Trenneinrichtung zur Trennung von in einer durch einen Trennkanal strömenden Suspension transportierten magnetisierbaren und nichtmagnetisierbaren Teilchen

Die Erfindung betrifft eine Trenneinrichtung zur Trennung von in einer durch einen Trennkanal strömenden Suspension transportierten magnetisierbaren und nichtmagnetisierbaren Teilchen mit wenigstens einem zu wenigstens einer Seite des Trennkanals angeordneten Permanentmagneten zur Erzeugung eines magnetisierbare Teilchen zu dieser Seite hin ablenkenden Magnetfeldes.

Insbesondere im Bereich der Erzgewinnung oder auch der Schrotttrennung ist es häufig gewünscht, nichtmagnetisierbare von magnetisierbaren Teilchen in einem möglichst einfachen Verfahren zu trennen. Dazu wurde vorgeschlagen, eine Suspension, die die magnetisierbaren und nichtmagnetisierbaren Teilchen enthält, durch einen Trennkanal zu führen. Durch ein Magnetfelderzeugungsmittel, welches angrenzend an den Trennkanal angeordnet ist, wird dabei ein ablenkendes Magnetfelds erzeugt, welches neben einer hinreichend hohen Feldstärke auch einen möglichst über den gesamten Trennkanal hinreichend hohen Magnetfeldgradienten aufweisen soll, da die auf ein magnetisierbares Teilchen wirkende Kraft mit beidem skaliert. In diesem ablenkenden Magnetfeld erfahren magnetisierbare Teilchen somit eine Kraft, die sie beispielsweise zu der Seite des Magnetfelderzeugungsmittels hin ablenkt. Auf diese Weise soll eine Trennung der Teilchen erreicht werden.

Dabei wurde vorgeschlagen, als Magnetfelderzeugungsmittel eine Spule zu verwenden. Um hinreichend wirksame Magnetfelder zu erzeugen, muss die Spule mit sehr hohen Strömen bestromt werden. Dies führt zu einem immensen Energieverbrauch, aber auch zu einer unerwünschten, die Funktionsfähigkeit der Trenneinrichtung gefährdenden Erwärmung. Daher wurde vorgeschlagen, als Magnetfelderzeugungsmittel einen Permanentmagneten zu verwenden, zu dessen Betrieb kein Strom benötigt wird. Nachteilig ist hier jedoch, dass sich in der Nähe des Permanentmagneten eine starke Konzentration der magnetisierbaren Teilchen aufbaut, die den Durchfluss be- oder sogar verhindert. Im ungünstigsten Fall muss der Permanentmagnet entfernt werden oder mit mechanischen Mittel die Anlagerung der magnetisierbaren Teilchen entfernt werden. Dies führt zu einem nichtstationären Prozess, der in regelmä- ßigen Abständen gestoppt werden muss.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Trenneinrichtung anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Trenneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zusätzlich zu den Permanentmagneten wenigstens eine Spule zur Erzeugung eines zusätzlichen Magnetfeldes vorgesehen ist.

Die vorliegende Erfindung schlägt also vor, eine Kombination aus wenigstens einer Spule und wenigstens einem Permanentmagneten zum Betrieb der Trenneinrichtung zu verwenden. Während es grundsätzlich möglich ist, dass die Spule zur Erzeugung eines das ablenkende Magnetfeld verstärkenden Magnetfeldes bestrombar ist, so dass sozusagen aufgrund des permanentmagnetischen Anteils weniger Energie verbraucht wird und durch Abschalten der Spule eine Feldabschwächung erreicht werden kann, kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass die Spule zur Erzeugung eines das ablenkende Magnetfeld eines Permanentmagneten abschwächenden Magnetfeldes bestrombar ist. Eine Kombination aus beiden Betriebsarten kann besonders vorteilhaft genutzt werden.

