Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Bearbeiten von Materialien, insbesondere mineralische Materialien.

Zur Bearbeitung von Materialien, insbesondere zum Zerkleinern, Desagglomerieren, Dispergieren und Mischen von Schüttgut, insbesondere mineralische Materialien, werden beispielsweise elektromechanische Bearbeitungsvorrichtungen verwendet. Aus der DE 41 13 490 Al ist eine solche elektromechanische Bearbeitungsvorrichtung gemäß bekannt.

Fig. 1 zeigt eine solche Vorrichtung 100 zum Zerkleinern, Desagglomerieren, Dispergieren und Mischen von Schüttgut, insbesondere mineralische Materialien gemäß dem Stand der Technik. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Kammer 101 zur Aufnahme des zu zerkleinernden Materials. Die Kammer weist die Gestalt eines Hohlzylinders mit einem ringförmigen Querschnitt auf und ist zwischen zwei zylinderförmigen, koaxialen Rohren 102, 103 ausgebildet. Das äußere Rohr 102 weist einen größeren Querschnitt als das innere Rohr 103 auf und ist an der radial nach außen weisenden Fläche umfangsmäßig von einem ersten elektromagnetischen Erregersystem 104 umgeben. Das innere Rohr 103 ist an der radial nach innen weisenden Fläche von einem zweiten elektromagnetischen Erregersystem 105 umgeben. Die elektromagnetischen Erregersysteme 104, 105 umfassen jeweils ein Blechpaket, aus Einzelblechen mit Erregerwicklungen. Die Erregerwicklungen werden von einem Drehstromnetz gespeist, sodass diese ein sich zeitlich änderndes elektromagnetisches Feld erzeugen, das die Kammer in radialer Richtung durchsetzt und entlang der Blechpakte tangential, insbesondere entlang des Querschnitts der Kammer 101 verläuft. Die Rohre 102, 103 bestehen aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff. Die Kammer 101 weist einen in Fig. 1 nicht dargestellten Einlass zum Einlassen von zu zerkleinerndem Material und einen Auslass zum Auslassen von zerkleinertem Material auf. Innerhalb der Kammer 101 sind eine Mehrzahl von freibeweglichen, magnetischen Arbeitskörpern vorgesehen.

Im Betrieb der Vorrichtung 100 wird das zu bearbeitende Material über den Einlass in die Kammer 101 geleitet, wobei sich innerhalb der Kammer 101 die Arbeitskörper entlang des elektromagnetischen Feldes, insbesondere chaotisch auf endlosen Bahnen mit im zeitlichen Mittel konstanter Geschwindigkeit, bewegen. Das zu bearbeitende Material wird von unten in die Kammer 101 eingeführt und strömt in axialer Richtung durch die Kammer. Dabei wird das zu bearbeitende Material mittels der Arbeitskörper in Umfangsrichtung der Kammer abgelenkt und bewegt sich somit in etwa spiralförmig in axialer und in umfangsmäßiger Richtung. Der Kontakt des zu bearbeitenden Materials mit den Arbeitskörpern erzeugt eine Scher-, Druck-, Prall- und/ oder Schlagbeanspruchung, die für eine Zerkleinerung, Desagglomeration, Dispersion oder ein Mischen des Materials sorgt. An dem oberen Bereich der Kammer 101 wird das bearbeitete Material über den Auslass aus der Kammer abgeführt.

Nachteilig bei der beschriebenen Vorrichtung ist das geringe Kammervolumen, was zu einem relativ geringen Durchsatz an zu bearbeitendem Material führt. Eine Vergrößerung der Kammer kann beispielsweise durch eine Vergrößerung des Durchmessers oder des Spaltes erreicht werden. Diese Größe ist allerdings durch die magnetische Feldstärke begrenzt änderbar. Auch die Länge der Kammer ist durch die Masse der Arbeitskörper begrenzt. Die aus der Schwerkraft resultierende Druckkraft mindert die Bewegung der Arbeitskörper in der Kammer, insbesondere im unteren Bereich der Kammer, sodass die Effizienz der Materialbearbeitung sinkt.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Material, vorzugsweise Zerkleinern, Desagglomerieren, Dispergieren und Mischen von Schüttgut, insbesondere mineralische Materialien, anzugeben, die höhere Durchsätze an Material ermöglicht und gleichzeitig effizient arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 und mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Materialien, insbesondere mineralischen Materialien, umfasst nach einem ersten Aspekt ein erstes Materialbearbeitungssystem umfassend zwei elektromagnetische Erregersysteme zum jeweiligen Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes und eine zwischen den elektromagnetischen Erregersystemen angeordnete Kammer zur Aufnahme von zu bearbeitendem Material, wobei die Kammer derart angeordnet ist, dass innerhalb der Kammer mittels der elektromagnetischen Erregersysteme ein elektromagnetisches Feld erzeugbar ist. Die Vorrichtung weist ein zweites Materialbearbeitungssystem auf, das konzentrisch zu dem ersten Materialbearbeitungssystem angeordnet ist. Vorzugsweise dient die Vorrichtung zur Bearbeitung von Material, vorzugsweise Zerkleinern, Desagglomerieren, Dispergieren und Mischen von Schüttgut, insbesondere mineralische Materialien, wie Kalkstein, Zementklinker, zementhaltige Stoffe, Schlacke, oder auch Erze.

