WO2009098013A2 - Verfahren und vorrichtung zum sortieren von partikeln - Google Patents

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WO2009098013A2
WO2009098013A2 PCT/EP2009/000668 EP2009000668W WO2009098013A2 WO 2009098013 A2 WO2009098013 A2 WO 2009098013A2 EP 2009000668 W EP2009000668 W EP 2009000668W WO 2009098013 A2 WO2009098013 A2 WO 2009098013A2
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classification
sorting
particle size
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Thomas Folgner
Georg Unland
Martin Steuer
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Technische Universität Bergakademie Freiberg
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    • B07B2201/00—Details applicable to machines for screening using sieves or gratings
    • B07B2201/04—Multiple deck screening devices comprising one or more superimposed screens

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for sorting particles.
  • sorted particulate material plays an increasing role for a high efficiency as well as for the fulfillment of quality requirements.
  • higher quality and price expectations can be realized. For example, sorted, higher-priced grit and gravel in the construction industry as well as in road construction can lead to significantly longer service life and improved product properties.
  • the invention is intended to provide, for a broad, cross-industry application, a method and an apparatus for sorting particles which provide, in a reliable and industrially applicable manner, a provision of particles, e.g. grit or crushed stone or other bedding, in grain-specific sorting.
  • This object is achieved by a method of the type mentioned above, being sorted in a temporal and / or spatial sequence particles at least in two stages according to their particle shape.
  • An essential aspect of the present invention is therefore to sort particles according to their grain shape and thus separate particles of different particle shape from each other, so as particles such as needlelite (particles with a certain length / width ratio), cubicity or roundness (particles with a certain length / Thickness ratio) or after their platiness (particles with a certain width / thickness ratio) to distinguish.
  • particles such as needlelite (particles with a certain length / width ratio), cubicity or roundness (particles with a certain length / Thickness ratio) or after their platiness (particles with a certain width / thickness ratio) to distinguish.
  • classification and sorting are used.
  • Classification is understood to mean the separation according to a geometric feature of the particle macro-shape (e.g., main dimensions Fig. 1). Sorting according to the grain shape is described by the serial classification for at least two geometric features of the particle macro-shape (serial classification according to at least two main dimensions), wherein a two-fold serial classification, e.g. according to the parameters needleiness, cubicity or platiness, can be done.
  • a classification according to a geometric feature of a particle macro shape is preceded by a classification according to a further geometric feature of a particle macro shape (main dimension) in time and / or space.
  • a two-dimensional (taking place in the classification level) or even three-dimensional classification can be realized using three-dimensional spatial sieve structures.
  • a serial classification (sorting according to the Comform) in at least two, preferably temporally and / or spatially successive Klassiervorêtn taking into account one of three main dimensions (length a, width b, thickness c) of the particles.
  • first classifying device for classifying the particles according to one of three main geometrical dimensions (maximum length, maximum width or maximum thickness) and a further classifying device for classifying the particles according to another of its main dimensions, different from the first main dimension.
  • first and second classifying means may be formed by first and second screening means, which are preferably arranged in a common housing or formed integrally in a classifying plane.
  • the particle motion in the form of the screen index and the corresponding particle size (e.g., particle length, particle width and particle thickness) to be screened will be used as a parameter for choosing suitable geometries of the apertures of the screens.
  • the classification devices are preferably screening devices, such as circular, elliptical, linear or planar oscillators, ie vibrating screens with the aforementioned movement geometry or a screen surface that is inclined and preferably fixed, as a classifying element ne, over which the particles are guided.
  • the screening device is preferably provided with through openings (round hole or square hole) with a predetermined hole diameter or a mesh size, preferably in a design as a perforated plate or sieve.
  • Classifying device for classifying the particles according to the minimum particle size substantially perpendicular to the maximum and average particle size is Preferably, a screening device formed of rods provided with a predetermined bar spacing or a long mesh fabric with a predetermined mesh spacing or a SD rectangular hole covering.
  • the classification can thus be carried out by screening devices with a two-dimensional or else with a three-dimensional mode of action or classifying plane.
  • classifying or double serial classification always means sorting according to the grain shape, which includes time-division and / or spatially separated classification according to at least two main geometric dimensions of the particles (maximum length, maximum width or maximum thickness) ,
  • the invention can be used e.g. easily produce bulk material that is tuned to uniformly defined particle geometries for very specific preferred applications or grades, e.g. when generating high-priced splinters.
  • the invention is based on the surprising finding that a high-quality sorting of particulate material according to the grain shape (serial classification) is possible by at least two classifications in combination on the basis of the geometric main dimensions of the particles (maximum length, maximum width, maximum thickness ).
  • At least two classifications can be carried out both in close temporal and / or spatial connection and neighborhood as well as with a large temporal and / or spatial distance.
  • Particles having a predetermined needle size can be produced by limiting the mean particle size (particle thickness) or the predetermined particle latency (limiting the smallest dimensions (thickness) of the particles).
  • the invention is for example for the fractionation and quality improvement of chippings or gravel in the construction industry or in the provision of coal for blast furnaces or for Preparation of beds for fixed bed reactors as well as eg in the predisposition of particles for suspensions of coating materials applicable.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a particle, according to its main dimensions
  • Fig. 2 is a table of Klassier distinctionn
  • Fig. 3 shows a balance of forces on a particle to describe possible
  • FIG. 4 is a schematic representation of a movement behavior of a particle as a function of a movement / drive of a screening device for a
  • Round hole (circular hole), square hole, rectangular passage opening and elliptical passage opening
  • FIG. 7 shows functional modes of opening geometries according to FIG. 6 with schematic representations of three-dimensional opening geometries
  • FIG. 8 shows functional modes of opening geometries according to FIG. 7 with schematic representations of three-dimensional opening geometries
  • 9 shows functional modes of opening geometries for different particle shapes during sliding movement
  • 10 shows functional modes of opening geometries for different particle shapes during throwing motion
  • FIG. 11 is a schematic representation of the principle of operation of a double serial classification according to the present invention with FIG. 11a of a first classification stage,
  • Fig. 11 b a second classification stage.
  • FIG. 12 is a schematic representation of a screening device as a vibrating screen for determining possible vibration modes
  • FIG. 15 shows a procedural model of a sorting machine with double serial classification
  • FIG. 16 shows a sorting device in a schematic sectional illustration (sorting according to the needlestickness)
  • FIG. 15 shows an embodiment of a screening device with perforated plate and sieve according to FIG.
  • FIG. 17 shows a discharge device of the sorting device according to FIG. 16, FIG.
  • FIG. 18 shows a screening device of the sorting device according to FIG. 16, FIG.
  • FIG. 19 shows a sorting device in a schematic sectional view (sorting according to the needlestry) with classifying steps on separate screening devices
  • FIG. 20 shows a discharge device of the sorting device according to FIG. 19, FIG.
  • FIG. 19 screening devices of the sorting device according to FIG. 19, FIG.
  • FIG. 22 shows a sorting device in a schematic sectional illustration (sorting according to cubicity), FIG.
  • FIG. 23 shows a discharge device of the sorting device according to FIG. 22, FIG.
  • FIG. 24 shows a screening device of the sorting device according to FIG. 22, FIG.
  • FIG. 25 shows a sorting device in a schematic sectional illustration (sorting according to cubicity) with the classification stages on separate screening devices
  • FIG. 26 shows a discharge device of the sorting device according to FIG. 25, FIG.
  • FIG. 27 shows a screening device of the sorting device according to FIG. 25
  • FIG. FIG. 28 shows a sorting device in a schematic sectional illustration (sorting according to platiness)
  • FIG. 29 shows a discharge device of the sorting device according to FIG. 28, FIG.
  • FIG. 30 shows a screening device of the sorting device according to FIG. 28, FIG.
  • FIG. 31 shows a sorting apparatus in a schematic sectional view (sorting according to platiness), with classification stages on separate screening devices
  • FIG. 32 shows a discharge device of the sorting apparatus according to FIG. 31, FIG.
  • FIG. 33 shows a screening device of the sorting device according to FIG. 31.
