DE102010015364B4

DE102010015364B4 - Luftstrahlsieb

Info

Publication number: DE102010015364B4
Application number: DE102010015364A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Hans (FH) Kaiser; Dipl.-Ing. Ing. Georg (grad) Konetzka; Markus Schönwetter
Original assignee: Hosokawa Alpine AG
Current assignee: Hosokawa Alpine AG
Priority date: 2010-04-17
Filing date: 2010-04-17
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2030-04-18
Also published as: EP2384823A1; US20110253601A1; DE102010015364A1; JP2011224561A; CN102240639A; EP2384823B1; US8678196B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Luftstrahlsieb mit einem Gehäuse, mindestens einem Sieb, das in das Gehäuse einsetzbar ist, mit einer Schlitzdüse unterhalb des Siebbodens, einem Antrieb für die Schlitzdüse, einer Luftzuführung zur Schlitzdüse und einer Luftabführung durch das Gehäuse aus dem Raum unterhalb des Siebbodens und einer Steuereinrichtung die den Betrieb der so gebildeten Siebmaschine steuert, welches es ermöglichen den Siebfortschritt bei einer Siebung zu erfassen und ein Kriterium zur Bestimmung der Siebdauer bereit zustellen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Siebmaschine eine Sonde aufweist, durch die Partikel in der Luftabführung triboelektrisch detektierbar sind und mit dem Siebfortschritt korreliert werden um die Siebzeit zu bestimmen.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Luftstrahlsieb mit einem Gehäuse, mindestens einem Sieb, das in das Gehäuse einsetzbar ist, mit einer Schlitzdüse unterhalb des Siebbodens, einem Antrieb für die Schlitzdüse, einer Luftzuführung zur Schlitzdüse und einer Luftabführung durch das Gehäuse aus dem Raum unterhalb des Siebbodens und einer Steuereinrichtung, die den Betrieb der so gebildeten Siebmaschine steuert sowie ein Verfahren zum Betreiben des Luftstrahlsiebs.
Luftstrahlsiebe der gattungsgemäßen Art kommen bei der Analysensiebung zum Einsatz, zur Bestimmung von Feinheiten und Korngrößenverteilungen trockner, pulverförmiger Materialien. Analysensiebungen werden immer weiter automatisiert um Bedienfehler auszuschließen und eine hohe Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit zu erreichen.
Ein gattungsgemäßes Luftstrahlsieb besteht aus einem Gehäuse, auf das ein Sieb mit ebenem Siebboden aufgesetzt wird. Der Siebraum oberhalb des Siebbodens wird während einer Siebung mit einem Deckel verschlossen. Unterhalb des Siebbodens weist das Gehäuse einen Freiraum auf. In diesem Raum ist eine um die vertikale Mittelachse des Siebes drehbare Schlitzdüse angeordnet. Während einer Siebung wird durch die gleichmäßig rotierende Schlitzdüse von unten Luft gegen den Siebboden geblasen. Der Luftstrahl bläst die Maschen des Siebgewebes frei und wirbelt das auf dem Sieb liegende Siebgut auf. Die Feinanteile des Siebgutes werden vom Luftstrahl mitgerissen und durch das Siebgewebe von oben nach unten in den Raum unterhalb des Siebeinsatzes transportiert und von dort aus der Siebmaschine ausgetragen. Die groben Anteile, die größer sind als die Maschenweite des jeweiligen Siebeinsatzes, können das Sieb nicht passieren und bleiben nach der Siebung auf dem Siebgewebe liegen.
Zur Bestimmung einer Korngrößenverteilung müssen mehrere Siebungen mit Sieben unterschiedlicher Maschenweite durchgeführt werden. Dazu wird der nach erfolgter Siebung auf dem Sieb zurückgebliebene Siebrückstand weiteren Siebungen unterzogen. Nach jeder Siebung muss der Siebrückstand gewogen werden, um die Korngrößenverteilungskurve bestimmen zu können.
Alternativ kann für jede Siebung Material neu eingewogen werden.