Die zwischen den elektromagnetischen Erregersystemen angeordnete Kammer weist insbesondere zwei zylinderförmige, koaxiale Rohre auf, die die Kammer begrenzen. Die Rohre sind vorzugsweise aus nicht-ferromagnetischen Materialien, wie austenitischer Edelstahl (z.B. 1.4301, 1.4404, 1.4429, 1.4435, 1.4567) und/oder Keramik (z.B. Al ₂ 0 ₃ , stabilisiertes Zr0 ₂ , SiC, Si ₃ N ₄ ) und/ oder hochfester Kunststoff (z.B. PA 12, PTFE, PEEK, PUR) ausgebildet. Die Kammern sind Ringspalte, die jeweils von zwei elektromagnetischen Erregersystemen umgeben sind, wobei ein elektromagnetisches Erregersystem an der radial nach innen weisenden Seite der Kammer und ein elektromagnetisches Erregersystem an der radial nach außen weisenden Kammer angeordnet ist.

Das zweite Materialbearbeitungssystem weist vorzugsweise die gleichen Elemente wie das erste Materialbearbeitungssystem auf und umfasst zwei elektromagnetische Erregersysteme zum jeweiligen Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes und eine zwischen den elektromagnetischen Erregersystemen angeordnete Kammer zur Aufnahme von zu bearbeitendem Material, wobei die Kammer derart angeordnet ist, dass innerhalb der Kammer mittels der elektromagnetischen Erregersysteme ein elektromagnetisches Feld erzeugbar ist. Die Vorrichtung zum Bearbeiten von Material umfasst daher eine erste und eine zweite Kammer, sowie vier elektromagnetische Erregersysteme. Das erste und das zweite

Materialbearbeitungssystem sind vorzugsweise in einer Ebene angeordnet. Insbesondere sind die Materialbearbeitungssysteme derart miteinander verbunden, dass Material von dem ersten Materialbearbeitungssystem in das zweite Materialbearbeitungssystem transportierbar ist.

Die konzentrische Anordnung eines zweiten Materialbearbeitungssystems zu dem ersten Materialbearbeitungssystem ermöglicht eine insbesondere platzsparende und kompakte Vergrößerung des Materialdurchsatzes und des Arbeitsvolumens der Vorrichtung zur Bearbeitung von Material.

Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die Vorrichtung ein drittes

Materialbearbeitungssystem auf, das konzentrisch zu dem ersten und dem zweiten

Materialbearbeitungssystem angeordnet ist. Das dritte Materialbearbeitungssystem weist vorzugsweise die gleichen Elemente wie das erste und das zweite Materialbearbeitungssystem auf und umfasst zwei elektromagnetische Erregersysteme zum jeweiligen Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes und eine zwischen den elektromagnetischen Erregersystemen angeordnete Kammer zur Aufnahme von zu bearbeitendem Material, wobei die Kammer derart angeordnet ist, dass innerhalb der Kammer mittels der elektromagnetischen Erregersysteme ein elektromagnetisches Feld erzeugbar ist. Eine Vorrichtung mit drei Materialbearbeitungssystemen weist daher sechs elektromagnetische Erregersysteme und drei zwischen jeweils zwei elektromagnetischen Erregersystemen angeordnete Kammern zur Aufnahme von Material auf. Beispielsweise sind die Materialbearbeitungssysteme rechteckig, quadratisch oder als Vieleck oder vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet.

Vorzugsweise sind die elektromagnetischen Erregersysteme eines Materialbearbeitungssystems derart ausgebildet und angeordnet, dass sie lediglich in der Kammer des jeweiligen Materialbearbeitungssystems ein elektromagnetisches Feld erzeugen. Insbesondere erzeugen die elektromagnetischen Erregersysteme des ersten Materialbearbeitungssystems ausschließlich in der Kammer des ersten Materialbearbeitungssystems ein elektromagnetisches Feld. Insbesondere weisen die Materialbearbeitungssysteme jeweils einen Einlass zum Einlassen von Material und jeweils einen Auslass zum Auslassen von Material aus der jeweiligen Kammer auf.

Die Materialbearbeitungssysteme werden beispielsweise in Reihe oder parallel zueinander angeordnet und bilden eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Material mit einem deutlich größeren Bearbeitungsvolumen, wobei der äußere Durchmesser der Vorrichtung unverändert bleibt.

Die Materialbearbeitungssysteme sind gemäß einer weiteren Ausführungsform kreisringförmig ausgebildet und das zweite Materialbearbeitungssystem von dem ersten Materialbearbeitungssystem umgeben ist. Nach einer weiteren Ausführungsform ist das dritte Materialbearbeitungssystem von dem ersten und dem zweiten Materialbearbeitungssystem umgeben. Das zweite Materialbearbeitungssystem ist vorzugsweise vollständig von dem ersten Materialbearbeitungssystem umschlossen. Beispielsweise liegen die

Materialbearbeitungssysteme aneinander an, wobei das äußere und das innere elektromagnetische Erregersystem zweier aneinander liegender Materialbearbeitungssysteme miteinander beispielsweise fest verbunden oder sogar einstückig ausgebildet sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist innerhalb der Kammern jeweils eine Mehrzahl von ferromagnetischen Arbeitskörpern zur Bearbeitung des Materials freibeweglich angeordnet. Die Arbeitskörper sind beispielsweise kugelförmig ausgebildet oder besitzen einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt. Die Arbeitskörper sind insbesondere aus einem ferromagnetischen Material mit einer hohen Verschleißfestigkeit verglichen mit dem zu bearbeitendem Material ausgebildet. Vorzugsweise sind die Arbeitskörper aus einem hartmagnetischen Material mit einer Koerzitivfeldstärke von mindestens 100 kA/m und einer Remanenzen von mindestens 100 mT, wie beispielsweise MeFe^Oig mit Me= Sr, Ba, Ca und/ oder Seltenerdematerialien aus den Stoffsystemen Nb-Fe-B, Pr-Fe-B oder Sm-Co und/ oder AINiCo-Werkstoff und/ oder FeCrCo, PtCo und MnAIC-Legierungen ausgebildet und weisen eine Größe von etwa 0, Ibis 10 mm auf, deren Gattierung vorzugsweise auf die Aufgabe- und Zielgröße des zu bearbeitenden Materials abgestimmt ist.