  • the two-fold serial classification explained in more detail below, i. Determination of the particle shape on the basis of at least two main geometric dimensions of the particle 1, based on the aforementioned detection of the main dimensions of the particle and their process and device implementation.
  • the shape of the particle 1 can be completely detected by means of this detection of its extension in the three main axes x, z and y.
  • the ratio of the longest main dimension a to the mean main dimension b describes the elongation or the needlelessness of the particle 1: T (a / b) - -
  • the ratio of the longest main dimension a to the smallest main dimension c describes the cubicity or cube shape of the particle 1:
  • the ratio of the mean main dimension b to the smallest main dimension c describes the flatness of the particle 1:
  • a feedstock consisting of particles 1 can be classified in two spatially and / or temporally sequential classification steps according to the Nadeltechnik sorted (serial classified), so that two fractions with two significantly different particle shape parameters ⁇ result (a / b).
  • Nadeltechnik sorted serial classified
  • the classification variants in a two-fold serial classification ie sorting according to the grain shape corresponding to the main dimensions a, b or c are tabulated in Table 1 of FIG. 2.
  • a sorting results according to the Comformen: needleiness, cubicity or platiness as Fig. 2 illustrates. 2 shows the combination of the different classification steps, ie a first classification (classification step 1) and a subsequent second classification (classification step 2) with the corresponding classification result and the description of the grain shape in each of these variants with an abbreviation in the right-hand column of FIG. 2.
  • a combination of the first and second classification according to the main dimensions a and b soie b and a (order) is made a sorting after the needle, while at Sorting according to other main dimensions in different order in each case a sorting by cubicity or platiness takes place, as can be seen from FIG.
  • a sorting according to the Comform is carried out on the basis of the main dimensions in the embodiments described herein by one or more screening devices, wherein the configuration of the screening devices to fulfill the respective sorting task of the particle shape sorting according to at least one of the main dimensions a, b or c, a particle movement and a Siebö Stammsgeometrie, ie a geometry of openings of the sieve device are considered as a parameter.
  • the particle movement is described by means of a measure which is formed by the ratio of the components of the acceleration force F 8 acting on a particle 1 and the weight F 8 , which are perpendicular to a classifying plane of the screening device (screen plane). This measure is referred to as sieving or throwing factor S v .
  • FIG. 3 shows the equilibrium of forces acting on a particle 1 in the particle acceleration for the description / determination of possible forms of motion for a screening device 2.
  • the sieve index is calculated as follows:
  • m p are a particle mass
  • ⁇ is the angle of attack of a sieve plane (classifying plane) or a classification lining of the sieve device 2
  • ⁇ is an angle of attack of a vibratory drive of the sieve device.
  • FIGS. 4a and 4b show the movement conditions of a round model body during a throwing or sliding movement.
  • a sorting device or means for classifying particles 1 preferably vibrating screens (screening devices 2 with a vibrating drive) are used or a screening device 2, which, obliquely, due to their inclination, a sliding movement of the particles 1 along the screening device 2 in the classifying plane at resting screen device. 2 brought about, as shown schematically in Fig. 4b.
  • the screening device 2 may preferably have a circular oscillation, an elliptical oscillation or a plan oscillation.
  • screening devices or screen coverings 2 with a two-dimensional opening geometry of passage openings (referred to herein as 2D screen coverings) and screen coverings with a three-dimensional geometry of the passage openings (referred to here as 3D screen coverings). Both geometries can also be connected in an (integral) screening device.
  • the opening geometries of the passage openings 3 in FIG. 5 are shown. Assuming that the dimensions of the opening geometries in the x and y direction should be the same, the opening geometries can be a circular hole or a square hole. In the case of unequal dimensions of the opening geometry of the passage openings 3 in the x and y direction, a distinction can be made between a rectangular or an elliptical passage opening 3 (see FIGS. 5a to 5d).
  • FIG. 6 shows possible opening geometries for a three-dimensional screen covering 2 ("SD screen lining"). With the aid of a screen covering 2 having a three-dimensional opening geometry, it is possible in principle to determine the maximum dimension a (maximum dimension). solution, longitudinal dimension) or according to the main dimension c (maximum minimum dimension, thickness).
  • a square opening 3 is used, as shown in Figs. 6a, 6b (sectional view (Fig. 6a) and plan view (Fig. 6b)).
  • a rectangular opening geometry is preferably provided for a passage opening 4 in the xz classification plane. In both cases, a distance w y decides on a passage of the particle 1 through the sieve geometry.
  • FIG. 7a illustrates, when a square opening geometry is used in the xz plane for classification according to the main dimension a, the particle 1 tilts over an edge 5 into the xz plane since it is forced under the assumption that a> b is going to fall with its major dimension b (width) through the xz plane (classification plane).
  • the particle 1 subsequently impinges on a plane 6 which is formed by three-sided incision and deviation of a tab defining the square opening of the passage opening during production of the screening device 2 from a perforated plate (see Fig. 6) and, besides this plane 6, also touches the edge 5.
  • a dimension w min as a vertical dimension between the edge 5 and the plane 6 decides the probability of the passage of the particle 1. Only those particles 1 pass through the formed three-dimensional passage opening, the assumption a ⁇ w min (see also Fig. 7b), taking into account the particle centroid S 1, the effective direction of the waveform used (force action direction) and the prevailing friction conditions.
  • FIG. 8 An operation of the 3D screen geometry in a classification according to the main dimension a or according to the main dimension c is shown in FIG. 8 using the example of an ellipsoid with a> b> c.
  • Fig. 8 illustrates the function of a classification according to the main dimension a with three-dimensional opening geometry of the passage opening 3, again with a square Opening geometry (see Fig. 8a) in the xz plane (classifying plane), wherein the particle 1 due to a position of its center of gravity S over the edge 5 (w z ) into the xz-plane einschipppt.
  • the particle 1 is forced to fall with the major dimension b (width) through the xz plane (classifying plane).
  • the particle 1 then impinges on the angled plane 6 and not only touches this partially cut and angled part of a forming the classifying perforated plate 2, but also touches the designated in Fig. 6b with W 2 edge 5 and 90 ° offset for this purpose arranged edges x of the passage opening (see Fig. 6b), ie the particle 1 is supported by three points of contact.
  • the degree of bending of the plane 6, that is, the dimension w min as a vertical distance between the edge 5 (w 2 ) and the plane 6, the position of the center of gravity S, a coefficient of friction of the material pairing particles 1 / Klassier- or Siebbelag 2 and a direction of action
  • the oscillating shape of the vibrating screen used decide on the passage of the particle!
  • a dimension w min decides as a vertical distance between the edge 5 (w z ) and the plane 6, the position of the center of gravity S 1, the coefficient of friction of the material pairing particles 1 / Classier- or Siebbelag 2 and a direction of action of the oscillating mold used (in the execution of the screening device as vibrating screen) on the passage of the particle 1 through the passage openings 3 of the screen. Only those those particles 1 through the sieve geometry which fulfill the requirement c ⁇ w min (see Fig. 8b).
  • FIGS. 9 and 10 illustrate, in a three-dimensional, schematic illustration, the behavior of the particles 1 in connection with different opening geometries of the screening device 2 for the two particle movements "sliding" and "throwing 1" (see FIG.
  • the passage behavior as a function of the opening geometry for needle-shaped products, cuboid products and plate-shaped products, ie for the classification according to a main dimension a, b, or c is shown.
  • a process-technical selection for the possible classification can be made with the aid of the parameters, opening geometry of the screening device 2 and particle movement ("sliding" and "throwing 1" , see FIG.
  • FIG. 11 a, b illustrate in a schematic representation the operative principle of the "double serial classification" with a first classifying stage (FIG. 11 a) for the classification according to a maximum length a, wherein a perforated plate 8 with a round passage opening 3 is shown schematically as a screening device 2.
  • the diameter of the passage opening 3 is denoted by d L ⁇ ch, which determines the corresponding maximum length a of the particles 1, in the first classifying stage 12.
