzrate.
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Die erfindungsgemäße Anordnung, bei der die als Hohlwalze ausgebildete
Induktionswalze von einem inneren Teil des Eisenjoches durchdrungen wird, führt
zu einer sehr raumsparenden Anordnung und zu einem niedrigen Gewicht des Eisenjoches.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
und werden im Zusammenhang mit der Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispieles näher erlautet.
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In der Zeichnung zeigen Fig.1 einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Induktionswalzenscheiders; Fig.2- einen Schnitt längs der
Linie II-II der Fig. 1.
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Der in der Zeichnung schematisch dargestellte Induktionswalzenscheider
enthält zwei als Hohlwalzen ausgebildete Induktionswalzen 1, 2, die mittels Lagern
3 bzw. 4 drehbar gelagert sind. Die Induktionswalzen 1, 2 sind aus lamellierten,
gegeneinander isolierten Dynamoblechen zusammengesetzt und an ihrem Umfang mit Polschneiden
1a bzw. 2a versehen. Die Induktionswalzen 1 und 2 sind horizontal, parallel zueinander,
unter Bildung eines Luftspaltes 5 angeordnet. Die Induktionswalzen können auch aus
einem massiven Mantelstück bestehen.
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Zur Magnetflußerzeugung sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
vier stromdurchflossene Spulen 6 bis 9 angeordnet, die auf einem Eisenjoch 10 angeordnet
sind.
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Dieses Eisenjoch 10 enthält zwei innere Jochteile 11 und 12, die die
hohl ausgebildeten Induktionswalzen 1 und 2 durchdringen, ferner zwei äußere Jochteile
13, 14, die die inneren Jochteile 11, 12 zu einem geschlossenen Eisenjoch verbinden
und auf denen die Spulen 6 bis 9 angeordnet sind.
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Durch die Spulen 6 und 8 wird ein - schematisch durch die Flußlinie
15 angedeuteter - Magnetfluß erzeugt, der wie folgt verläuft: Von der Spule 8 in
den ihr zugewandten Bereich des inneren Jochteiles 12, durch die Induktionswalze
2, den Luftspalt 5, die Induktionswalze 1, den der Spule 6 zugewandten Bereich des
inneren Jochteiles 11 sowie durch den äußeren Jochteil 13. In entsprechender Weise
wird durch die Spulen 7 und 9 der Magnetfluß erzeugt, der schematisch durch die
Flußlinie 16 angedeutet ist. Es werden somit zwei magnetische Flüsse erzeugt, die
die inneren Jochteile 11, 12 im Bereich der beiden axialen Enden der Induktionswalzen
1, 2 jeweils in einander entgegengesetzter Richtung durchsetzen.
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Um eine gieichmäßige Feldstärkeverteilung über die yesamte axiale
Länge des Luftspaltes 5 zu erreichen, verringert sich der Querschnitt der inneren
Jochteile 11, 12 von den beiden axialen Enden der Induktionswalzen 1, 2 zur Mitte
hin. Zusätzlich kann der Abstand der Jochteile 11, 12 variiert werden In dem durch
die Querschnittsverringerung der inneren Jochteile 13, 14 gebildeten freien Raum
17 bzw. 18 ist der Drehantrieb für die Induktionswalzen 1 bzw. 2 untergebracht.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Drehantrieb durch einen Induktions-Linearantrieb
gebildet, der aus einem gekrümmten Induktionskamm 19 bzw. 20 und einem am inneren
Umfang der Induktionswalzen 1 bzw. 2 angeordneten elektrischen Leiter 21, 22 besteht.
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Oberhalb des Luftspaltes 5 ist eine Zuführung 23 für das Aufgabegut
vorgesehen. Unterhalb der Induktionswalzen 1, 2 sind drei durch Trennschneiden 24,
25 voneinander getrennte Zonen 26, 27, 28 vorgesehen, von denen die Zonen 26 und
28 zur Abführung der magnetischen Bestandteile des Aufgabegutes und die Zone 27
zur Abführung der unmagnetischen flestandteile des Aufgabegutes dient.
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Im Betrieb des Induktionswalzenscheiders werden die beiden Induktionswalzen
1 und 2 gegensinnig in Richtung der Pfeile 29, 30 angetrieben. Das Aufgabegut wird
über die Zuführung 23 aufgegeben, wobei die magnetischen Teilchen an den Polschneiden
1a, 2a der Induktionswalzen 1, 2 anhaften.
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Während die unmagnetischen Teilchen senkrecht durch den Spalt 5 in
die Zone 27 fallen, werden die magnetischen Teilchen durch die magnetische Anziehungskraft
noch etwas nach außen mitgenommen, bis sie aufgrund der Wirkung der Zentrifugalkraft
und der Schwerkraft von den Polschneiden 1a, 2a der Induktionswalzen 1, 2 abfallen
und damit in die Zonen 26 bzw. 28 gelangen.