Jedes elektromagnetische Erregersystem weist gemäß einer weiteren Ausführungsform jeweils eine Mehrzahl von Erregereinheiten auf, die jeweils eine Mehrzahl von Wicklungen, insbesondere aus zusammengeschalteten Einzelspulen, umfassen. Bei einer Erregereinheit handelt es sich vorzugsweise um einen Metallkern, insbesondere ein laminiertes Blechpaket (aus Einzelblechen zusammengesetzt), das eine Mehrzahl von Nuten aufweist, wobei in jeder Nut eine ein oder mehrere Spulen angebracht sind. Beispielsweise weisen die Erregersysteme eines Materialbearbeitungssystems die gleiche Anzahl von Erregereinheiten auf. Die Erregersysteme sind vorzugsweise stationär angeordnet. Zwei elektromagnetische Erregersysteme weisen gemäß einer weiteren Ausführungsform einen gemeinsamen Metallkern auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die elektromagnetischen Erregersysteme eines Materialbearbeitungssystems jeweils die gleiche Polzahl auf. Die elektromagnetischen Erregersysteme des ersten Materialbearbeitungssystems weisen gemäß einer weisen Ausführungsform eine höhere Polzahl auf als die elektromagnetischen Erregersysteme des zweiten Materialbearbeitungssystems. Die elektromagnetischen Erregersysteme des zweiten Materialbearbeitungssystems weisen gemäß einer weiteren Ausführungsform eine höhere Polzahl auf als die elektromagnetischen Erregersysteme des dritten Materialbearbeitungssystems. Die elektromagnetischen Erregersystempaare weisen von innen nach außen betrachtet insbesondere jeweils eine Polzahl von 4, 8 oder 16 auf. Vorzugsweise weisen die elektromagnetischen Erregersysteme des ersten, äußersten Materialbearbeitungssystems eine Polzahl (2p) von 16 auf, wobei die elektromagnetischen Erregersysteme des zweiten, radial einwärts des ersten Materialbearbeitungssystems eine Polzahl von 8 und die elektromagnetischen Erregersysteme des dritten, innersten Materialbearbeitungssystems eine Polzahl von 4 aufweisen. Die elektromagnetischen Erregersysteme eines Materialbearbeitungssystems sind gemäß einer weiteren Ausführungsform jeweils mit einer frequenzvariablen Stromquelle verbunden, wobei die Phasenzahl der Stromquellen der Anzahl der Stränge der Erregerwicklungen der elektromagnetischen Erregersysteme entspricht. Vorzugsweise sind die Erregerwicklungen mit einer Strang- und Phasenzahl von drei auszuführen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Materialbearbeitungssysteme in Transportrichtung des zu bearbeitenden Materials parallel zueinander angeordnet sind. Jedes Materialbearbeitungssystem weist vorzugsweise einen Einlass zum Einlassen von Material in die jeweilige Kammer des Materialbearbeitungssystems auf. Eine parallele Anordnung der Materialbearbeitungssysteme zueinander ermöglicht eine Vergrößerung des Arbeitsvolumens und somit einen höheren Materialdurchsatz durch die Vorrichtung zur Bearbeitung von Materialien. Vorzugsweise weist jede der Kammern einen Boden auf, der aus einem luftdurchlässigen Material ausgebildet ist, sodass Luft durch den Boden in die Kammer strömen kann, aber das zu bearbeitende Material und die Arbeitskörper nicht durch den Boden die Kammer verlassen kann.

Die Kammer des ersten Materialbearbeitungssystems weist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine geringere Breite als die Kammer des zweiten Materialbearbeitungssystems auf. Insbesondere bei zueinander in Reihe geschalteten Kammern ermöglicht eine breitere Kammer des zweiten Materialbearbeitungssystems eine Anpassung des Volumens der Kammer des zweiten Materialbearbeitungssystems an das Volumen der Kammer des ersten Materialbearbeitungssystems. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Kammer des zweiten Materialbearbeitungssystems eine geringere Breite als die Kammer des dritten Materialbearbeitungssystems auf. Bevorzugte Breiten der Kammern liegen im Bereich 10 bis 100 mm. Insbesondere weisen die Materialbearbeitungssysteme einen gemeinsamen Auslass zum Auslassen des Materials aus der Vorrichtung auf. Jeder der Kammern ist beispielsweise mit einer jeweiligen Auslassleitung verbunden, die in Richtung des Auslasses konisch zulaufend ausgebildet ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform stehen die Kammern miteinander in Fluidverbindung, sodass Material von zumindest einer der Kammern in eine andere der Kammern transportierbar ist. Insbesondere sind die Kammern zueinander in Strömungsrichtung des Materials in Reihe angeordnet. Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zum Bearbeiten von Materialien, insbesondere mineralischen Materialien, aufweisend

Erzeugen eines sich vorzugsweise zeitlich und örtlich ändernden elektromagnetischen Feldes innerhalb einer, insbesondere mit hartmagnetischen Arbeitskörpern 54 gefüllten, Kammer eines ersten Materialbearbeitungssystems mittels zwei die Kammer umgebenen elektromagnetischen Erregersystemen,

Erzeugen eines sich vorzugsweise zeitlich und örtlich ändernden elektromagnetischen Feldes innerhalb einer Kammer eines zweiten konzentrisch zu dem ersten Materialbearbeitungssystem angeordneten Materialbearbeitungssystems mittels zwei die Kammer umgebenen elektromagnetischen Erregersystemen, und

Leiten von zu bearbeitendem Material in die Kammern der Materialbearbeitungssysteme, und insbesondere Abführen des bearbeiteten Material aus den Kammern der Materialbearbeitungssysteme, insbesondere mittels eines gasförmigen Trägerstromes.