In jedem der hier genannten Fälle wird im Vergleich zu einer nur durch eine Spule betriebenen Trenneinrichtung weniger

Energie benötigt, so dass auch weniger Erwärmung entsteht. Im Vergleich zu einer Anordnung mit lediglich einem Permanentmagneten ergibt sich die Möglichkeit, das Feld bedarfsabhän- gig zu kontrollieren, das heißt zu verstärken oder abzuschwächen. Eine solche Verstärkung des ablenkenden Magnetfeldes kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn größere Teilchen mit größerer Massenträgheit getrennt werden sollen oder eine höhere Flussgeschwindigkeit der Suspension vorgesehen ist.

Ist die Spule zur Erzeugung eines das ablenkende Magnetfeld abschwächenden Magnetfeldes bestrombar, so ergeben sich eine Reihe weiterer Vorteile. So ist es möglich, beim Vorhanden- sein von Ablagerungen oder regelmäßig das ablenkende Magnetfeld derart abzuschwächen, dass sich die angelagerten magne- tisierbaren Teilchen wieder soweit lösen können, dass sie von der Strömung weitertransportiert werden. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Prozess realisierbar. Insbesondere ist eine Bestromung dann grundsätzlich nur noch in den Abschnitten unbedingt notwendig, in denen eine solche Abschwächung, also Loslösung von Anlagerungen, erfolgen soll. Dabei ist an dieser Stelle bereits anzumerken, dass es vorliegend nicht um die - ohnehin kaum mögliche - vollkommene Egalisierung des Feldes des Permanentmagneten geht, sondern um dessen Abschwächung in den relevanten Bereichen, also innerhalb des Trennkanals .

Zur Anordnung der Spule sind im Rahmen des vorliegenden Ver- fahrens mehrere Möglichkeiten denkbar. So kann zum einen vorgesehen sein, dass die oder eine Spule den oder wenigstens einen Permanentmagneten umgebend angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine Beeinflussung des von dem Permanentmagneten erzeugten ablenkenden Magnetfeldes praktisch „vor Ort" ge- schehen. Dies ermöglicht einen besonders weiten Arbeitsbereich.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die oder eine Spule um ein mit dem Permanentmagneten verbundenes Joch angeordnet ist. Ein solches Joch ist üblicherweise vorgesehen, um den magnetischen Kreis zur anderen Seite des Trennkanals oder zu anderen Permanentmagneten zu schließen. Es transportiert somit einen Teil der Feldstärke, dient also grundsätzlich zur Verstärkung des im Trennkanal herrschenden Magnetfeldes. Durch eine Anordnung einer oder mehrerer Spulen an dem Joch kann dieser Effekt sowohl verstärkt als auch abgeschwächt, insbesondere vernichtet, werden.

In zweckmäßiger Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die oder eine Spule auf einer dem oder einem Permanentmagneten gegenüberliegenden Seite des Trennkanals an dem Joch angeordnet ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass das bloße An- ordnen des insbesondere in Form symmetrisch zum Permanentmagneten ausgebildeten Joches auf der gegenüberliegenden Seite des Permanentmagneten nicht zu einer Feldverteilung führt, die bei zwei sich gegenüberliegenden Permanentmagneten gegeben wäre. Die Streufeldverluste durch seitlich aus dem Joch austretende Magnetfeldanteile sind recht groß. Eine gegenüber dem Permanentmagneten liegende Spule kann den Feldleiteffekt an dieser Stelle grundlegend verbessern oder sogar einen dort angeordneten Permanentmagneten ersetzen. Zugleich ist die Spule aber auch günstig positioniert, um ein abschwächendes Magnetfeld zu erzeugen, das das Magnetfeld des gegenüberliegenden Permanentmagneten möglichst vollständig aus dem Trennkanal verdrängt, so dass sich Klumpen magnetisierbarer Teilchen lösen können.

