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Die
Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ein Verfahren zur Abtrennung artfremder Beimengungen
aus einem Produktstrom. Dieser besteht insbesondere aus dampf- oder abrasiv geschälten Kartoffeln
oder anderen Feldfrüchten.
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Im
Prozess der Verarbeitung von Kartoffeln oder anderen Feldfrüchten zu
Nahrungsmittel-Endprodukten müssen
artfremde Beimengungen entfernt werden, um die Forderungen an die
Reinheit des Endproduktes zu erfüllen
und vor allem um schwere Schäden
an der Verarbeitungstechnik zu verhindern. Derartige Schäden entstehen
nach dem gegenwärtigen
Stand der Technik z.B. an den Messern von Schneideinrichtungen in
der Pommes Frites Industrie, wenn Steine mit in die schnell laufenden
Messer gelangen. Der Eintritt solcher Schäden bewirkt in der Regel einen
längeren
Produktionsausfall sowie zeit- und kostenintensive Reparaturen an
den teuren Schneideinrichtungen.
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Zur
Vermeidung derartiger Schäden
werden weltweit nach dem bekannten Stand der Technik im Wesentlichen
drei verschiedene Methoden zur Abtrennung von Beimengungen einzeln
oder in Verbindung miteinander angewendet:
- 1.
Es erfolgt eine mechanische Absiebung während oder nach der Ernte.
Diese sehr grobe Methode hat ihre Grenzen bei gleichen oder ähnlichen
Größen von
Erntegut und artfremden Beimengungen. Auch ist aus DE 34 18 489 A1 eine Vorrichtung
zum Aussortieren maßhaltiger
Bonbons bekannt, bei der eine Selektion nichtmaßhaltiger Bonbons über eine
stufenartig ausgebildete Schüttkante
erfolgt, die entsprechend eines "Siebes" mit variierender
Maschenweite zu große
von normgerechten und zu kleinen Bonbons trennt. Eine Selektion
nach anderen Qualitätsmerkmalen,
als der Größe der Bonbons,
ermöglicht
diese Vorrichtung nicht.
- 2. Es wird eine Abtrennung von Beimengungen im Schwimm-Sink-Verfahren durchgeführt, z.B.
mit Wasserzyklonen. Dabei bewirken die Unterschiede im spezifischen
Gewicht zwischen Erntegut und Beimengungen den Trenneffekt. Begrenzt wird
die Trennwirkung allerdings bei Beimengungen mit gleichem oder sehr ähnlichem
spezifischen Gewicht oder bei Beimengungen mit einer äußeren Form,
die in der Wasserströmung
einen Auftrieb erzeugen und den Sinkeffekt paralysieren.
- 3. Des weiteren sind elektronische Sortiermaschinen bekannt,
mit Hilfe derer nach Farbe und Form sortiert wird. Ebenso gelangen
auch Röntgenanlagen
zum Einsatz, welche die unterschiedliche Durchtrittsdämpfung nutzen.
Auch hier ist die Trennwirkung begrenzt, da es artfremde Beimengungen
gibt, die sowohl in Farbe, Form und Durchtrittsdämpfung dem Nutzprodukt gleich
oder sehr ähnlich
sind, wie z.B. Bimsstein, Feuerstein, bestimmte Arten von Kiesel-
und Kalkstein sowie auch langjährig
verholzte Wurzelstücke.
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Die
der Erfindung am nächsten
kommenden bekannten Einrichtungen sind Sortiereinrichtungen auf
den Gebieten der Landwirtschaft und Lebensmittelindustrie. Aus
DE 27 23 674 A1 ist
eine Einrichtung bekannt, bei der in einem Fallstrom zu sortierenden Ernteguts
eine Auswerfplatte vorgesehen ist, die eine Ansteuerung durch eine
vorherige Detektionseinrichtung erfährt und so eine Sortierung
in zwei Fraktionen durchführen
kann. Eine ebensolche Sortierung in zwei Fraktionsströme beschreibt
DE 27 09 905 A1 , bei
der insbesondere Steine von Erntegut zu trennen sind und bei der
eine in zwei Positionen verstellbare Fingereinheit bspw. einen Weg
für den
senkrechten Durchfall von Steinen freigibt. Eine weitere Verbesserung
bringen optoelektronische Sortierautomaten, wie bspw. in
DE 41 27 903 A1 beschrieben.