Die mit Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Ausgestaltungen und Vorteile treffen in verfahrensmäßiger Entsprechung auch auf das Verfahren zum Bearbeiten von Materialien zu.

Im Betrieb der Vorrichtung zur Bearbeitung von Materialien werden die elektromagnetischen Erregersysteme beispielsweise zunächst mit einer Frequenz von 50 Hz betrieben und mit dem Strom in den Erregerwicklungen in den jeweiligen Kammern eine relativ geringe elektromagnetische Feldstärke von etwa 20 bis 30kA/m erzeugt. Anschließend werden die Arbeitskörper in die Kammer eingefüllt, sodass ein Füllgrad von etwa 10 - 90%, entsprechend der Bearbeitungsanforderungen, erreicht wird. Im Anschluss an das Füllen der einzelnen Kammern mit den Arbeitskörpern wird den Kammern Luft und das zu bearbeitende Material zugeführt. Zur Bearbeitung des Materials innerhalb der Kammern wird vorzugsweise eine elektromagnetische Feldstärke innerhalb der Kammern von etwa 30 - 150kA/m eingestellt. Dazu wird mittels der an die elektromagnetischen Erregersysteme angeschlossenen Stromquelle, die Frequenz sowie die Erregerströme derart eingestellt, dass eine elektromagnetische Feldstärke innerhalb der Kammern von etwa 30 - 150kA/m, vorzugsweise 40 - 120kA/m, insbesondere 50 - lOOkA/m erzeugt wird. Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere Zerkleinern, Desagglomerieren, Dispergieren und Mischen von Schüttgut in einer Schnittansicht gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bearbeiten von

Materialien in einer Schnittdarstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bearbeiten von

Materialien in einer Längsschnittdarstellung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung zwei elektromagnetischer Erregersysteme in einer Draufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bearbeiten von

Materialien in einer Schnittdarstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bearbeiten von

Materialien in einer Schnittdarstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 und 3 zeigen eine Vorrichtung 10 zum Bearbeiten von Material mit einer ersten Kammer 12 zur Aufnahme von zu bearbeitendem Material. Die erste Kammer 12 ist hohlzylinderförmig mit einem kreisringförmigen Querschnitt ausgebildet und wird von zwei konzentrischen zylinderförmigen Rohren 14, 16 begrenzt. Das radial äußere Rohr 14 der ersten Kammer 12 weist einen größeren Durchmesser als das innere Rohr 16 auf, wobei um die radial nach außen weisende Fläche des äußeren Rohrs 14 umfangsmäßig ein erstes elektromagnetisches Erregersystem 18 angeordnet ist. Die Rohre 14, 16 sind aus einem nicht ferromagnetischen Material, wie beispielsweise nicht magnetisierbarer Edelstahl, ausgebildet. Um die radial nach innen weisende Fläche des inneren Rohres 16 ist umfangsmäßig ein zweites elektromagnetisches Erregersystem 20 angeordnet. Die elektromagnetischen Erregersysteme 18, 20 sind koaxial zueinander angeordnet und beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Das elektromagnetische Erregersystem 18, 20 liegt vorzugsweise unmittelbar an dem jeweiligen Rohr 14, 16 an. Die elektromagnetischen Erregersysteme 18, 20 weisen vorzugsweise die gleiche Polzahl (hier beispielsweise 16) auf und sind gegenüberliegend angeordnet, sodass die erste Kammer 12 zwischen den Erregersystemen 18, 20 ausgebildet ist. Die Erregersystem 18, 20 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie innerhalb der ersten Kammer 12 ein elektromagnetisches Feld erzeugen. Bei dem elektromagnetischen Feld handelt es sich insbesondere um ein sich zeitlich und/ oder örtlich änderndes elektromagnetisches Feld. Vorzugsweise verläuft das elektromagnetische Feld zumindest teilweise in Umfangsrichtung und zumindest teilweise in radialer Richtung innerhalb der ersten Kammer 12. Die erste Kammer 12 und die die erste Kammer 12 umgebenen elektromagnetischen Erregersysteme 18, 20 bilden zusammen ein erstes Materialbearbeitungssystem 22, das vorzugsweise hohlzylinderförmig ausgebildet ist.