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Außer dem in Fig.1 durch die Flußlinien 15 und 16 schematisch veranschaulichten
Eisenfluß trägt zur Erzeugung der im Luftspalt 5 wirksamen Feldstärke noch ein gleichfalls
von den Spulen 6 bis 9 erzeugter Luftfluß bei, der über die zwei Induktionswalzen
1 und 2 sowie den Luftspalt 5 und über einen außerhalb der Maschine befindlichen
Streubereich verläuft. Aus energetischen Gründen und zur besseren Ausrichtung kann
diesem äußeren Streufeld ein Medium mit größerer Permeabilität als Luft angeboten
werden.
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Zweckmäßig wählt man den außerhalb der Spulen 6 bis 9 (und außerhalb
der Induktionswalzen 1, 2) lievenden äußeren Jochteil im Querschnitt größer als
den die Induktionswalzen 1 und 2 durchdringenden inneren Jochteil und stimmt man
die Größe der Spulen 6 bis 9 auf den Querschnitt des äußeren Jochteiles ab, So entsteht
ein Flußüberschuß, der sich als Streufluß von einer Induktionswalze durch den Luftspalt
zur anderen Induktionswalze überträgt. Auf diese Weise ergeben sich im Luftspalt
5 außerordentlich hohe Feldstärken mit Spitzeninduktionen von mehr als 2 Tesla.
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Der Querschnitt der inneren Jochteile 11, 12 verringert sich zur Mitte
hin, um über die ganze Walzenlänge eine cjleichmäßige Feldstärke im Luftspalt 5
zu erreichen. In konstruktiver Hinsicht werden zu diesem Zweck die inneren Jochteile
11, 12 aus Scheiben zusammengesetzt, die sich gegeneinander verschieben lassen.
Es ist ferner möglich, für unterschiedliche Feldstärkebereiche unterschiedliche
Jochtypen einzusetzen.
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Die erfindungsgemäß erzielte Erhöhung der Feldstärke im Luftspalt
5 ermöglicht es, die Spaltweite und die Umfangsgeschwindigkeit der Induktionswalzen
zu vergrößern, was eine entsprechende Steigerung deiDurchsatzrate zur Folge hat.
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Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich.
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So kann ein nach dem erfindungsgemäßen Prinzip arbeitender Induktionswalzenscheider
auch unter Verwendung einer einzigen Induktionswalze aufgebaut werden (hälftige
Teilung der Anordnung gemäß Fig.1 und 2, wobei der Luftspalt von der Induktionswalze
und einer Polplatte begrenzt wird).
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Weiterhin kann der Drehantrieb der Induktionswalzen beispielsweise
auch durch einen Getriebemotor mit Ritzel und Zahnkranz gebildet werden (Ritzel
und Zahnkranz werden hierbei zweckmäßig gleichfalls in dem freien Raum 17 bzw. 18
untergebracht, der durch die Querschnittsverringerung der inneren Jochteile 11,
12 vorhanden ist).
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Der erfindungsgemäße Induktionswalzenscheider kann sowohl als Trockeninduktionswalzenscheider
oder im Naßbetrieb arbeiten. Im letzteren Falle sind die Induktionswalzen in einer
Wanne angeordnet, die im unteren Bereich mit Regelventilen zur Abführung der magnetischen
und unmagnetischen Bestandteile des Aufgabegutes versehen und deren Flüssigkeitsstand
mittels eines Oberlaufes regulierbar ist.
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Weiterhin ist es auch möglich, zur Erzeugung der Magnetflüsse nicht
stromdurchflossene Spulen, sondern Permanentmagnete zu verwenden. Im Luftspalt zwischen
den beiden Induktionswalzen kann weiterhin eine Polplatte angeordnet werden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Prinzip lassen sich beispielsweise mit
Walzen von 600 mm Durchmesser und 1000 mm Länge Spitzeninduktionen von mehr als
2 Tesla erzeugen. Bei einem Walzendurchmesser von 400 mm kann die Drehzahl bei 300
bis 600 U/min liegen.
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Da oberhalb des engen Luftspaltes ein großes Vorsortierfeld vorhanden
ist und aufgrund der hohen Feldstärke hohe Umfangsgeschwindigkeiten möglich sind,
lassen sich sehr hohe Durchsatzraten erzielen. Dabei ist aufgrund der hohen Feldstärken
auch ein Abscheiden schwachmagnetischer Stoffe möglich.
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Die Antriebskräfte sind gering, da keine starken Wirbelströme entstehen.
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