In der Vergangenheit wurden Luftstrahlsiebe manuell bedient, in den letzten Jahren bestand ein Bestreben Analysensiebungen zu automatisieren und wesentliche Prozessparameter wie Probenmenge, Siebdauer, Luftmenge und Unterdruck automatisch zu erfassen und einzustellen. Aus dem Stand der Technik z. B. ist die Integration von Wägezellen, zur automatischen Erfassung der Probenmenge, in das Luftstrahlsieb bekannt. Außerdem ist bekannt eine Steuereinrichtung für Luftstrahlsiebe vorzusehen, bei der als Eingangsgrößen die Maschenweite des Siebes, Materialeigenschaften der Probe und/oder der Anwendungsbereich des Materials eingegeben werden aufgrund derer vorher definierte Siebungsparameter wie Unterdruck erfasst und geregelt werden und die Siebdauer vorbestimmt ist. So können Siebungen nach internen Prüfvorschriften durchgeführt werden und genaue reproduzierbare, automatisierte Analysen realisiert werden. Weiterhin können Siebmaschinen mit Sensoren ausgerüstet werden, welche die Maschenweite des eingesetzten Siebes automatisch identifizieren und eventuell zusätzliche Informationen in der Siebmaschine oder direkt am Sieb speichern um bei Analysen-Siebmaschinen allgemein die Analysensicherheit gegen Fehlbedienen zu erhöhen.
Aus der EP 0 654 308 B1 ist die Messung und Regelung des Luftvolumenstromes bei Luftstrahlsieben bekannt. So kann der Gasstrom über den Verlauf des Siebvorganges konstant gehalten werden. Außerdem ist aus dieser Druckschrift die Erfassung der Partikelmenge im Abgasstrom und ein daraus abgeleitetes Abbruchkriterium für die Analyse bekannt. Vorgeschlagen wird die optische Erfassung des Partikelstroms.
Aus der DE 100 22 391 A1 ist die Staubmessung in strömenden Gasen unter Verwendung des triboelektrischen Effekts bekannt. Es handelt sich hierbei um eine qualitative Staubmessung. Das Prinzip beruht auf dem Übergang von Ladungen, wenn zwei Körper durch Berührung oder Reibung miteinander in Kontakt gebracht werden. Die Ladungsdifferenz ist Grundlage für die triboelektrische Messung. Hierdurch kann eine qualitative Überwachung der Staubkonzentration erfolgen und eine relative Zuordnung der Teilchenkonzentration erfolgen. Eine genaue Zuordnung des Messsignals zur Staubkonzentration ist nur in Fällen konstanter Geschwindigkeit möglich.
Nachteilig bei der bereits bekannten optischen Methode ist die empfindliche und kostenintensive Messtechnik für die optische Erfassung der Partikelmenge im Abgasstrom, speziell bei abrasiven Produkten. Für diese optische Methode sind zwei Bauteile, nämlich Sender und Empfänger notwendig. Diese werden mittels Glasscheiben von dem Partikelstrom abgegrenzt, das Glas muss staubfrei gehalten werden, was sehr aufwendig ist. Diese Maßnahmen bedingen ein großes Bauvolumen. Nachteilig bei vorgegebenen konstanten Siebzeiten, auch wenn sie sich für Siebe mit unterschiedlicher Siebmaschenweiten und unterschiedlichen Materialien unterscheiden, ist dass abhängig von der Siebmaschenweite das zu siebende Material unterschiedlich lange gesiebt wird, was z. B. bei nicht abriebfesten Stoffen zu unterschiedlicher Beanspruchung des Stoffes führt und zu einer Verfälschung des Messergebnisses.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht den Siebfortschritt bei einer Siebung mit einem Luftstrahlsieb zu erfassen um die Siebdauer festzustellen.
Bei einem Luftstrahlsieb der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Siebmaschine eine Messsonde aufweist, durch die Partikel im Luftstrom triboelektrisch detektierbar sind.