Koaxial zu dem ersten Materialbearbeitungssystem 22 ist ein zweites Materialbearbeitungssystem 24 angeordnet, das einen geringeren Durchmesser aufweist als das erste Materialbearbeitungssystem 22. Das zweite Materialbearbeitungssystem 24 weist die gleichen Komponenten wie das erste Materialbearbeitungssystem 22 auf und ist umfangsmäßig von dem ersten Materialbearbeitungssystem 22 umgeben. Die Vorrichtung 10 weist eine zweite Kammer 26 und ein drittes und ein viertes elektromagnetisches Erregersystem 28, 30 auf, die dem zweiten Materialbearbeitungssystem 24 zugeordnet sind. Wie mit Bezug auf das erste Materialbearbeitungssystem 22 beschrieben, ist auch in dem zweiten Materialbearbeitungssystem 24 die Kammer 26 zwischen zwei koaxialen zylinderförmige Rohren ausgebildet und von diesem umgrenzt. Um die radial nach außen weisende Fläche des äußeren Rohrs ist umfangsmäßig das dritte elektromagnetische Erregersystem 28 angeordnet. Um die radial nach innen weisende Fläche des inneren Rohres ist umfangsmäßig das vierte elektromagnetische Erregersystem 30 angeordnet. Die elektromagnetischen Erregersysteme 28, 30 sind koaxial zueinander angeordnet und beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Das dritte elektromagnetische Erregersystem 28 liegt vorzugsweise unmittelbar mit der radial nach innen weisenden Seite an dem äußeren Rohr der zweiten Kammer 26 an. Mit der radial nach außen weisenden Seite liegt das dritte elektromagnetische Erregersystem 28 an dem zweiten elektromagnetischen Erregersystem 20 an. Das dritte und das vierte elektromagnetische Erregersystem 28, 30 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie in der zweiten Kammer 26 ein elektromagnetisches Feld erzeugen, das beispielsweise zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung der zweiten Kammer 26 und bereichsweise in radialer Richtung durch die zweite Kammer 26 verläuft. Das erste und das zweite elektromagnetische Erregersystem 18, 20 sowie das dritte und das vierte elektromagnetische Erregersystem 28 und 30 weisen vorzugsweise die gleiche Polzahl auf und sind gegenüberliegend angeordnet.

Koaxial zu dem ersten und dem zweiten Materialbearbeitungssystem 22, 24 ist ein drittes Materialbearbeitungssystem 32 angeordnet, das einen geringeren Durchmesser aufweist als das erste und das zweite Materialbearbeitungssystem 22, 24. Das dritte Materialbearbeitungssystem 32 weist die gleichen Komponenten wie das erste und das zweite Materialbearbeitungssystem 22, 24 auf und ist umfangsmäßig von dem zweiten Materialbearbeitungssystem 24 umgeben. Die Vorrichtung 10 weist eine dritte Kammer 34 und ein fünftes und ein sechstes elektromagnetisches Erregersystem 36, 38 auf, die dem dritten Materialbearbeitungssystem 32 zugeordnet sind. Wie mit Bezug auf das erste und das zweite Materialbearbeitungssystem 22, 24 beschrieben, ist auch in dem dritten Materialbearbeitungssystem 32 die Kammer 34 zwischen zwei koaxialen zylinderförmige Rohren ausgebildet und von diesem umgrenzt. Um die radial nach außen weisende Fläche des äußeren Rohrs ist umfangsmäßig das fünfte elektromagnetische Erregersystem 36 angeordnet. Um die radial nach innen weisende Fläche des inneren Rohres ist umfangsmäßig das sechste elektromagnetische Erregersystem 38 angeordnet. Die elektromagnetischen Erregersysteme 36, 38 sind koaxial zueinander angeordnet und beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Das fünfte elektromagnetische Erregersystem 36 liegt vorzugsweise unmittelbar mit der radial nach innen weisenden Seite an dem äußeren Rohr der dritten Kammer 34 an. Mit der radial nach außen weisenden Seite liegt das fünfte elektromagnetische Erregersystem 36 an dem vierten elektromagnetischen Erregersystem 30 an. Das fünfte und das sechste elektromagnetische Erregersystem 30, 36 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie in der dritten Kammer 34 ein elektromagnetisches Feld erzeugen, das beispielsweise zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung der dritten Kammer 34 und bereichsweise in radialer Richtung durch die dritten Kammer 34 verläuft. Das fünfte und das sechste elektromagnetische Erregersystem 36, 38 weisen vorzugsweise die gleiche (hier beispielhaft 4), aber eine kleinere Polzahl als das dritte und vierte Erregersystem 28, 30 erste und das zweite elektromagnetische Erregersystem 18, 20 auf und sind gegenüberliegend angeordnet.

Die Breite der Kammern 12, 26, 34 ist beispielsweise unterschiedlich. Die erste Kammer 12 weist den größten Durchmesser der drei Kammern 12, 26, 34 auf, wobei die dritte, innerste Kammer 34 den geringsten Durchmesser aufweist. Um eine gleichmäßige Materialbehandlung mit einer über die Kammern 12, 26, 34 in etwa gleichen Verweildauer des Materials innerhalb der Kammern 12, 26, 34 zu gewährleisten, weisen die Kammern 12, 26, 34 beispielsweise unterschiedliche Breiten auf. Die erste Kammer 12 weist vorzugsweise eine geringere Breite auf als die zweite und dritte Kammer 34, wobei die dritte Kammer 34 eine größere Breite aufweist, als die erste und zweite Kammer 12, 26. Vorzugsweise ist die Breite der Kammern 12, 26, 34 etwa 10 - 100 mm, insbesondere 15 - 60mm, höchstvorzugsweise 20 - 50mm. Die Kammern 12, 26, 34 weisen insbesondere eine Breite auf, die eine homogene Ausbildung des Magnetfeldes innerhalb der Kammer verhindern und ein vollständiges Durchdringen des Magnetfelds durch die Kammern 12, 26, 34 ermöglicht. Die Arbeitskörper innerhalb der Kammern 12, 26, 43 sind beispielsweise kugelförmig ausgebildet und weisen einen Durchmesser von etwa 1 bis 5 mm, vorzugsweise 2 bis 3 mm für eine Aufgabegröße des zu bearbeitenden Materials von < 1 mm und eine Zielgröße des bearbeiteten Materials von < 100 pm auf.