  • the perforated plate 8 can be formed by the elliptical, linear and plane modes of vibration shown in FIG
  • This first classification stage is followed by a second classification stage (FIG.
  • a bar spacing of the bar tes 7 is denoted by ⁇ s, which determines the corresponding major dimension c of the particles 1, in the second classification stage.
  • the classification variants relate in each case to the temporal and / or spatial sequence of the first and second classification step for a preferred two-fold serial classification as a function of the respective main dimension in the first and / or second classification step.
  • the procedural implementation possibilities for embodiments of the invention are dependent on the particle movement (throw or slide, cf., FIGS. 4, 9, 10) and on the opening geometry for two-dimensional passage openings (round hole, slot) or for three-dimensional opening geometries (3D). Square, 3D rectangle).
  • the embodiments explained below relate to the short name of FIG. 2 (right column 5).
  • the particle 1 with S v i and a round hole exists only for a sliding movement.
  • Sieve geometry in the first classification step and for a throwing motion of the particles 1 with round hole geometry and S v > 1 when classified according to the width in the second classification in the area of two-dimensional opening geometries of the screening device 2 is a preferred method option.
  • a serial classification according to the needlelessness but with the reverse order of the classification steps ie first classification according to the width of the particles 1 (main dimension b) and subsequent classification according to the main dimension a (length)
  • a preferred combination of methods in the use of a round hole geometry and a throwing motion for the screening device 2 in combination with a sliding movement for the particles 1 in the second classification step In addition to this preferred combination of methods in the area of two-dimensional opening geometries, the possibility of classifying in the second classifying step (thus according to main dimension a) by means of three-dimensional opening configurations of the screening device 2 for both throwing or sliding movement of the particles 1.
  • a further classifying variant R 1 classifies the particles according to the cubicity of the particles 1 in the combination classification according to the main dimension a (first classification) and subsequent classification according to the main dimension c (thickness, see Fig. 1).
  • first classification first classification
  • main dimension c thinness, see Fig. 1
  • an inclined, stationary screening device 2 for establishing a sliding movement of the particles 1 and forming the screening device 2 with a round hole geometry for the first classifying step and a slot geometry for the second classification step classifying the cubicity can be achieved, alternatively, the classification according to the Thickness in a throwing motion with slot geometry of the openings 3 preferably to achieve.
  • the design of the screening device 2 for the second classification step is a three-dimensional opening geometry with rectangular passage openings 4 for a common sliding movement of the particles 1 in the first or second classification step.
  • a sliding movement in three-dimensional opening geometry in the first classification step (classification according to main dimension a) for a throwing or sliding movement with square passage opening 3 is preferably procedurally feasible, as well as the combination of three-dimensional Opening geometries with square openings 3 in throwing or sliding movement of the particles 1 with the same motion regime in the second classifying step at rectangular passage openings 4 (see Fig. 5 and 6).
  • FIG. 12 Basically, reference is made to FIG. 12 with respect to the vibrational geometries.
  • the parameter "angle of attack ⁇ " is defined by two possibilities: Either the plane of the sieve (classifying plane) is set at a certain angle or inclined, then ⁇ > 0 or the sieve plane or classifying plane is arranged horizontally, this is indicated by ⁇ In this case, a combination of angle of attack and mode of vibration is considered to be preferred if the combination of oscillation and / or angle of attack ensures transport of the particles 1 as feed material in the classifying plane (along the screen plane).
  • a third element for the advantageous embodiment of the sorting method is the possibility of integrating the first classification and the second classification integrally with a common screening device (which permits the construction of compact sorting machines), taking into account the investigated parameters opening geometry of the Passages and particle movement (throw or slide) for an integral screening device, which can perform both classification steps in sections, in principle only those configurations come into consideration, which allow the use of the same waveform or excitation form for the particle transport in the classification level (same waveform).
  • the screening device 2 can also contain two classification regions for a first classification in the left region and a second classification in the right region of the screening device 2.
  • first and second classification can also be performed at great temporal or spatial distance by individual units (up to the manual execution in connection with small task quantities), whereby in the combination of the first and second classification always the desired sorting result according to the grain shape and, as desired, according to one of the three main dimensions of the particles is achieved.
  • a fractionation is carried out by the first classifying step or this fractionation is combined with the first classifying step.
  • the two-fold serial classifying can thus be integrated in process guides of another type, in continuous or interrupted, section-wise process management.
  • Fig. 14 is again corresponding to the representation of the principle of action of the "double serial classification" for "fractionation” of the particulate feed material 1 in a needle, cubic or platy "fraction” schematically a screening device 2 with a perforated plate 8 as a screening device 2 in the first Classifying stage (classification in length classes) and then a bar grate 7 shown as a screening device 2 in the second classification stage for classification in thickness classes, so that the result is a sorting by cubicity (classification according to the main dimensions a and c), wherein the screening device 2 here is excited via a linear oscillator.
  • the first classification step also serves to minimize the grain size influence, which often superimposes the grain shape effect and thus the sorting effect in a negative manner, so that the first classification stage at the same time a fractionation of the feedstock 1 (here in two fractions) acts.
  • sorting devices sorting machines
  • Figs. 16 to 18 illustrate a sorting machine 10 for sorting after the needlestickness, i. according to the dimensions a and b, wherein both Klassier suitse on a deck, i. be performed with an integral screening device 2.
  • the screening devices 2 in the sorting machine or sorting device 10 which are located in a housing 11 which is spring-loaded via support springs 12, in this case have 3D square holes 3 in connection with round holes 13 of a perforated plate 8.
  • 3D square holes 3 There are three fractions in the area of the first classifying step (3D square holes 3) provided with a material task is provided at 14.
  • the sorting machine 10 shown in FIGS. 16 to 18 consists of three superimposed classifying planes for coarse, medium and fine material.
  • the screening device 2 forms a screening surface for the longitudinal dimension a of the particles 1.
  • the round holes 13 are used to classify them according to the particle width b.
  • FIGS. 19 to 21 schematically show a further exemplary embodiment of a sorting device 10 according to the needlestickness, in which case the first and the second second classification stage are separated from each other and on two decks, that is, two each separated for each fraction screening 2 is performed.
  • sieve devices 2 designed as perforated plate 8 are used in the first and second classification stage.
  • FIGS. 22 to 24 show diagrammatically a sorting machine 10 for cubic sorting.
  • the integral screening device 2 is in this case formed as a perforated plate 8 in conjunction with a bar grate 7. Again, three fractions are formed and there is first a sorting in coarse, medium and fine material by cubicity, so that discharge 26 non-cubic material, can be formed and discharged in the discharge 27 cubic material in bringing together the three fractions.
  • FIGS. 25 to 27 a sorting by cubicity on two decks, i. with separation of the first and second classification step on two screens 2 shown.
  • the same reference numerals designate the same elements as in the preceding embodiments from FIG. 16.
  • FIGS. 28 to 30 for a sorting into three size fractions after the plate with a perforated plate and SD rectangular openings in the first and second classifying step by means of an integral unitary screening device 2 is formed, while in the figures 31 to 33 a sorting according to the slabiness, with distribution of the first and second classifying step onto two separate screening devices 2.
  • an advantageous sorting of particles according to the particle shape is possible, which leads to much more efficient sorting processes and optimized or completely new material properties. For example, a significantly improved packing density as well as isotropy or anisotropy can be achieved when using suitable presorted particles. The processability or reactivity of particles can also be modified.
  • the eligibility of materials can be significantly improved if previously preceded by an advantageous sorting of particles according to the invention.