Wie bereits erwähnt, existieren viele vorteilhafte Möglichkeiten der Ansteuerung der wenigstens einen Spule abhängig von den gewünschten Effekten oder den Betriebsparametern. Zweckmäßigerweise kann daher eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Spule vorgesehen sein. Diese kann, insbesonde- re, wenn der Spulenbetrieb von Betriebsparametern oder Anforderungen abhängig sein soll, die Spulenbestromung anhand von Betriebsparametern und/oder Benutzereingaben regeln. So kann beispielsweise bei besonders großen zu trennenden Teilchen oder einer schnelleren Strömungsgeschwindigkeit eine Verstär- kung des ablenkenden Magnetfeldes erforderlich sein. Es besteht jedoch auch eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten, das Ablenkmagnetfeld den benötigten Bedingungen anzupassen, wenn eine Kombination von Permanentmagnet und Spule verwendet wird.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Trenneinrichtung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein mit der Steuereinrichtung verbundener, eine Verklumpung oder Anlagerung magne- tisierbarer Teilchen im Trennkanal detektierender Sensor vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung bei einem eine Verklumpung oder Anlagerung anzeigenden Signal zur Bestromung der Spule zur Abschwächung des ablenkenden Magnetfeldes ausgebildet ist. Ist die Spule demnach zur Abschwächung des ablenkenden Magnetfeldes im Hinblick auf die Ermöglichung eines insbesondere kontinuierlichen Prozesses durch Vermeidung von Verklumpungen oder Ablagerungen vorgesehen, so kann sie in der genannten Ausgestaltung bedarfsabhängig zugeschaltet werden, sobald eine Verklumpung oder Anlagerung detektiert worden ist. Auf diese Weise wird der kontinuierliche Betrieb der Trenneinrichtung weiter automatisiert und es wird Energie eingespart, indem die Spule nur dann betrieben wird, wenn es notwendig ist.

Zwischen dem Permanentmagneten und dem Trennkanal kann ein magnetisierbares Element, insbesondere eine Scheibe, angeordnet sein. Derartiges ist immer dann sinnvoll, wenn eine zu nahe Benachbarung und somit ein zu starker Magnetfeldgradient in der Nähe der Trennkanalwand vorliegt, der auch durch Bestromung der Spule nicht vollständig so abschwächbar ist, dass sich eine Verklumpung oder Anlagerung magnetisierbarer Teilchen löst. Eine solche Scheibe kann jedoch noch bezüglich eines anderen vorteilhaften Effektes ausgestaltet werden. So kann vorgesehen sein, dass das Element zum Trennkanal hin eine ausgewölbte oder trapezförmige Form aufweist. Auf diese Weise wird die Seitenfläche minimiert, so dass weniger Streuverluste auftreten.

Alternativ kann zur Vermeidung von Streuverlusten durch Minimierung der Seitenflächen auch eine Ausgestaltung der Trenneinrichtung vorgesehen sein, worin eine zum Trennkanal hin weisende Oberfläche des Magneten eine ausgewölbte oder trapezförmige Form aufweist. In diesem Fall wird also die Oberfläche des Permanentmagneten selber angepasst.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbei- spiels einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung,

Fig. 2 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung,

Fig. 3 eine Prinzipskizze eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung, und

Fig. 4 eine weitere mögliche Spulenpositionen anzeigende Skizze.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Trenneinrichtung 1. Ein Rohr 2, das senkrecht zur Bildebene verläuft, definiert einen Trennkanal 3, der mit einer Suspension, die magnetisierbare und nichtmagnetisierbare Teilchen enthält, beschickt wird. Ein Permanentmagnet 4, der ein immer vorhandenes Permanentmagnetfeld erzeugt, ist zu einer Seite des Trennkanals 3 vorgesehen. Durch ein Joch 5 aus Eisen wird der magnetische Kreis zu der dem Permanentmagneten 4 gegenüberliegenden Seite des Trennkanals 3 geschlossen, wobei der Schenkel 6 des Jochs 5 zur Vergrößerung der dem Permanentmagneten 4 gegenüberliegenden Fläche zur Verbesserung der Feldeigenschaften über den Trennkanal 3 hinaus verlängert ausgebildet ist.