Innerhalb des dritten Materialbearbeitungssystems 32 ist beispielhaft eine Kühleinrichtung 40 angeordnet, die vorzugsweise die elektromagnetischen Erregersysteme kühlt.

Die elektromagnetischen Erregersysteme 18, 20, 28, 30, 36, 38 umfassen beispielsweise jeweils eine Mehrzahl von Erregereinheiten, die jeweils aus Metallkernen 72, insbesondere laminierten Blechpaketen mit Erregerwicklungen 41, gebildet sind. Die Erregerwicklungen 41 sind vorzugsweise aus zusammengeschalteten Spulen ausgebildet, deren Spulenseiten in Nuten verteilt in den Metallkernen angeordnet sind. Beispielhaft erzeugen in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Erregerwicklungen 41 ein 16-poliges Magnetfeld. Dazu ist in den dazugehörigen Metallkernen 72 bei dreiphasiger Stromeinspeisung eine minimale Nutzahl von 48 realisiert. Bei Verwendung höherer Loch- und/oder Strangzahlen sind entsprechende Vielfache der minimalen Nutzahl erforderlich, da gilt:

N = 2p - m - q ,

wobei 2p die Polzahl, m die Phasen-/ bzw. Strangzahl und q die Lochzahl der Erregerwicklungen bezeichnen. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird das 16-polige Magnetfeld des ersten und zweiten Erregersystems 18, 20 mit dreisträngigen Erregerwicklungen 41 mit je einer Lochzahl von q=4 erzeugt. Dazu besitzen die Metallkerne 72 des ersten und zweiten Erregersystems 18, 20 je 192 Nuten. Die Bleche für die Herstellung der Metallkerne 72 sind insbesondere ab Durchmesser von 0,5 m des ersten (äußeren) elektromagnetischen Erregersystems 18 unter Beachtung der Polteilungen vorzugsweise segmentiert anzufertigen, dann zusammenzufügen und abschließend mit den Erregerwicklungen auszustatten.

Insbesondere erstrecken sich die Metallkerne 72 mit den jeweiligen Erregerwicklungen 41 in axialer Richtung der Kammern 12, 26, 34, vorzugsweise in axialer Richtung von Kammeranfang bis Kammerende. Die Erregerwicklungen 41 werden beispielsweise von einem Drehstromnetz gespeist, sodass diese ein sich zeitlich und örtlich änderndes elektromagnetisches Feld erzeugen, das die Kammer 12, 26, 34 in radialer Richtung durchsetzt und entlang der Erregereinheiten tangential, insbesondere entlang des Querschnitts der Kammer 12, 26, 34 verläuft. Ein möglicher Verlauf der Feldlinien der elektromagnetischen Felder zu einen Zeitpunkt (z.B. t=0) ist in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien dargestellt. Vorzugsweise weist das in den Kammern 12, 26, 34 ausgebildete elektromagnetische Feld eine konstante Umlaufgeschwindigkeit u ₀ (Synchrongeschwindigkeit) auf. Sie ergibt sich aus der Frequenz f der Ströme in den Erregerwicklungen und deren Polpaarzahl p der Erregerwicklungen. Es gilt:

Die elektromagnetischen Erregersysteme 18, 20, 28, 30, 36, 38 weisen insbesondere jeweils eine Polzahl (2p) von 4, 8 oder 16 auf. Insbesondere weisen die die erste, äußere Kammer 12 umgebenen elektromagnetischen Erregersysteme 18, 20 eine größere Polzahl auf als die die inneren Kammern 26, 34 umgebenen elektromagnetischen Erregersysteme 28, 30, 36, 38. Die die dritte, innerste Kammer 34 umgebenen elektromagnetischen Erregersysteme 36, 38 weisen die geringste Polzahl der elektromagnetischen Erregersysteme 18, 20, 28, 30, 36, 38 auf. Vorzugsweise weisen die die erste Kammer 12 umgebenen elektromagnetischen Erregersysteme 18, 20 eine Polzahl (2p) von 16 auf, wobei die die zweite Kammer 26 umgebenen elektromagnetischen Erregersysteme 28, 30 eine Polzahl von 8 und die die dritte Kammer 34 umgebenen elektromagnetischen Erregersysteme 36, 38 eine Polzahl von 4 aufweisen.