  • the invention is used, inter alia, but not exclusively, for sorting processes in agriculture, such as in the harvesting and processing of fruits, vegetables, berries and cereals, in seeds, fertilizers, animal feed, spices, coffee beans, nuts, tobacco, tea, Eggs or other animal products, as well as fish, meat or (intermediate) products thereof, and waste or by-products resulting therefrom; in the industry for the cleaning or processing of raw materials such as chippings, crushed stone, ores, coal, salts, wood materials and semi-finished or intermediate products, natural or synthetic bulk materials or powders such as lime, cement, fibers, coke, natural graphite, synthetic graphite, plastics and their aggregates, composites, ceramics, glass, metal, wood chips, aggregates for industrial processes, blasting or polishing media, screws, nails, coins, gemstones, semi-precious stones, scrap, recyclates or other waste streams, bulk materials or powders in the chemical or pharmaceutical industries , such as washing powder, pigments, beds for reactors, catalysts, medicinal or cosmetic active

Landscapes

  • Combined Means For Separation Of Solids (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sortieren von Partikeln, wobei in einer zeitlichen und/oder räumlichen Abfolge Partikel in zumindest zwei Klassierstufen nach ihrer Partikelform sortiert werden, sowie deren Verwendungen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Sortieren von Partikeln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sortieren von Partikeln.
In der Aufbereitungstechnik ebenso wie für die Produktherstellung unter Verwendung von Partikeln spielt für eine hohe Effizienz ebenso wie für die Erfüllung von Qualitätsanforderungen der Einsatz sortierten partikulären Materials eine zunehmende Rolle. Überdies können durch Bereitstellung sortierter partikulärer Produkte höhere Qualitäts- und Preisvorstellungen realisiert werden. So kann sortierter, höherpreisiger Splitt und Schotter in der Bauindustrie wie auch im Straßenbau zu wesentlich höhere Lebensdauer und verbesserte Produkteigenschaften führen.
Aus der DE 102006 001 043 A1 ist daher bereits ein Verfahren zur Erzeugung von Splitt und Schotter bekannt, bei dem kubische Kömer, deren Anteil in Schotter und Splitt zumindest 50% betragen soll, nicht in einem späteren Aufbereitungsprozess, wie einem Brech- prozess, weiter zerkleinert werden. Vielmehr sollen bevorzugt nur nicht kubische Körner in weiteren Brechstufen, die der Kubifizierung dienen, zu kubischen Körnern verarbeitet werden. Zur Sortierung werden Komform-Sortiermaschinen eingesetzt, die entweder auf optischen Prinzipien oder auf dem unterschiedlichen Gleichgewichtsverhalten von kubischen und nichtkubischen Körnern beruhen.
Durch die Erfindung soll für eine breite, branchenübergreifende Anwendung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sortieren von Partikeln geschaffen werden, die in zuverlässiger und industriell einsetzbarer Weise eine Bereitstellung von Partikeln, wie z.B. von Splitt oder Schotter oder anderen Schüttungen, in kornformspezifischer Sortierung gestatten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei in einer zeitlichen und/oder räumlichen Abfolge Partikeln zumindest in zwei Stufen nach ihrer Partikelform sortiert werden.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht also darin, Partikel nach ihrer Kornform zu sortieren und auf diese Weise Partikel unterschiedlicher Kornform voneinander zu trennen, um so z.B. Partikel nach Nadeligkeit (Partikel mit einem bestimmten Längen-/ Breitenverhältnis), Kubizität bzw. Rundheit (Partikel mit einem bestimmten Längen-/ Dickenverhältnis) oder nach ihrer Plattigkeit (Partikel mit einem bestimmten Breiten-/ Dickenverhältnis) zu unterscheiden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe Klassierung und Sortierung verwendet. Unter Klassierung versteht man dabei die Trennung nach einem geometrischen Merkmal der Partikelmakrogestalt (z.B. Hauptabmessungen Fig. 1). Eine Sortierung nach der Kornform wird durch die serielle Klassierung nach mindestens zwei geometrischen Merkmalen der Partikelmakrogestalt (serielle Klassierung nach mindestens zwei Hauptabmessungen) beschrieben, wobei eine zweifache serielle Klassierung, z.B. nach den Parametern Nadeligkeit, Kubizität oder Plattigkeit, erfolgen kann.
Vorzugsweise ist einer Klassierung nach einem geometrischen Merkmal einer Partikelmakrogestalt (Hauptabmessung) eine Klassierung nach einem weiteren geometrischen Merkmal einer Partikelmakrogestalt (Hauptabmessung) zeitlich und/oder räumlich vorgeschaltet.
Auf diese Weise kann z.B. eine Fraktion nach der Nadeligkeit bei einem bestimmten Grenzwert für diese Kornform getrennt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, auch im Hinblick auf die Ausbildung der Durchgangsöffnungen in Abhängigkeit von der Klassierungsaufgabe, sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Vorzugsweise kann eine zweidimensionale (in der Klassierebene erfolgende) oder auch dreidimensionale Klassierung unter Verwendung räumlicher dreidimensionaler Siebstrukturen realisiert werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine serielle Klassierung (Sortierung nach der Komform) in zumindest zwei, vorzugsweise zeitlich und/oder räumlich aufeinanderfolgenden Klassiervorgängen unter Berücksichtigung jeweils einer von drei Hauptabmessungen (Länge a, Breite b, Dicke c) der Partikel.
Die vorgenannte Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch eine erste Klassierungsvorrichtung zur Klassierung der Partikel nach einer von drei geometrischen Hauptabmessungen (maximale Länge, maximale Breite oder maximale Dicke) und einer weiteren Klassierungseinrichtung zur Klassierung der Partikel nach einer weiteren seiner Hauptabmessungen, verschieden von der ersten Hauptabmessung. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die erste und zweite Klassiereinrichtung durch eine erste und zweite Siebeinrichtung gebildet werden, die vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet oder integral in einer Klassierebene ausgebildet sind.
Vorzugsweise werden die Partikelbewegung in Form der Siebkennziffer und die entsprechende Partikelausdehnung (z.B. Partikellänge, Partikelbreite und Partikeldicke) nach der klassiert werden soll als Parameter für die Wahl geeigneter Geometrien der Durchtrittsöffnungen der Siebeinrichtungen verwendet.
Durch die erfindungsgemäße zweifache serielle Klassierung, d.h. Kornformsortierung nach der Partikelgröße in zumindest zwei Hauptachsenrichtungen des Partikels, die im Wesentlichen zueinander senkrecht sind (Länge, Breite, Dicke) ist es auf überraschend einfache Weise möglich, Partikel hinsichtlich ihrer Nadeligkeit (Verhältnis der maximalen Partikelausdehnung (Längsabmessung) zur maximalen mittleren Hauptabmessung (Partikelbreite)) bzw. nach ihrer Kubizität oder Rundheit ((Verhältnis der maximalen Partikelausdehnung (Längsabmessung) zur minimalen Partikelausdehnung (Dicke)) bzw. hinsichtlich ihrer Plat- tigkeit (Flachheit) (Verhältnis der mittleren Hauptabmessung (Breite) zur kleinsten Hauptabmessung (Dicke)) zu sortieren, d.h. nach jeweils einer geometrischen Größe des Partikels. Vorzugsweise sind die Klassiereinrichtungen Siebeinrichtungen wie z.B. Kreis-, Ellipsen-, Linear- oder Planschwinger, d.h. Schwingsiebe mit vorgenannter Bewegungsgeometrie oder eine geneigt und vorzugsweise feststehend angeordnete Siebfläche als Klassierebene, über die die Partikel geführt werden.
Für eine Klassierung nach der maximalen Partikelausdehnung weist die Klassiereinrichtung, vorzugsweise Siebeinrichtung, eine Klassierung mittels vorbestimmtem Rundloch, Quadratloch, Langloch (zweidimensionale Klassierung), 3D-Quadratloch oder einem 3D- Rechteckloch („3D"=dreidimensionale Klassierung) auf. Hinsichtlich einer zu der vorgenannten Partikelausdehnung im Wesentlichen senkrechten, mittleren Partikelausdehnung ist die Siebeinrichtung vorzugsweise mit Durchtrittsöffnungen (Rundloch bzw. Quadratloch) mit einem vorbestimmten Lochdurchmesser bzw. einer Maschenweite, vorzugsweise in einer Ausbildung als Lochblech oder Sieb versehen.