Die Trenneinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Spule 7, deren Windungen um den Permanentmagneten 4 herum verlaufen. Diese Spule 7 kann nun benutzt werden, um das Permanentmagnetfeld, welches innerhalb des Trennkanals 3 als ablenkendes Magnet- feld wirkt, entweder bei konstanter Bestromung statisch oder auch zeitlich veränderbar abzuschwächen oder zu verstärken.

Vorliegend ist bei der Trenneinrichtung 1 eine zeitlich ver- änderbare Bestromung der Spule 7 vorgesehen. Zur Ansteuerung der Spule 7 dient eine Steuereinrichtung 8, die mit der Spule 7 verbunden ist.

Allgemein ist es somit möglich, das ablenkende Magnetfeld im Trennkanal 3 situationsabhängig zu variieren, das bedeutet, zu verstärken oder abzuschwächen. Durch die Kombination des Permanentmagneten 4 mit der stromdurchflossenen Spule 7 können die Vorteile der Einzelsysteme genutzt werden, das heißt, durch den Permanentmagneten 4 kann ein magnetisches Ablenk- feld aufgebaut werden, ohne dass ständig elektrische Energie aufgewendet werden muss und konstant Verlustwärme anfällt, durch die Spule kann ein zeitlich veränderliches zusätzliches Magnetfeld erzeugt werden. Durch die Kombination ergibt sich nun mittels der Ansteuerung über die Steuereinrichtung 8 die Möglichkeit, ein dem Trennungsprozess angepasstes zeitlich veränderliches ablenkendes Magnetfeld zu erzeugen und den Energiebedarf der Komponenten zu begrenzen. Hierzu müssen die Komponenten Permanentmagnet 4 und Spule 7 gut aufeinander abgestimmt werden, wobei der Spulenstrom über die Steuerein- richtung 8 zeitlich gesteuert oder geregelt wird. Der Spulenstrom kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit von Betriebsparametern und/oder Benutzereingaben geregelt werden, so dass beispielsweise bei der Trennung besonders großer Teilchen das ablenkende Magnetfeld verstärkt wird, bei einer sehr langsa- men Durchströmgeschwindigkeit durch den Trennkanal 3 das Feld abgeschwächt wird usw.

Insbesondere kann jedoch auch das bei solchen Trenneinrichtungen 1 auftretende Problem der Verklumpung oder Ablagerung von magnetisierbaren Teilchen an der Rohrwand 2 im Trennkanal

3 durch die starken anziehenden Kräfte zum Permanentmagneten

4 hin bekämpft werden, indem die Spule 7 durch die Steuereinrichtung 8 derart bestromt wird, dass sich an der Rohrwand angelagerte Teilchen, insbesondere auch unterstützt durch die Strömung, wieder ablösen können und so weitertransportiert werden können. Auf diese Weise kann ein kontinuierlicher Trennprozess erreicht werden.

Dies kann grundsätzlich dadurch geschehen, dass beispielsweise in festen zeitlichen Abständen eine Abschwächung des ablenkenden Magnetfelds durch entsprechende Bestromung der Spule 7 erfolgt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind jedoch zusätzlich an oder im Trennkanal Sensoren 9 vorgesehen, die ebenso mit der Steuereinrichtung 8 verbunden sind und eine Verklumpung und/oder Ablagerungen von magnetisierbaren Teilchen detektieren können. Bei einem entsprechenden Signal von dem Sensor 9 steuert dann die Steuereinrichtung 8 die Spule 7 so an, dass sich die Anlagerung oder Verklumpung, idealerweise schon im Entstehungsstadium, wieder zerstreuen kann.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das hier über die Ansteuerung der wenigstens einen Spule 7 über die Steuerein- richtung 8 Gesagte selbstverständlich auch für die folgenden Ausführungsbeispiele anwendbar ist, auch wenn dort die Ansteuerung nicht mehr ausführlich diskutiert ist.