Die zwischen der ersten und der zweiten Kammer 12, 26 angeordneten elektromagnetischen Erregersysteme 20, 28 sind vorzugsweise fest miteinander verbunden. Insbesondere weisen die elektromagnetischen Erregersysteme 20, 28 einen gemeinsamen Metallkern, auf. Vorzugsweise sind die Erregerwicklungen der elektromagnetischen Erregersysteme 20, 28 auf diesen einen Metallkern, insbesondere Blechpaket, ausgebildet aus Einzelblechen, angeordnet. Ein Metallkern der elektromagnetischen Erregersysteme 20, 28 weist vorzugsweise auf der der ersten Kammer 12 zugewandten Seite eine Mehrzahl von Nuten auf, in denen Erregerwicklungen 41 angeordnet sind, wobei die Anzahl ihrer Pole und Stränge der Anzahl der Pole und Stränge des gegenüberliegenden, ersten elektromagnetischen Erregersystem 18 entspricht. An der der zweiten Kammer 26 zugewandten Seite des Metallkerns sind eine Mehrzahl von Nuten, in denen Erregerwicklungen 41 angeordnet, wobei die Anzahl ihrer Pole und Stränge der Anzahl der Pole und Stränge des gegenüberliegenden, vierten elektromagnetischen Erregersystems 30 entspricht. Die zwischen der zweiten Kammer 26 und der dritten Kammer 34 angeordneten elektromagnetischen Erregersysteme 30, 36 sind entsprechend der voran beschriebenen elektromagnetischen Erregersysteme 20, 28 aufgebaut und miteinander verbunden.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel von miteinander fest verbundenen elektromagnetischen Erregersystemen. In Fig. 4 sind zwei elektromagnetische Erregersysteme dargestellt, die zwischen zwei benachbarten Kammern angeordnet sind. Beispielhaft sind in der Fig. 4 das zweite und das dritte elektromagnetische Erregersystem 20, 28 gezeigt. Das vierte und das fünfte elektromagnetische Erregersystem 30, 36 sind beispielsweise entsprechend der Fig. 4 zueinander angeordnet. Fig. 4 zeigt einen Metallkern 72 der ringförmig ausgebildet ist. An den radial nach innen und nach außen weisenden Seitenflächen sind jeweils Nuten 74 zur Aufnahme von jeweils einer Erregerwicklung 41, insbesondere aus zusammengeschalteten Spulen, angeordnet. Beispielhaft weist die radial nach innen weisende Seitenfläche vierundzwanzig Nuten 74 auf, wobei die radial nach außen weisende Seitenfläche achtundvierzig Nuten 74 aufweist. Das zweite elektromagnetische Erregersystem 20 ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 von den in den Nuten 74 an der äußeren Seitenfläche angeordneten Wicklungen Erregerwicklungen 41 zusammen mit dem Metallkern 72 gebildet, wobei das dritte elektromagnetische Erregersystem 28 von den in den Nuten 74 an der inneren Seitenfläche angeordneten Wicklungen Erregerwicklungen 41 zusammen mit dem Metallkern 72 gebildet ist. Beispielsweise ist der Metallkern 72 einstückig ausgebildet. Der Metallkern 72 kann auch mehrstückig ausgebildet sein, beispielsweise zweiteilig aus zwei konzentrischen Ringen, wobei diese miteinander fest verbunden, beispielsweise verschweißt, geklebt oder verschraubt bzw. verspannt sind.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Materialbearbeitung, die im Wesentlichen der Vorrichtung 10 der Fig.2 und 3 entspricht. Zusätzlich weist die Vorrichtung 10 der Fig. 5 drei Fördereinrichtungen 42, 44, 46 zum Fördern von zu bearbeitendem Material auf. Bei den Fördereinrichtungen 42, 44, 46 handelt es sich beispielsweise um Förderschnecken, die Material von jeweils einem Materialspeicher 48, 50, 52 zu jeweils einer Kammer 12, 26, 34 der Vorrichtung 10 transportieren. Jeder Kammer 12, 26, 34 ist beispielhaft eine Fördereinrichtung 42, 44, 46 und ein Speicher 48, 50, 52 zugeordnet, sodass das zu bearbeitendes Material von einem der Speicher 48, 50, 52 einer Kammer 12, 26, 34 zugeführt wird. Die Fördereinrichtungen 48, 50, 52 sind derart ausgebildet, dass sie das zu bearbeitende Material in die jeweilige Kammer 12, 26, 34 drücken, insbesondere weisen die Förderschnecken 42, 44, 46 entsprechende Öffnungen an ihren Enden auf. Die Kammern 12, 26, 34 sind vorzugsweise mit Ausnahme jeweils eines Einlasses zum Einlassen von Material in die Kammern 12, 26, 34, hermetisch abgeschlossen ausgebildet.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Materialbearbeitung, die im Wesentlichen der Vorrichtung 10 der Fig.4 entspricht. Oberhalb der Kammern 12, 26, 34 ist ein konisch zulaufender Auslass 56 angeordnet, der eine Mehrzahl von Auslassleitungen 58, 60, 62 aufweist, die jeweils mit einer Kammer 12, 26, 34 verbunden sind, sodass das in der Kammer 12, 26, 34 zerkleinerte Material einer Auslassleitung 58, 60, 62 zugeführt wird. Die Auslassleitungen 58, 60, 62 weisen jeweils die Gestalt eines konischen Hohlzylinders auf und münden in einer gemeinsamen Auslassöffnung 64 durch welche das bearbeitete Material die Vorrichtung 10 verlässt. Im Anschluss an den Auslass 56 wird das Material-Luftgemisch beispielwiese eine Trenneinrichtung, wie einem Zyklon zugeführt, um das Material von dem Luftstrom zu trennen. Noch nicht ausreichend bearbeitetes Material wird der Vorrichtung 10 vorzugsweise erneut zugeführt.