Vornehmlich werden solche teuren Automaten als Qualitätsverlese-
und Größensortierer
von Feldfrüchten, wie
Kartoffeln, Zwiebeln oder Möhren
eingesetzt. Das Prinzip dieser Selektoren besteht darin, dass die zu
verlesenden Produkte einzeln, nacheinander in einem Fallraum durch
bspw. in 120° zueinander
versetzt angeordnete Bildwandler optoelektronisch abgetastet werden.
Produkte mit Schadstellen werden dabei erkannt und mittels geeigneter
Rechenprogramme wird bspw. über
einen Luftstoß ein
fehlerhaft erkanntes Produkt aus dem Gutstrom abgetrennt. Diese
Sortierautomaten arbeiten z.B. bei Kartoffeln mit Durchsatzraten
von bis zu 5000 kg/h. Für
die Qualitätsverlese-
oder Größensortierung
kleinstückigerer
Produkte sind diese Automaten im Hinblick auf die dort erforderlichen
Durchsätze
jedoch nicht geeignet.
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Die
Qualitätsverlesesortierung
kleinstückiger Produkte,
wie z.B. Kartoffelchips, Pommes frites, Linsen oder vergleichbarer
kleinstückiger
Erzeugnisse erfolgt nach dem gegenwärtigen Stand der Technik derart,
dass die Produkte möglichst
voneinander beabstandet auf ein Transportband aufgegeben werden,
dort von optoelektronischen Bildwandlern erfasst und am Bandende
durch entsprechend angesteuerte Selektionsmechanismen schadhafte
Produkte aus dem Gutstrom abgetrennt werden. Die Nachteile dieser
Vorgehensweise sind vielgestaltig. So können sich die Produkte auf
dem Förderband überlagern,
so dass schadbehaftete Produkte gar nicht erkannt werden können. Schadhaft
erkannte Produkte können
infolge unruhig laufender Förderbänder nach
ihrer Erkennung bis zum Abwurfende eine Lageveränderung erfahren, so dass sie
in eine andere Bahn geraten und Folge dessen nicht ausgesondert
werden. Den Bildwandlern abgewandte Produktteile, nämlich solche
Oberflächen,
die auf dem Förderband
aufliegen, können überhaupt
nicht erfasst werden. Diese Nachteile werden durch eine Lösung nach
DE 196 46 753 A1 beseitigt,
welche ebenfalls vermittels einer Druckluftdüseneinheit, als der derzeit
bekannten schonendsten Selektiereinheit, lediglich eine Selektion
des Produktstroms in zwei Fraktionen, nämlich einen Gut- und einen
Mangelstrom vornehmen kann. Neben dem recht hohen Aufwand, der für die Steuerung
der Druckluftdüseneinheiten
betrieben werden muss, wirkt die mit ihnen erreichbare Impulsfolge
begrenzend auf den erzielbaren Gesamtdurchsatz zu sortierender Produkte. Auch
ist bei dieser Auswurflösung
der Energieaufwand nicht unerheblich und die Lärmemission kann bis an 90 db
heranreichen.
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Eine
deutliche Verbesserung des bislang beschriebenen Standes der Technik
bringt eine Lösung gemäß
EP 1005398 B1 .