So zeigt Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Trenn- einrichtung 10, wobei hier und im Folgenden zur Vereinfachung gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Im Unterschied zur Trenneinrichtung 1 ist bei der Trenneinrichtung 10 die Spule 7 nicht um den Permanentmagneten 4 gewickelt, sondern versetzt um das Joch 5. Auch hier- durch lässt sich eine entsprechende Beeinflussung des ablenkenden Magnetfeldes vornehmen.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung 11. Das Joch 5 ist hierbei so ausgebildet, dass sich ein zum zylindrischen Permanentmagneten 4 symmetrischer Jochschenkel 12 ergibt, der von der anderen Seite an den Trennkanal 3 respektive das Rohr 2 heranragt. Ist lediglich ein solcher symmetrisch ausgeführter Jochschenkel 12 an dem Joch 5 vorgesehen, hat sich gezeigt, dass zwar eine gewisse Verstärkung des ablenkenden Magnetfeldes durch das Joch 5 auftritt, dass sich jedoch kein symmetrisches ablenkendes Magnetfeld einstellt, da auch an der Oberseite und der Unterseite des Schenkels 12 bereits Feldanteile austreten, die das Feld des Schenkels 12 in die Breite ziehen .

Auch die Trenneinrichtung 11 umfasst eine Spule 7, deren Wicklungen hier um den Schenkel 12 verlaufen. Auch in einem solchen Fall ergeben sich eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Beeinflussung des ablenkenden Magnetfeldes durch entsprechende Bestromung der Spule 7. So ist es möglich, die Spule 7 so zu bestromen, dass sie letztlich wie ein zweiter Permanent- magnet 4 wirkt und eine symmetrische Feldverteilung des ablenkenden Magnetfeldes entsteht, in der magnetisierbare Teilchen sowohl zum Schenkel 12 als auch zum Permanentmagneten 4 hin abgelenkt werden können. Auf diese Weise wird der Trenneffekt verstärkt. Allerdings kann die Spule 7 auch so be- strömt werden, dass sie das Feld des Permanentmagneten 4 sozusagen zurückdrängt und die ablenkenden Kräfte innerhalb des Trennkanals 3 derart minimiert, dass sich beispielsweise Anlagerungen und Verklumpungen von magnetisierbaren Teilchen auflösen können.

Die Ansteuerung kann dabei wie oben bereits beschrieben erfolgen .

Die Trenneinrichtung 11 umfasst weiterhin eine zwischen dem Permanentmagneten 4 und dem Trennkanal 3 angeordnete Scheibe 13, die zweierlei Zweck dient. Zum einen beabstandet sie den Permanentmagneten 4 von dem Trennkanal 3 und erzeugt somit eine „Pufferzone", in die das Magnetfeld des Permanentmagneten 4 bei einer gewünschten Abschwächung des ablenkenden Mag- netfelds im Trennkanal 3 zurückgedrängt werden kann. Zum anderen ist die Scheibe 13 zum Trennkanal 3 hin trapezförmig ausgebildet, so dass die Seitenfläche minimiert und somit Streuverluste vermindert werden. Um die letztgenannte Wirkung zu erzielen, kann im Übrigen statt einer Scheibe 13 aus Eisen auch die zum Kanal 3 hin gewandte Oberfläche des Permanentmagneten 4 entsprechend ausge- bildet werden.

Auch wenn in den bisher genannten Ausführungsbeispielen jeweils nur ein Permanentmagnet 4 und eine Spule 7 gezeigt sind, bedeutet dies nicht eine Beschränkung auf derartige Ausführungsformen. Es können auch mehrere Permanentmagneten 4 und/oder mehrere Spulen 7 vorgesehen sein. Beispielsweise ist eine Anordnung denkbar, bei der statt dem Schenkel 12 in Fig. 3 ein weiterer Permanentmagnet 4 vorgesehen ist und eine weitere Spule 7 den in Fig. 3 rechts angeordneten Permanentmag- neten 4 umgibt.

Fig. 4 zeigt nun in Form einer Prinzipskizze weitere Möglichkeiten zur Anordnung einer oder mehrerer Spulen 7 entlang des geschlossenen Magnetkreises 14. Ersichtlich ist eine Vielzahl von Ausgestaltungen denkbar.