Unterhalb der Kammern 12, 26, 34 sind Einlässe 66, 68, 70 zum Einlassen eines Luftstroms angeordnet. Jeder Kammer 12, 26, 34 ist zumindest ein Einlass zugeordnet 66, 68, 70. Beispielsweise wird an der Auslassöffnung 64 ein Unterdrück erzeugt, sodass Umgebungsluft durch die Einlässe 66, 68, 70 in die Kammern 12, 26, 34 eingesogen wird. Es ist ebenfalls denkbar unterhalb der Kammern 12, 26, 34 ein oder mehrere Gebläse vorzusehen, mittels welcher die Luft durch die Kammern 12, 26, 34 geblasen wird. Die Kammern 12, 26, 34 weisen beispielswiese jeweils einen Boden am unteren Ende der Kammer auf, durch welchen die Umgebungsluft strömt. Der Boden ist vorzugsweise aus einem porösen Material oder einem Gewebe ausgebildet, sodass der Boden mit Luft durchströmbar ist, das zu bearbeitende Material und die Arbeitskörper 54 aber nicht durch den Boden die Vorrichtung verlassen können. Innerhalb der Kammern 12, 26, 34 sind eine Mehrzahl von Arbeitskörpern 54 angeordnet, die innerhalb der Kammern 12, 26, 34 frei beweglich sind und aus einem verschleißfesten, hartmagnetischen Material, wie beispielsweise aus Strontiumhexaferrit ausgebildet sind. Die Arbeitskörper 54 sind vorzugsweise kugelförmig ausgebildet. Die Größe der Arbeitskörper 54 innerhalb einer Kammer 12, 26, 34 ist vorzugsweise in etwa gleich, wobei die Größe der Arbeitskörper 54 unterschiedlicher Kammern 12, 26, 34 variieren kann. Der Füllgrad der Kammern 12, 26, 34 mit Arbeitskörpern 54 und die Größe der Arbeitskörper 54 wird vorzugsweise in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Materials und der Art der Bearbeitung gewählt.

Im Betrieb der Vorrichtung 10 wird das zu bearbeitende Material aus den Materialspeichern 48, 50, 52 mittels der Fördereinrichtungen 42, 44, 46 in die Kammern 12, 26, 34 transportiert. In den Kammern 12, 26, 34 strömt das Material durch den von unten in die Kammern 12, 26, 32 eintretenden Luftstrom in axialer Richtung die Kammern 12, 26, 32. Gleichzeitig wird das Material durch sich innerhalb der Kammern 12, 26, 34 bewegenden Arbeitskörper 54 beispielsweise in Umfangsrichtung oder radialer Richtung der Kammern 12, 26, 34 abgelenkt und bewegt sich daher vorzugsweise im Wesentlichen spiralförmig in Richtung des Auslasses 56. Die Arbeitskörper 54 weisen ein hartmagnetisches Material auf und werden mittels des sich zeitlich und/oder örtlich ändernden elektromagnetisches Feldes innerhalb der Kammer 12, 26, 34 bewegt. Die Bewegung der Arbeitskörper 54 innerhalb der jeweiligen Kammern 12, 26, 34 erfolgt insbesondere chaotisch und ist vorzugsweise an jedem Ort innerhalb der Kammern 12, 26, 34 verschieden. Dies resultiert zum einen aus dem sich zeitlich und/ oder örtlich ändernden elektromagnetischen Feld, dem Zusammenstößen mit anderen Arbeitskörpern 54 und der Lage des Arbeitskörpers 54 innerhalb der Kammer 12, 26, 34. Die Arbeitskörper 54 prallen mit dem zu bearbeitenden Material zusammen und sorgen somit für eine Zerkleinerung, Desagglomeration, Dispersion und/ oder ein Mischen des Materials. Die Arbeitskörper 54 werden durch die aus dem Gradienten des elektromagnetischen Feldes resultierende Kraft innerhalb der Kammern 12, 26, 34 gehalten und verlassen diese nicht in Richtung des Auslasses. Vorzugsweise ist die aus dem elektromagnetischen Feld resultierende Kraft größer als die durch den Luftdruck auf die Arbeitskörper 54 ausgeübte Kraft, sodass die Arbeitskörper 54 innerhalb der Kammern 12, 26, 34 verbleiben.

Es ist ebenfalls denkbar, die Kammern 12, 26, 34 nicht wie in der Fig. 5 parallel zueinander anzuordnen, sondern die Kammern 12, 26, 34 in Reihe zueinander zu schalten, sodass das zu bearbeitende Material beispielsweise zuerst die erste Kammer 12, dann die zweite Kammer 26 und dann die dritte Kammer 34 durchströmt. Bei einer solchen Reihenschaltung der Kammern 12, 26, 34 ist beispielsweise die erste, äußere Kammer 12 mit einem Unterdrück beaufschlagt, sodass das zu bereitenden Material in die innere, dritte Kammer 34 eingelassen und durch die Kammern 26, 34 in die erste Kammer 12 gesogen wird. Bezugszeichenliste

10 Vorrichtung zum Bearbeiten von Material

12 erste Kammer

14 äußeres Rohr der ersten Kammer

16 inneres Rohr der ersten Kammer

18 erstes elektromagnetisches Erregersystem

20 zweites elektromagnetisches Erregersystem

22 erstes Materialbearbeitungssystem

24 zweites Materialbearbeitungssystem

26 zweite Kammer

28 drittes elektromagnetisches Erregersystem

30 viertes elektromagnetisches Erregersystem

32 drittes Materialbearbeitungssystem

34 dritte Kammer

36 fünftes elektromagnetisches Erregersystem

38 sechstes elektromagnetisches Erregersystem

40 Kühleinrichtung

41 Erregerwicklungen

42 Fördereinrichtung

44 Fördereinrichtung

46 Fördereinrichtung

48 Materialspeicher

50 Materialspeicher

52 Materialspeicher

54 Arbeitskörper

56 Auslass

58 Auslassleitung

60 Auslassleitung

62 Auslassleitung

64 Auslassöffnung

66 Einlass

68 Einlass

70 Einlass

72 Metallkern

74 Nut

100 Vorrichtung zum Zerkleinern gemäß dem Stand der Technik

101 Kammer

102 Außenrohr

103 Innenrohr

104 erstes elektromagnetisches Erregersystem

105 zweites elektromagnetisches Erregersystem