Ein entscheidender Prozessparameter für die Siebung ist die Siebdauer. Die Siebdauer einer Siebung beeinflusst deren Trenngrenze und Trennschärfe. Idealerweise wird die Siebdauer so gewählt, dass nur noch Material, welches größer als die Siebmaschenweite ist, auf dem Sieb liegt, und somit kein Material im abgesaugten Luftstrom mehr vorhanden ist. Da das zu siebende Material kein ideales Verhalten aufweist z. B. keine konstanten Probemengen verarbeitet werden, nicht abriebfest ist, klebrig ist, sich elektrostatisch auflädt, die Kornform von der Kugel abweicht, kann eine Siebung unendlich lange dauern. Die Siebdauer ist auch abhängig von der Maschenweite des gewählten Siebes. Die Siebdauer von Siebungen mit Sieben großer Maschenweite ist geringer als jene mit kleiner Maschenweite. Die Siebdauer darf nicht zu lang gewählt werden, da sonst empfindlichen Produkte zu stark beansprucht werden und es zu Zerkleinerungs- oder Abriebvorgängen während der Siebung kommt.
Vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt her soll die Siebdauer möglichst kurz sein, gleichzeitig sollten die Siebungen aber repräsentativ und wiederholbar sein. Erfindungsgemäß ist vorgesehen ein Luftstrahlsieb mit einer Messtechnik auszustatten, die es erlaubt den Siebfortschritt festzustellen und die Siebdauer einer Messung in Abhängigkeit vom Material und Siebmaschenweite reproduzierbar festzulegen.
Vorgesehen ist eine Staubmessung nach dem triboelektrischen Messprinzip. Die Messsonde ist vorzugsweise in Strömungsrichtung des Partikelluftstromes nach dem Siebboden und vor einem nachgeschalteten Filter im Luftstrahlsieb, beispielsweise im Abluftkanal angeordnet. Durch diesen Abluftkanal strömt die Luft, die über die Schlitzdüse von unten nach oben den Siebboden passiert und auf ihrem Rückweg von oben nach unten durch den Siebboden Material, welches kleiner als die Maschenweite des Siebes ist, mitnimmt.
Die Partikel im Luftstrom erzeugen beim Kontakt mit der Messsonde durch Reibung ein Signal.
Die Rohsignale an einer triboelektrischen Sonde sind sehr klein, da nur geringe Ladungsmengen übergehen und transportiert werden. Daher muss der Ladungsverstärker besonders hochohmig angekoppelt werden und einen hohen Verstärkungsfaktor aufweisen. Derartige Systeme sind anfällig gegen Einstreuung von Störsignalen. Daher sind die Sonde und der Verstärker mit möglichst kurzen und störsicheren Leitungen zu verbinden. Ideal ist es, auf Kabel zum Transport der triboelektrisch erzeugten Ladungen ganz zu verzichten und die Sonde und den Verstärker direkt zu verbinden. Als beispielhafte Ausführung wird die Leiterplatte des Verstärkers, welche sich ganz oder teilweise in einem abgeschirmten Gehäuse befindet, direkt an der Sonde verschraubt.
Weiterhin ist jeder Einbau von Teilen wie Messsonden in eine Leitung, welche von einem Gas-Partikel-Gemisch durchströmt wird, mit Nachteilen wie Verschmutzung, Verschleiß und Störungen der Strömung verbunden. Zur Minimierung dieser Nachteile wird vorzugsweise der ohnehin notwendige Druckmesssensor für die Unterdruckmessung isoliert befestigt und so mit der triboelektrischen Messsonde gekoppelt ausgeführt.
Die triboelektrische Messsonde lässt sich an jeder Stelle im Luftstrahlsieb in Strömungsrichtung nach dem Siebboden integrieren, nämlich überall dort, wo nach der Siebung der Partikel-Luftstrom an einer Fläche entlang strömt. Die triboelektrische Messsonde kann auch als flächiges Element am Boden oder der Wand des Raumes unterhalb des Siebbodens ausgebildet sein. In einer anderen Ausgestaltungsform kann die triboelektrische Messsonde in die Schlitzdüse integriert werden.
Dieses qualitative Signal der triboelektrischen Messsonde wird zeitabhängig aufgenommen und lässt sich mit dem Siebfortschritt korrelieren. Der Verlauf des Signals wird zur Feststellung der Siebdauer genutzt.