Dort ist eine Einrichtung zur merkmalsbezogenen Sortierung von Produkten beschrieben,
bei der die zu sortierenden Produkte einzeln nacheinander einen
Kanal passieren, wobei die Produkte eine erste Annäherungszone
durchlaufen, danach in eine zweite Zone gelangen, in der ein vermittels
eines Schrittmotors in Drehbewegungen versetzbares Trennelement
vorgesehen ist, welches umfangsmäßig gleichbeabstandete
Finger trägt,
welches je nach Ansteuerung die zu sortierenden Produkte in mindestens
drei weitere Zonen überführt, wobei
ein Echtzeit-Bildverfolgungssystem derart vorgesehen ist, dass es
den gesamten Weg der Produkte durch die einzelnen Zonen zu erfassen
gestattet und jedem Einzelprodukt zuorden- und adressierbar Einzelproduktinformationen,
wie einem oder mehrere Parameter, wie Volumen, Geschwindigkeit,
Teilekontur, Massemittelpunkt, Schadstellen, Ablenkcharakteristik,
Drehimpuls o.ä.,
in einzelnen Mikroprozessoren bzw. Adressbereichen beim Eintritt
in die Annäherungszone
merkmalsbezogen ablegt und einem Hauptkoordinatenprozessor zuführt, dessen
Ausgangssignale den Schrittmotor und damit das Trennelement mit
einzelproduktbezogener unterschiedlicher Drehrichtung und Beschleunigung
derart ansteuern, dass ein Finger des Trennelements auf das zu sortierende
Produktteil hin beschleunigbar, im Moment der Produktteilberührung kurzzeitig
abbremsbar und unmittelbar anschließend mit einer produktteilbezogenen
definiert veränderbaren
Beschleunigung beaufschlagbar ist. Für den mit vorliegender Erfindung
angestrebten Verwendungszweck und bei den hier vorliegenden Mengendurchsätzen und
Sortieraufgaben ist eine solche Vorrichtung jedoch etwas aufwendig.
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Außerdem ist
aus
GB 1 453 183 ein
Verfahren mit dem Merkmalen des Oberbegriffs nach Anspruch 1 bekannt.
DE 33 05 369 A1 beschreibt
eine Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung eines Wertstoffgemischs,
bei dem zunächst
ein Beimengungen beinhaltender Produktstrom einschichtig und aufgelockert
auf ein erstes Förderband
aufgegeben wird.
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Weiterhin,
jedoch zur vorliegenden Erfindung in einem etwas abseitigeren Gebiet
liegend, ist in
US 5
388 705 A eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Aussortierung
von durch eine Detektionsstation als kontaminiert oder in sonstiger
Art als schadhaft eingestufter Kunststoffflaschen vermittels eines mit
Druckluft betriebenen Auswerfers (Stößels) erfolgt. Voraussetzung
bei dieser Lösung
ist eine strenge seitliche Ausrichtung der Kunststoffflaschen einheitlicher
Normgröße zwischen
der Detektionsstation und dem Auswerfer. Bei dieser Lösung finden
vier Reflexionslichtschranken Verwendung, die auf die Höhe der seriell
auf einem Band eintreffenden Flaschenhälse gerichtet sind, welche
lediglich als Positionsmelder dienen und einzig ein Ja/Nein-Signal
liefern. Zur Lösung
der Aufgabe vorliegender Erfindung ist diese Lehre nicht geeignet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abtrennung
artfremder Beimengungen aus einem Produktstrom, der insbesondere aus
dampf- oder abrasiv geschält
Kartoffeln oder anderen Feldfrüchten
besteht, anzugeben, das bei hohen Produktdurchsätzen eine effektive Separation von
artfremden Beimengungen bei gleichzeitig vergleichsweise geringem
Aufwand ermöglicht.
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Die
vorstehend beschriebenen bekannten Methoden nutzen Unterscheidungsmerkmale
zwischen Nutzprodukt und Beimengungen, wie: Teilegröße, spezifisches
Gewicht, Farbe, Form und Durchtrittsdämpfung. Bei all diesen Methoden
gibt es jedoch Überschneidungen,
bei denen sich Beimengungen von den Nutzprodukten nicht unterscheiden lassen.
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Der
Erfindung liegt die Entdeckung zugrunde, dass alle typisch vorkommenden
artfremden Beimengungen sich vom agrarischen Nutzprodukt im Merkmal
Gleitreibung unter bestimmten Voraussetzungen sehr deutlich unterscheiden
lassen. Es wurde gefunden, dass insbesondere bei dampf- oder abrasiv
geschälten
Kartoffeln im Vergleich zu allen typisch vorkommenden artfremden
Beimengungen signifikante Unterschiede in der Gleitreibung im Verhältnis von
1:5 bis 1:10 nachweisbar sind.