Als Klassiereinrichtung zur Klassierung der Partikel nach der zur maximalen und mittleren Partikelausdehnung im Wesentlichen senkrechten, minimalen Partikelausdehnung, ist vor- zugsweise eine aus Stäben gebildete Siebeinrichtung mit vorbestimmten Stababstand oder ein Langmaschengewebe mit vorbestimmten Maschenabstand oder einem SD- Rechtecklochbelag vorgesehen.
Vorzugsweise kann die Klassierung also durch Siebeinrichtungen mit zweidimensionaler oder aber auch mit dreidimensionaler Wirkungsweise bzw. Klassierebene erfolgen.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Klassieren bzw. der zweifache seriellen Klassierung stets ein Sortieren nach der Kornform verstanden, das ein zeitlich und/oder räumlich getrenntes Klassieren nach mindestens zwei geometrischen Hauptabmessungen der Partikel (maximale Länge, maximale Breite oder maximale Dicke) beinhaltet.
Durch die Erfindung lässt sich z.B. leicht Schüttgut erzeugen, das hinsichtlich einheitlicher Partikelgeometrien auf ganz bestimmte bevorzugte Anwendungen oder Qualitäten abgestimmt ist, z.B. bei Erzeugung von hochpreisigem Edelsplitt.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass eine qualitätvolle Sortierung von partikulärem Gut nach der Kornform (serielle Klassieren) möglich ist, indem zumindest zwei Klassierungen in Kombination und zwar auf der Basis der geometrischen Hauptabmessungen der Partikel (maximale Länge, maximale Breite, maximale Dicke) vorgenommen werden.
Dabei können zumindest zwei Klassierungen sowohl in enger zeitlicher und/oder räumlicher Verbindung und Nachbarschaft als auch mit großem zeitlichen und/oder räumlichen Abstand durchgeführt werden. Es ist auf diese Weise möglich, eine Fraktion nadeliger Partikel von einer Fraktion runder oder kubischer Partikel und diese wiederum von einer Fraktion plattiger Partikel zu trennen, wobei durch Hintereinanderschaltung entsprechender Siebeinrichtungen innerhalb jeder Fraktion weitere Feinfraktionierungen, z.B. Partikel mit vorbestimmter Nadeligkeit durch Begrenzung der mittleren Partikelabmessung (Partikeldicke) oder der vorbestimmter Plattigkeit der Partikel (Begrenzung der Kleinstabmessungen (Dicke) der Partikel) erzeugt werden können.
Die Erfindung ist z.B. für die Fraktionierung und Qualitätsverbesserung von Splitt oder Schotter in der Bauindustrie oder bei der Bereitstellung von Kohle für Hochöfen oder für die Vorbereitung von Schüttungen für Festbettreaktoren wie auch z.B. in der Prädisposition von Partikeln für Suspensionen von Auftragmaterialien anwendbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Partikels, nach seinen Hauptabmessungen, Fig. 2 eine Tabelle der Klassiervarianten,
Fig. 3 ein Kräftegleichgewicht an einem Partikel zur Beschreibung möglicher
Schwingformen einer Siebeinrichtung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Bewegungsverhaltens eines Partikels in Abhängigkeit von einer Bewegung/Antrieb einer Siebeinrichtung für eine
Fig. 4a Wurfbewegung,
Fig. 4b eine Gleitbewegung des Partikels,
Fig. 5 Öffnungsgeometrien einer Siebeinrichtung mit
Fig. 5a bis 5d zweidimensionalen Öffnungsgeometrien der Siebungseinrichtungen für
Rundloch (Kreisloch), Quadratloch, rechteckiger Durchtrittsöffnung und elliptischer Durchtrittsöffnung,
Fig. 6 dreidimensionale Öffnungsgeometrien einer Siebeinrichtung mit
Fig. 6a bis 6d Quadratloch und Rechteckloch in Querschnitt und Draufsicht,
Fig. 7 Funktionsweisen von Öffnungsgeometrien nach Fig. 6 mit schematische Darstellungen von dreidimensionalen Öffnungsgeometrien
Fig. 7a für eine Klassierung nach einer maximalen Partikelausdehnung (a), und
Fig. 7b für eine Klassierung nach einer minimalen Partikelausdehnung (c),
Fig. 8 Funktionsweisen von Öffnungsgeometrien nach Fig. 7 mit schematische Darstellungen von dreidimensionalen Öffnungsgeometrien
Fig. 8a1 und für eine Klassierung nach einer maximalen Partikelausdehnung (a)
Fig. 8a2 für unterschiedliche Schwerpunktslagen, und
Fig. 8b für eine Klassierung nach einer minimalen Partikelausdehnung (c),
Fig. 9 Funktionsweisen von Öffnungsgeometrien für verschiedene Partikelformen bei Gleitbewegung, Fig. 10 Funktionsweisen von Öffnungsgeometrien für verschiedene Partikelformen bei Wurfbewegung,
Fig. 11 eine schematische Darstellung des Wirkprinzips einer zweifache seriellen Klassierung nach der vorliegenden Erfindung mit Fig. 11a einer ersten Klassierstufe,
Fig. 11 b einer zweiten Klassierstufe.
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Siebeinrichtung als Schwingsieb zur Bestimmung möglicher Schwingformen,
Fig. 13 ein Ersatzschaltbild für eine Kombination von Schwingungsanregung,
Kreisschwingung und elliptischer Schwingung für eine integrale Siebeinrichtung,
Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel einer Siebeinrichtung mit Lochblech und Siebrost gemäß Fig. 11 (Klassierung nach der Nadeligkeit), Fig. 15 ein verfahrenstechnisches Model einer Sortiermaschine mit zweifache serielle Klassierung, Fig. 16 eine Sortiervorrichtung in schematischer Schnittdarstellung (Sortierung nach Nadeligkeit),
Fig. 17 eine Austrageinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 16,
Fig. 18 eine Siebeinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 16,
Fig. 19 eine Sortiervorrichtung in schematischer Schnittdarstellung (Sortierung nach Nadeligkeit) mit Klassierschritten auf getrennten Siebeinrichtungen,
Fig. 20 eine Austrageinrichtung der Sortiervoπichtung nach Fig. 19,
Fig. 21 Siebeinrichtungen der Sortiervorrichtung nach Fig. 19,
Fig. 22 eine Sortiervorrichtung in schematischer Schnittdarstellung (Sortierung nach Kubizität),
Fig. 23 eine Austrageinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 22,
Fig. 24 eine Siebeinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 22,
Fig. 25 eine Sortiervorrichtung in schematischer Schnittdarstellung (Sortierung nach Kubizität) mit den Klassierstufen auf getrennten Siebeinrichtungen,
Fig. 26 eine Austrageinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 25,
Fig. 27 eine Siebeinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 25, Fig. 28 eine Sortiervorrichtung in schematischer Schnittdarstellung (Sortierung nach Plattigkeit),
Fig. 29 eine Austrageinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 28,
Fig. 30 eine Siebeinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 28,
Fig. 31 eine Sortiervorrichtung in schematischer Schnittdarstellung (Sortierung nach Plattigkeit), mit Klassierstufen auf separaten Siebeinrichtungen, Fig. 32 eine Austrageinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 31 ,
Fig. 33 eine Siebeinrichtung der Sortiervorrichtung nach Fig. 31.
Grundlage der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Sortieren von Partikeln nach ihrer Partikelform durch zweifache serielle Klassierung ist die Geometrie eines Partikels 1, wie in Fig. 1 dargestellt, mit Hilfe seiner Hauptabmessungen, nämlich seiner maximalen Länge a, seiner mittleren Abmessung Breite b und seiner kleinsten Abmessung Dicke c, wobei sich diese Abmessungen in den Hauptachsen x, y, z des Partikel 1 durch einen regelmäßigen Körper, z.B. Quader, als Einhüllende darstellen lassen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Hauptabmessungen a (längste Körperkante des einhüllenden Quaders), b (mittlere Körperkante des einhüllenden Quaders) und c (kleinste Körperkante des einhüllenden Quaders) mit a > b > c beschreibenden Partikel 1 geometrisch.