Siebungen lassen sich so wirtschaftlich durchführen, da die Siebdauer jeder Siebung dem Material und den Siebbedingungen angepasst ist. Der Einsatz des triboelektrischen Messprinzips zur Detektion der Partikel im Abluftstrom stellt ein wirtschaftliches Messverfahren dar. Die triboelektrische Messsonde ist einfach im Aufbau, hat ein geringes Bauvolumen und ist unempfindlich gegen Verschmutzung und Verschleiß.
Schließlich zeichnet sich die Erfindung noch durch ein Verfahren zum Betreiben des Luftstrahlsiebs aus, bei welchem die Partikel im Partikelluftstrom in Strömungsrichtung nach dem Siebboden detektiert werden, mit dem Siebfortschritt korreliert werden und die Siebzeit bestimmt wird, wobei die Detektierung der Partikel im Abluftstrom nach dem triboelektrischen Messprinzip erfolgt. Das qualitative Messsignal der triboelektrischen Messsonde wird dafür über der Zeit aufgenommen und der Verlauf des Signals wird zur Feststellung der Siebdauer genutzt. Dabei kommt ein Luftstrahlsieb nach den Ansprüchen 1 bis 7 zum Einsatz.
1 zeigt das Luftstrahlsieb mit Messsonde in der Schnittdarstellung
In der 1 ist das Luftstrahlsieb 1 in einer Schnittdarstellung zu sehen. Das Gehäuse 2 umschließt den Antriebsmotor 3 und das Getriebe 4 mit Antriebswelle 5 für die Schlitzdüse 6. Das Gehäuse 2 bildet zusammen mit dem Siebboden 8 den Raum 9 unterhalb des Siebbodens 8 in dem die Schlitzdüse 6 angeordnet ist. Der Siebraum 10 wird durch den Siebboden 8 und den Deckel 11 begrenzt. Der Deckel 11 weist einen Griff 12 zum manuellen Öffnen und Verschließen des Siebraumes 10 auf. Das Sieb 7 besteht aus einer ringförmigen Tragstruktur 13, in die der Siebboden 8 eingespannt ist. Die Tragstruktur 13 des Siebes 7 ist lose in das Gehäuse 2 eingesetzt und wird durch einen kegelförmigen Absatz innerhalb des Gehäuses 2 zentriert. Über den Zuluftkanal 14 wird Luft in die Schlitzdüse 6 eingebracht und von unten gegen den Siebboden 8 geblasen. Die in den Raum 9 zusammen mit dem Feinanteil eintretende Luft wird über den Abluftkanal 15 aus dem Gehäuse 2 abgesaugt.
In dem Abluftkanal 15 ist die triboelektrische Messsonde 16 für die triboelektrische Staubmessung und ein Teil der Einrichtung zur Differenzdruckmessung zwischen Ansaugöffnung und Absaugung angeordnet.
Ebenfalls in das Gehäuse 2 integriert ist das Bedienpult 17. Es weist ein Tastaturfeld auf, über welches alle erforderlichen Eingaben gemacht werden können. Anstelle der Tastatur kann ein Touchpanel oder ein Drehknopf zum Einsatz kommen. Eine Datenschnittstelle zu einem Rechner kann ebenfalls vorgesehen werden.
Im Gehäuse 2 ist die Auswerteelektronik für die Staubmessung und die Ermittlung des Siebfortschrittes sowie der Bestimmung der Siebzeit integriert.
Die im Abluftkanal 15 eingebaute triboelektrischen Messsonde 16 ist mit dem Verstärker mit möglichst kurzen und störsicheren Leitungen verbunden. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird auf Kabel zum Transport der triboelektrisch erzeugten Ladungen ganz verzichtet und die triboelektrische Messsonde und der Verstärker direkt verbunden. Als beispielhafte Ausführung wird die Leiterplatte des Verstärkers, welche sich ganz oder teilweise in einem abgeschirmten Gehäuse befindet, direkt an der triboelektrischen Messsonde verschraubt.