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Das
Wesen der Erfindung besteht darin, dass zunächst ein Beimengungen beinhaltender
Produktstrom einschichtig und aufgelockert auf ein erstes sich bewegendes
Förderband
aufgegeben wird und dem ersten Förderband
im Abgabeende ein zweites Förderband
nachgeordnet wird, dessen Förderrichtung
im wesentlichen senkrecht zu der des ersten Förderbandes festgelegt wird,
wobei die Transportgeschwindigkeit des zweiten Förderbandes gegenüber der
des ersten Förderbandes
bevorzugt erhöht
und die Breite des ersten Förderbandes
geringer als die Breite des zweiten Förderbandes gewählt wird.
Dabei ist dafür
Sorge zu tragen, dass zumindest dem zweiten Förderband eine gewisse Mindestbefeuchtung
verliehen wird. Grundsätzlich
ist der erfindungsgemäße Trenneffekt
auch bei mit gleichlaufender Geschwindigkeit laufenden Förderbändern zu beobachten,
jedoch wird er deutlich verbessert und erreicht ein Maximum, wenn
die Transportgeschwindigkeit des zweiten Förderbandes zu der des ersten Förderbandes
um einen Faktor von 1,2 – 1,5
vergrößert gewählt wird.
Weiterhin wird der angestrebte Trenneffekt erhöht, wenn auf dem zweiten Förderband
eine ausreichende Wegstrecke für
den Abbau der Gleitreibung artfremder Beimengungen bis zum Übergang
zur Haftreibung für
diese Beimengungen gewährleistet
wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Breite des zweiten Förderbandes
zwei- bis fünfmal
größer als
die Breite des ersten Förderbandes gewählt wird.
Voraussetzung zur Erreichung des angestrebten erfindungsgemäßen Ziels
ist, dass eine einschichtige und aufgelockerte Besetzungsdichte des
Produktstroms auf dem ersten Förderband
eingehalten wird, die, bezogen auf eine Oberflächeneinheit des Förderbandes,
größenordnungsmäßig einen mit
Produkten und Beimengungen belegten Flächenanteil von 25% der Oberflächeneinheit
des ersten Förderbandes
nicht wesentlich übersteigt.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung, die Einheit senkrecht zueinander
angeordneter und in ihrer Transportgeschwindigkeit unabhängig voneinander steuerbarer
zweier Förderbänder mehrfach
in Form von Kaskaden vorzusehen. Auch liegt es im Rahmen der Erfindung,
Umlenkeinheiten vorzusehen, die den von Beimengungen im Wesentlichen
getrennten Produktstrom auf das breitere zweite Transportband derart
mit umlenken, dass eine laterale Fraktionierung von Beimengungen
und gereinigten Produkten in Förderichtung
des zweiten Transportbandes erzielt wird. Vorteilhaft wird bei einer
solchen Ausbildung der Erfindung zusätzlich auf dem zweiten Förderband
ein Trennkeil T vorgesehen.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand schematischer Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden.
Es zeigt:
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1 eine
Ausbildungsmöglichkeit
einer Einrichtung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit ihren wesentlichen Einzelkomponenten in seitlicher Ansicht,
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2 eine
Aufsicht auf eine Ausführungsform
nach 1 und
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3 eine
spezielle Ausführungsform
einer kaskadenartigen Anordnung.
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In 1 ist
eine Einrichtung mit ihren Merkmalen zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in einer seitlichen Ansicht und in 2 in Aufsicht
schematisch dargestellt. Im Beispiel wird ein Produktstrom K, der
aus geschälten
und mit Beimengungen behafteten Kartoffelstrom besteht, einschichtig
und aufgelockert auf ein Förderband
in Form eines Flachbands B1, das sich mit
Geschwindigkeit v1 bewegt, aufgebracht.