Die nachfolgend näher erläuterte zweifache serielle Klassierung, d.h. Bestimmung der Partikelform auf der Grundlage von zumindest zwei geometrischen Hauptabmessungen des Partikels 1 , beruht auf der vorgenannten Erfassung der Hauptabmessungen des Partikels und deren Verfahrens- und vorrichtungstechnischer Umsetzung. Die Form des Partikels 1 kann mittels dieser Erfassung seiner Ausdehnung in den drei Hauptachsen x, z und y vollständig erfasst werden.
Mit Hilfe der Hauptabmessungen des Partikels 1 sind drei unterschiedliche Partikelformen definierbar, bestimmt durch jeweils zwei Längenverhältnisse.
Das Verhältnis der längsten Hauptabmessung a zur mittleren Hauptabmessung b beschreibt die Elongation oder Nadeligkeit des Partikels 1 : T(a/b) - —
Das Verhältnis der längsten Hauptabmessung a zur kleinsten Hauptabmessung c beschreibt die Kubizität bzw. Rundheit oder Würfeligkeit des Partikels 1 :
Ψ(a/c) = f
Das Verhältnis der mittleren Hauptabmessung b zur kleinsten Hauptabmessung c beschreibt die Flachheit bzw. Plattigkeit des Partikels 1:
Ψ(b/c) = - c
Mit Hilfe der vorgenannten Beschreibung bzw. Sortierung einer Partikelmenge nach Kornformen Ψ(a/b), Ψ(a/c> und T(Wc), kann ein aus Partikel 1 bestehendes Aufgabegut in zwei räumlich und/oder zeitlich abfolgend ablaufenden Klassierschritten nach der Nadeligkeit sortiert (seriell klassiert) werden, so dass zwei Fraktionen mit zwei signifikant unterschiedlichen Kornformkenngrößen Ψ(a/b) entstehen. In entsprechenderweise ist es möglich, dass Partikelgemisch nach der Kubizität bzw. nach der Plattigkeit zu sortieren.
Die Klassiervarianten bei einer zweifache seriellen Klassierung, d.h. Sortierung nach der Kornform entsprechend den Hauptabmessungen a, b oder c sind in Tabelle 1 der Fig. 2 tabellarisch dargestellt. Je nach Kombination der Klassierung nach den drei Hauptabmessungen in einem ersten und einem zweiten Klassierschritt ergibt sich eine Sortierung nach den Komformen: Nadeligkeit, Kubizität oder Plattigkeit, wie dies Fig. 2 verdeutlicht. Fig. 2 zeigt die Kombination der verschiedenen Klassierschritte, d.h. einer ersten Klassierung (Klassierschritt 1) und einer anschließenden zweiten Klassierung (Klassierschritt 2) mit dem entsprechenden Klassierergebnis und der Beschreibung der Kornform bei jeder dieser Varianten mit einer Abkürzung in der rechten Spalte der Fig. 2. Wie ersichtlich, wird durch eine Kombination von erster und zweiter Klassierung nach den Hauptabmessungen a und b soie b und a (Reihenfolge) eine Sortierung nach der Nadeligkeit vorgenommen, während bei Sortierung nach anderen Hauptabmessungen in unterschiedlicher Reihenfolge jeweils eine Sortierung nach Kubizität bzw. Plattigkeit erfolgt, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Eine Sortierung nach der Komform (serielles Klassieren) erfolgt auf der Basis der Hauptabmessungen in den hier erläuterten Ausführungsbeispielen durch eine oder mehrere Siebeinrichtungen, wobei die Ausgestaltung der Siebeinrichtungen zur Erfüllung der jeweiligen Sortieraufgabe der Partikelformsortierung nach zumindest einer der Hauptabmessungen a, b oder c eine Partikelbewegung und eine Sieböffnungsgeometrie, d.h. eine Geometrie von Durchtrittsöffnungen der Siebeinrichtung als Parameter betrachtet werden. Die Partikelbewegung wird dabei mit Hilfe einer Maßzahl beschrieben, die durch das Verhältnis der senkrecht zu einer Klassierebene der Siebeinrichtung (Siebebene) stehenden Komponenten der auf einen Partikel 1 wirkenden Beschleunigungskraft F8 und der Gewichtskraft F8 gebildet wird. Diese Maßzahl wird als Sieb- oder Wurfkennziffer Sv bezeichnet. In Fig. 3 ist das auf einen Partikel 1 wirkende Kräftegleichgewicht bei der Partikelbeschleunigung zur Beschreibung/Ermittlung möglicher Bewegungsformen für eine Siebeinrichtung 2 dargestellt. Die Siebkennziffer wird wie folgt berechnet:
_ Λa,N
Sv
F
S = a sin(α + ß)
Fg • cos(α)
mit: Fa = mp * a
mit: F9 = mp • g
s • sin(α + /?) ov - a (8)
8 cosfα)
Dabei sind mp eine Partikelmasse, α der Anstellwinkel einer Siebebene (Klassierebene) bzw. eines Klassierbelages der Siebeinrichtung 2 und ß ein Anstellwinkel eines Schwingantriebes der Siebeinrichtung. Zur Beschreibung einer Partikelbewegung entlang der Siebein- richtung 2 bzw. entlang eines Klassierbelages wird zwischen Wurfbewegung mit Sv > 1 und einer Gleitbewegung Sv ≤ 1 unterschieden.
In Fig. 4a und 4b sind die Bewegungsverhältnisse eines runden Modellkörpers bei einer Wurf- bzw. Gleitbewegung dargestellt.
Als Sortiereinrichtung bzw. Mittel zum Klassieren von Partikeln 1 werden vorzugsweise Schwingsiebe (Siebeinrichtungen 2 mit einem Schwingantrieb) verwendet oder eine Siebeinrichtung 2, die, schräg gestellt, aufgrund ihrer Neigung eine Gleitbewegung der Partikel 1 entlang der Siebeinrichtung 2 in der Klassierebene bei ruhender Siebeinrichtung 2 herbeiführt, wie dies schematisch in Fig. 4b dargestellt ist. Die Siebeinrichtung 2 kann vorzugsweise eine Kreisschwingung, eine Ellipsenschwingung oder eine Planschwingung aufweisen. Als Sieböffnungsgeometrien, die die Geometrie der Durchtrittsöffnungen 3 eines Siebbelages 2 beschreiben, sind vorzugsweise Rundloch, Quadratloch, Langloch (als zweidimensionale Öffnungsgeometrien), 3D-Quadratloch (dreidimensionale Öffnungsgeometrie) oder 3D-Langloch (dreidimensionale Öffnungsgeometrie) vorgesehen.
Vorzugsweise ist es also möglich, Siebeinrichtungen bzw. Siebbeläge 2 mit einer zweidimensionalen Öffnungsgeometrie von Durchtrittsöffnungen (hier als 2D-Siebbeläge bezeichnet) und Siebbeläge mit dreidimensionaler Geometrie der Durchtrittsöffnungen (hier als 3D- Siebbeläge bezeichnet) zu unterscheiden. Beide Geometrien können auch in einer (integralen) Siebeinrichtung verbunden sein.
Für einen 2D-Siebbelag 2 sind die Öffnungsgeometrien der Durchtrittsöffnungen 3 in Fig. 5 gezeigt. Unter der Voraussetzung, dass die Abmessungen der Öffnungsgeometrien in x- und y-Richtung gleich groß sein sollen, kommen als Öffnungsgeometrien ein Kreisloch bzw. ein Quadratloch in Frage. Für den Fall ungleicher Abmessungen der Öffnungsgeometrie der Durchtrittsöffnungen 3 in x- und y-Richtung kann zwischen einer rechteckigen bzw. einer elliptischen Durchtrittsöffnung 3 unterschieden werden (s. Fig. 5a bis 5d).
In Fig. 6 sind mögliche Öffnungsgeometrien für einen dreidimensionalen Siebbelag 2 („SD- Siebbelag") gezeigt. Mit Hilfe eines eine dreidimensionale Öffnungsgeometrie besitzenden Siebbelages 2 kann grundsätzlich nach der Hauptabmessung a (maximale Größtabmes- sung, Längsabmessung) oder nach der Hauptabmessung c (maximale Kleinstabmessung, Dicke) klassiert werden.