Die triboelektrische Messsonde 16 lässt sich an jeder Stelle in Strömungsrichtung nach dem Siebboden 8 in das Luftstrahlsieb 1, z. B. dem Abluftkanal 15 oder in einer Verbindungsleitung zum nachgeschalteten Filter integrieren, nämlich überall dort, wo nach der Siebung der Partikel-Luftstrom an einer Fläche entlang strömt. Die triboelektrische Messsonde kann auch als flächiges Element am Boden und/oder der Wand des Raumes unterhalb des Siebbodens 8 ausgebildet sein.
In einer anderen Ausgestaltungsform kann die triboelektrische Messsonde 16 in die Schlitzdüse 6 integriert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der für die Druckmessung erforderliche Sensor isoliert im Abluftkanal 15 befestigt und auch als triboelektrische Messsonde 16 verwendet.
Das triboelektrische Messsignal wird über der Zeit aufgenommen, aus seinem Verlauf wird der Siebfortschritt abgelesen und die Siebdauer festgelegt.
Bezugszeichenliste

1: Luftstrahlsieb
2: Gehäuse
3: Antriebsmotor
4: Getriebe
5: Antriebswelle
6: Schlitzdüse
7: Sieb
8: Siebboden
9: Raum
10: Siebraum
11: Deckel
12: Griff
13: Tragstruktur
14: Zuluftkanal
15: Abluftkanal
16: triboelektrische Messsonde
17: Bedienpult

Claims

Luftstrahlsieb (1) mit einem Gehäuse (2), mindestens einem Sieb (7), das in das Gehäuse (2) einsetzbar ist, mit einer Schlitzdüse (6) unterhalb des Siebbodens (8), einem Antrieb für die Schlitzdüse (6), einer Luftzuführung zur Schlitzdüse (6) und einer Luftabführung durch das Gehäuse (2) aus dem Raum (9) unterhalb des Siebbodens (8) und einer Steuereinrichtung die den Betrieb der so gebildeten Siebmaschine steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebmaschine eine Messsonde (16) aufweist, durch die Partikel im Luftstrom triboelektrisch detektierbar sind.
Luftstrahlsieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (16) in Strömungsrichtung des Partikelluftstromes nach dem Siebboden (8) und vor einem nachgeschalteten Filter angeordnet ist.
Luftstrahlsieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (16) im Abluftkanal (15) angeordnet ist.
Luftstrahlsieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die triboelektrische Messsonde (16) mit einem Druckmesssensor für die Unterdruckmessung gekoppelt ausgeführt ist.
Luftstrahlsieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die triboelektrische Messsonde (16) auf dem Boden und/oder der Wand des Raumes (9) unterhalb des Siebbodens (8) angeordnet ist.
Luftstrahlsieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die triboelektrische Messsonde (16) in die Schlitzdüse (6) integriert ist.
Luftstrahlsieb (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal von der triboelektrischen Messsonde (16) kabellos an eine Platine übertragen wird.
Verfahren zum Betreiben eines Luftstrahlsiebes (1) zur Korngrößenanalyse einer Materialprobe, mit einem Gehäuse (2), mindestens einem Sieb (7), das in das Gehäuse (2) einsetzbar ist, mit einer Schlitzdüse (6) unterhalb des Siebbodens (8), einem Antrieb für die Schlitzdüse (6), einer Luftzuführung zur Schlitzdüse (6) und einer Luftabführung durch das Gehäuse (2) aus dem Raum (9) unterhalb des Siebbodens (8) und einer Steuereinrichtung, die den Betrieb der so gebildeten Siebmaschine steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel im Partikelluftstrom in Strömungsrichtung nach dem Siebboden (8) detektiert werden, mit dem Siebfortschritt korreliert werden und die Siebzeit bestimmt wird, wobei die Detektierung der Partikel im Abluftstrom nach dem triboelektrischen Messprinzip erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal der triboelektrischen Messsonde (16) über die Zeit aufgenommen wird und der Verlauf des Signals zur Feststellung der Siebdauer zugrunde gelegt wird.