Die Besetzungsdichte des Produktstroms K auf dem ersten Förderband
B1 sollte dabei, bezogen auf eine Oberflächeneinheit
OB1 (vgl. 2) des Förderbandes
B1, größenordnungsmäßig einen
mit Produkten und Beimengungen belegten Flächenanteil von 25% einer Oberflächeneinheit
OB1 des Förderbandes B1 nicht
wesentlich übersteigen. Am
Abgabeende B1e wird der Produktstrom auf
ein nachgeordnetes, im Wesentlichen um 90 Grad versetzt angeordnetes
zweites Flachband B2 übergeben, das sich mit einer
Geschwindigkeit v2 bewegt. Das Flachband
B1 bewegt sich im Beispiel mit einer Geschwindigkeit
v1 zwischen 1 – 2 m/s und das Flachband B2 mit v2 zwischen
2 – 4
m/s. Es ist im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit
des zweiten Förderbandes
B2 um einen Faktor 1,2 – 1,5 größer als die des ersten Förderbandes
B1 gewählt
wird. Die unter einem flachen Winkel auf das 90 Grad quer verlaufende
Flachband B2 auftreffenden geschälten Kartoffeln
werden wegen ihrer 5 bis 10fach niedrigeren Gleitreibung nicht oder nur
sehr gering aus ihrer, durch die Förderrichtung des ersten Transportbandes
B1 vorgegebenen Einspeisrichtung abgelenkt, überqueren
infolge ihrer kinetischen Energie das Flachband B2 vollständig und können als
gereinigter Produktstrom K1 abgenommen werden.
Wohingegen die auf das 90 Grad quer laufende Flachband B2 auftreffenden artfremden Beimengungen K2, wegen ihrer 5 bis 10fach höheren Gleitreibung,
sehr stark aus ihrer Einspeisrichtung abgelenkt und bereits nach
kurzer Gleitstrecke in Transportrichtung des zweiten Flachbands
B2 ausgetragen werden.
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Weiterhin
wurde gefunden, dass es vorteilhaft ist, die Breite bB1 des
ersten Förderbandes
B1 geringer als die Breite bB2 des
zweiten Förderbandes
B2 zu wählen.
Im erprobten Beispiel, ohne die Erfindung darauf zu beschränken, betrug
die Breite des ersten Förderbandes
B1 30 cm und die des zweiten Förderbandes
B2 100 cm, wobei die Geschwindigkeit v1 des ersten Förderbandes B1 zu
v1 = 1,5 m/s und die des zweiten Förderbandes
B2 zu v2 = 2,0 m/s
gewählt wurde.
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Üblicher
Weise liegt der artfremde Beimengungsanteil am gesamten Produktgemisch
in einem Bereich von 0,1 bis maximal 3 %. Jedoch wurden zu Versuchszwecken
gewählte
artfremde Beimengungen in der Größenordnung
von selbst 10 % mit der vorstehend beschriebenen Einrichtung bereits
mit zwei Förderbändern der
beschriebenen Art vollständig
selektiert. Dabei ist es im Wesentlichen unerheblich, ob die genannten
zwei Förderbänder zueinander einen
Neigungswinkel einschließen
oder mit identischer Neigung, bspw. 0°, zueinander angeordnet sind.
Beide Bänder
können
horizontal verlaufen. Es ist lediglich zu gewährleisten, dass die Produkte
ungebremst vom ersten auf das zweite Band gelangen.
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Weiterhin
wurde gefunden, dass dem zweiten Förderband B2 eine
gewisse Mindestbefeuchtung zu verleihen ist. Diese ergibt sich in
der Praxis, zumindest nach einer gewissen Anlaufphase, von allein,
da der zu reinigende Produktstrom, im beschrieben Fall der Aufbereitung
von dampf- oder abrasiv geschälten
Kartoffeln, im feuchten Zustand aufgegeben wird. Sollte dies nicht
der Fall sein, ist zumindest dem zweiten Transportband, neben einer
geforderten Robustheit gegen Abrieb, eine gewisse Mindestbefeuchtung,
bspw. durch eine gesonderte, nicht näher dargestellte Sprüheinrichtung,
zu verleihen. Versuche zeigten, dass im bewusst trocken gehaltenen
Zustand des zweiten Transportbandes es vorkommen kann, dass z.B.
leichte Steine beim Auftreffen auf das Querband ins Trudeln/Stolpern
geraten und einen längeren
Trennweg benötigen.