Vorzugsweise wird für eine Klassierung nach der Hauptabmessung a für die Öffnungsgeometrie in der x-z-Klassierebene eine quadratische Öffnung 3 verwendet, wie dies in Fig. 6a, 6b (Schnittansicht (Fig. 6a) und Draufsicht (Fig. 6b)) dargestellt ist. Für eine Klassierung nach der Hauptabmessung c (Dicke) wird vorzugsweise eine rechteckige Öffnungsgeometrie für eine Durchtrittsöffnung 4 in der x-z-Klassierebene vorgesehen. In beiden Fällen entscheidet ein Abstand wy über ein Durchtreten des Partikels 1 durch die Siebgeometrie.
Nachfolgend wird eine Funktionsweise der dreidimensionalen (3D)-öffnungsgeometrie des Siebbelages 2 bei einer Klassierung nach der Hauptabmessung a bzw. c in Fig. 7 am Beispiel eines Ellipsoiden (a > b > c) gezeigt.
Wie Fig. 7a verdeutlicht, kippt bei Verwendung einer quadratischen Öffnungsgeometrie in der x-z-Ebene zur Klassierung nach der Hauptabmessung a der Partikel 1 über eine Kante 5 in die x-z-Ebene hinein, da er unter der Voraussetzung, dass a > b ist, gezwungen wird, mit seiner Hauptabmessung b (Breite) durch die x-z-Ebene (Klassierebene) zu fallen. Der Partikel 1 trifft anschließend auf eine Ebene 6, die durch dreiseitiges Einschneiden und Abwinkein einer die quadratische Öffnung der Durchtrittsöffnung bestimmenden Lasche bei Herstellung der Siebeinrichtung 2 aus einem Lochblech gebildet ist (vgl. Fig. 6) und berührt neben dieser Ebene 6 weiterhin die Kante 5. Eine Abmessung wmin als senkrechte Abmessung zwischen der Kante 5 und der Ebene 6 entscheidet über die Wahrscheinlichkeit des Durchtretens des Partikels 1. Es treten nur diejenigen Partikel 1 durch die gebildete dreidimensionale Durchtrittsöffnung, die die Voraussetzung a < wmin (vgl. auch Fig. 7b) unter Berücksichtigung des Partikelschwerpunktes S1 die Wirkrichtung der verwendeten Schwingungsform (Kraftwirkungsrichtung) und der herrschenden Reibverhältnisse erfüllen.
Eine Funktionsweise der 3D-Siebgeometrie bei einer Klassierung nach der Hauptabmessung a bzw. nach der Hauptabmessung c ist in Fig. 8 am Beispiel eines Ellipsoiden mit a > b >c gezeigt.
Fig. 8 verdeutlicht die Funktion einer Klassierung nach der Hauptabmessung a mit dreidimensionaler Öffnungsgeometrie der Durchtrittsöffnung 3, wiederum mit einer quadratischen Öffnungsgeometrie (vgl. Fig. 8a) in der x-z-Ebene (Klassierebene), wobei der Partikel 1 aufgrund einer Position seines Schwerpunktes S über die Kante 5 (wz) in die x-z-Ebene hineinkippt. Unter der Voraussetzung, dass a > b ist, wird der Partikel 1 gezwungen, mit der Hauptabmessung b (Breite) durch die x-z-Ebene (Klassierebene) zu fallen. Der Partikel 1 trifft anschließend auf die abgewinkelte Ebene 6 und berührt nicht nur diesen partiell ausgeschnittenen und abgewinkelten Teil eines die Klassierebene bildenden Lochbleches 2, sondern berührt außerdem die in Fig. 6b mit W2 bezeichnete Kante 5 sowie die hierzu 90° versetzt angeordneten Kanten Wx der Durchtrittsöffnung (vgl. Fig. 6b), d.h. der Partikel 1 wird durch drei Berührungspunkte gestützt.
Das Maß der Abwinkelung der Ebene 6, d.h. die Abmessung wmin als senkrechter Abstand zwischen der Kante 5 (w2) und der Ebene 6, die Lage des Schwerpunktes S, ein Reibkoeffizient der Materialpaarung Partikel 1 /Klassier- oder Siebbelag 2 und eine Wirkrichtung der verwendeten Schwingform des Schwingsiebes entscheiden über das Durchtreten des Partikels !
Für das Durchtrittsverhalten der Partikel 1 gibt es in Abhängigkeit der vorangestellt genannten Parameter zwei Möglichkeiten. Liegt der Schwerpunkt des Partikels 1 wie in Fig. 8a4 dargestellt über der Kante 5, wird der Partikel 1 in Abhängigkeit seiner Länge, der Kraftwirkungsrichtung der Schwingung und der herrschenden Reibverhältnisse ausgeworfen. Liegt der Schwerpunkt des Partikels 1 wie in Fig. 8a2 dargestellt unter der Kante 5, tritt der Partikel 1 in Abhängigkeit seiner Länge, der Kraftwirkungsrichtung der Schwingung und der herrschenden Reibverhältnisse durch die 3D-Quadratöffnungsgeometrie.
Bei Verwendung einer rechteckigen Öffnungsgeometrie in der x-z-Ebenen zur Klassierung nach der Hauptabmessung c (vgl. Fig. 8b) kippt der Partikel 1 aufgrund einer Lage seines Schwerpunktes S über die Kante 5 (wz) in die x-z-Ebene hinein, da sich seine Hauptabmessung a an der Kante 5 (wz) unter der Voraussetzung wz > Wx ausrichtet (s. Fig. 6d).
Auch hier entscheidet eine Abmessung wmin (vgl. Fig. 8b) als senkrechter Abstand zwischen der Kante 5 (wz) und der Ebene 6, die Lage des Schwerpunktes S1 der Reibungskoeffizient der Materialpaarung Partikel 1 /Klassier- bzw. Siebbelag 2 und eine Wirkrichtung der verwendeten Schwingform (bei Ausführung der Siebeinrichtung als Schwingsieb) über das Durchtreten des Partikels 1 durch die Durchtrittsöffnungen 3 des Siebes. Es treten nur die- jenigen Partikel 1 durch die Siebgeometrie, die die Voraussetzung c < wmin erfüllen (vgl. Fig. 8b).
Die Fig. 9 und 10 verdeutlichen in dreidimensionaler, schematischer Darstellung, das Verhalten der Partikel 1 in Verbindung mit unterschiedlichen Öffnungsgeometrien der Siebeinrichtung 2 für die beiden Partikelbewegungen „Gleiten" und „Wurf1 (vgl. Fig. 4).
In den Figuren ist das Durchtrittsverhalten in Abhängigkeit der Öffnungsgeometrie für na- delförmige Produkte, quaderförmige Produkte und plattenförmige Produkte, d.h. für die Klassierung nach einer Hauptabmessung a, b, oder c, dargestellt. Basierend auf den vorerläuterten Ausführungsformen kann mit Hilfe der Parameter, Öffnungsgeometrie der Siebeinrichtung 2 und Partikelbewegung („Gleiten" und „Wurf1, vgl. Fig. 4) eine verfahrenstechnische Auswahl für die mögliche Klassierung getroffen werden.
Fig. 11a,b verdeutlicht in schematischer Darstellung das Wirkprinzip der „zweifachen seriellen Klassierung" mit einer ersten Klassierstufe (Fig. 11a) für die Klassierung nach einer maximalen Länge a, wobei als Siebeinrichtung 2 schematisch ein Lochblech 8 mit runder Durchtrittsöffnung 3 dargestellt ist. Der Durchmesser der Durchtrittsöffnung 3 ist mit dLθch bezeichnet, der die entsprechende maximalen Länge a der Partikel 1 , in der ersten Klassierstufe bestimmt. Das Lochblech 8 kann durch die in Fig. 12 dargestellten Schwingungsformen Ellipsen-, Linear- und Planschwingung zur Ausbildung eines Schwingsiebes angeregt sein, wobei dieser ersten Klassierstufe eine zweite Klassierstufe (Fig. 11b) folgt, in der eine Klassierung nach der Partikeldicke, d.h. in Richtung der kleinsten Ausdehnung c (hier mit c bezeichnet) erfolgt. Vorzugsweise kann hierbei eine Klassierung durch einen Stabrost 7 oder ein Langmaschengewebe als Siebeinrichtung 2 verwendet werden. Ein Stababstand des Stabrostes 7 ist mit Δs bezeichnet, der die entsprechende Hauptabmessung c der Partikel 1, in der zweiten Klassierstufe bestimmt.