Bei leichtem Befeuchten des Querbandes, die im Prototypenversuch
zu ca. 5 μm
Wasserstandshöhe
auf dem zweiten Förderband
lag, ist dieser Effekt sofort unterbindbar und die Steine schlagen
einen 90 Grad-Haken mit sehr kurzem Trennweg. Zusätzlich,
unabhängig
davon, ob eine Umlenkeinheit U (vgl. 3) vorgesehen
ist, ist es vorteilhaft, einen Trennkeil T (vgl. 2)
auf dem zweiten Förderband
vorzusehen. Im Beispiel ist das erste Förderband in einem leichten
Neigungswinkel α aus
der Ebene geneigt, was für
die Funktionsfähigkeit
der Erfindung jedoch nicht wesentlich ist.
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In 3 ist
eine spezielle Ausführungsform einer
kaskadenartigen Anordnung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in Aufsicht näher
dargestellt. Im Beispiel gelangen drei Flachbänder B1,
B2 B3 zum Einsatz.
Eine Erweiterung auf noch mehr Bänder
liegt im Rahmen der Erfindung, steigert den angestrebten Trenneffekt
jedoch bei Einhaltung der für
dieses Beispiel beschriebenen Parameter nicht. Im Beispiel kommen
relativ kurze Transportbänder
zum Einsatz. In Aufsicht weisen die Bänder folgende Bemaßungen auf:
Band B1: 100 cm lang, bB1 =
30 cm; Band B2: 150 cm lang, bB2 =
100 cm und Band B3: 150 cm lang, bB3 = 100 cm. Die Transportrichtungen der
Produktströme
und artfremden Beimengungen sind in 3 durch
Pfeile angedeutet. Im Beispiel sind die Geschwindigkeiten, mit denen die
einzelnen Flachbänder
bewegt werden wie folgt: v1 = 1,5 bis 2
m/s; v2 ≈ 2,5
m/s und v3 ≈ 2,5 m/s. In diesem Beispiel
ist, um der gesamten Einrichtung eine kompakte Bauform zu verleihen,
dem zweiten Förderband
B2 eine Umlenkeinheit U zugeordnet, die den
von Beimengungen im Wesentlichen getrennten Produktstrom K1 auf das breitere zweite Transportband B2 derart mit umlenken, dass eine laterale
Fraktionierung von Beimengungen K2 und gereinigten Produkten
K1 in Förderichtung
des zweiten Transportbandes B2 bewirkt.
Die endgültige
Trennung des gereinigten Produktstroms K1 von
den Beimengungen K2 erfolgt im Beispiel
vermittels des dritten Transportbandes B3,
wie aus 3 ersichtlich. Zwischen den
beschriebenen einzelnen Bändern
bestehen keine Zwischenräume,
sondern geringfügige Überlappungen,
respektive Höhenunterschiede,
so dass, bedingt durch die Geschwindigkeiten der Bänder, die Produkte
jeweils Wurfparabeln unterworfen sind, die die vollständige Übergabe
der Produkte auf das jeweils sich anschließende Band bewirken.
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- B1
- erstes
Transportband
- B2
- zweites
Transportband
- B3
- weiteres
Transportband
- bB1
- Breite
des ersten Transportbandes
- bB2
- Breite
des zweiten Transportbandes
- bB3
- Breite
des weiteren Transportbandes
- B1e
- Abwurfende
des ersten Transportbandes
- K
- Produktstrom
(mit Beimengungen)
- K1
- gereinigter
Produktstrom
- K2
- ausgesonderte
Beimengungen
- OB1
- Oberflächeneinheit
- T
- Trennkeil
- U
- Umlenkeinheit
- α
- Neigungswinkel