Mit Bezug auf Fig. 2 (Klassiervarianten) werden für jede der Varianten (s. Fig. 2, Spalte 5) die verfahrenstechnischen Realisierungsmöglichkeiten, basierend auf den Parametern „Partikelbewegung" und „Öffnungsgeometrien", wie in Fig. 9 und 10 dargestellt, ermittelt.
Die Klassiervarianten betreffen jeweils die zeitliche und/oder räumliche Abfolge des ersten und zweiten Klassierschrittes für eine bevorzugte zweifache serielle Klassierung in Abhängigkeit von der jeweiligen Hauptabmessung im ersten und/oder zweiten Klassierschritt. Wie dargelegt werden die verfahrenstechnischen Realisierungsmöglichkeiten für Ausführungsbeispiele der Erfindung in Abhängigkeit von der Partikelbewegung (Wurf oder Gleiten, vgl. Fig. 4, 9, 10) sowie von der Öffnungsgeometrie für zweidimensionale Durchtrittsöffnungen (Rundloch, Langloch) bzw. für dreidimensionale Öffnungsgeometrien (3D-Quadrat, 3D- Rechteck) ausgewählt. Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Kurzbezeichnung aus Fig. 2 (rechte Spalte 5).
Für die Variante „Nl", d.h. für die serielle Klassierung nach der Nadeligkeit mit erster Klassierung nach der Hauptabmessung a und zweiter Klassierung nach der Hauptabmessung b (Länge und Breite) besteht nur für eine Gleitbewegung der Partikel 1 mit Svi und einer Rundloch-Siebgeometrie im ersten Klassierschritt und für eine Wurfbewegung der Partikel 1 mit Rundlochgeometrie und Sv>1 bei Klassierung nach der Breite beim zweiten Klassieren im Bereich zweidimensionaler Öffnungsgeometrien der Siebeinrichtung 2 eine bevorzugte Verfahrensoption.
Hinsichtlich einer dreidimensionalen Siebgeometrie bzw. Öffnungsgeometrie der Durchtrittsöffnungen 3 besteht eine bevorzugte verfahrenstechnische Option für die Partikelbewegung „Wurf1 und „Gleiten" jeweils bei quadratischen Sieböffnungen, allerdings nur für den ersten Klassierschritt.
Zusammenfassend kommt daher für die Klassiervariante Nl nur eine Rund- bzw. Quadratlochgeometrie der Durchtrittsöffnungen 3 mit einer Gleitbewegung der Partikel 1 im ersten Klassierschritt und einer Wurfbewegung für den zweiten Klassierschritt (mithin getrennte Siebeinrichtungen 2 mit unterschiedlichen Antriebsbewegungen), oder aber eine Ausführung der Siebeinrichtung 2 mit einer dreidimensionalen Öffnungsgeometrie und quadratischen Durchtrittsöffnungen 3 im ersten Klassierschritt, sowohl für eine Wurf- als auch eine Gleitbewegung der Partikel 1 , in Kombination mit Rund- bzw. Quadratloch-Durchtrittsöffnungen 3 und einer Wurfbewegung für das Schwingsieb 2, in einem zweiten Klassierschritt als bevorzugte Ausführungsformen in Betracht. Bei Anwendung einer Wurfbewegung kann in diesem Fall für die Variante Nl also auch eine integrale Siebeinrichtung 2 mit erster Klassierung nach der Hauptabmessung a und zweiter Klassierung nach der Hauptabmessung b auf einem Deck verwendet werden.
In entsprechenderweise besteht für die Variante NII, d.h. wiederum eine serielle Klassierung nach der Nadeligkeit jedoch mit umgekehrter Reihenfolge der Klassierschritte, d.h. zunächst Klassierung nach der Breite der Partikel 1 (Hauptabmessung b) und anschließender Klassierung nach der Hauptabmessung a (Länge), eine bevorzugte Verfahrenskombination in der Verwendung einer Rundlochgeometrie und einer Wurfbewegung für die Siebeinrichtung 2 in Kombination mit einer Gleitbewegung für die Partikel 1 im zweiten Klassierschritt mit separater Siebeinrichtung 2 mit Gleitbewegung der Partikel 1 und runde oder rechteckiger Öffnungsgeometrie der Durchtrittsöffnungen 3. Neben dieser bevorzugten Verfahrenskombination im Bereich zweidimensionaler Öffnungsgeometrien besteht zusätzlich in Verbindung mit der zuvor erläuterten Ausführung des Verfahrens im ersten Klassierschritt die Möglichkeit, die Klassierung im zweiten Klassierschritt (damit nach Hauptabmessung a) mittels dreidimensionaler Öffnungskonfigurationen der Siebeinrichtung 2 sowohl für Wurfoder Gleitbewegung der Partikel 1 zu bewirken.
Auch hier besteht damit also die Möglichkeit einer integralen Siebeinrichtung 2 für die erste und zweite Klassierung im Hinblick auf einen Siebantrieb, der den Partikeln 1 eine Wurfbewegung verleiht bzw. bei separater Ausbildung der zweiten Siebeinrichtung 2 und getrennter Durchführung der zweiten Klassierung auch die Möglichkeit, diese Klassierung auch mittels Gleitbewegung der Partikel 1 zu realisieren.
Eine weitere Klassiervariante Rl klassiert die Partikeln nach der Kubizität der Partikel 1 in der Kombination Klassierung nach der Hauptabmessung a (erste Klassierung) und anschließender Klassierung nach der Hauptabmessung c (Dicke; vgl. Fig. 1). Hierbei kann beispielsweise mit einer schräggestellten, feststehenden Siebeinrichtung 2 zur Einrichtung einer Gleitbewegung der Partikel 1 und Ausbildung der Siebeinrichtung 2 mit einer Rundlochgeometrie für den ersten Klassierschritt und einer Langlochgeometrie für den zweiten Klassierschritt das Klassieren nach der Kubizität erreicht werden, alternativ ist die Klassierung nach der Dicke auch in einer Wurfbewegung mit Langlochgeometrie der Durchtrittsöffnungen 3 bevorzugt zu erreichen.
Alternativ hierzu ist eine entsprechende Kombination auch bei Ausbildung der Siebeinrichtung 2 für den zweiten Klassierschritt als dreidimensionale Öffnungsgeometrie mit rechteckigen Durchtrittsöffnungen 4 für eine gemeinsame Gleitbewegung der Partikel 1 im ersten oder zweiten Klassierschritt möglich. Alternativ ist eine solche Gleitbewegung auch in dreidimensionaler Öffnungsgeometrie im ersten Klassierschritt (Klassierung nach Hauptabmessung a) für eine Wurf- oder Gleitbewegung bei quadratischer Durchtrittsöffnung 3 bevorzugt verfahrenstechnisch umsetzbar, wie auch die Kombination dreidimensionaler Öffnungsgeometrien mit quadratischen Öffnungen 3 in Wurf- oder Gleitbewegung der Partikel 1 mit gleichem Bewegungsregime im zweiten Klassierschritt bei rechteckigen Durch» trittsöffnungen 4 (vgl. Fig. 5 und 6).
Weitere Klassiervarianten gemäß Fig. 2 für die serielle Klassierung nach der Kubizität unter Vertauschung der Klassierschritte 1 und 2 sind die Variante RII sowie die beiden Verfahrensvarianten bei Klassierung nach der Plattigkeit für die Varianten PI und PII , woraus sich zugleich (wie vorstehend erläutert) entsprechende konstruktive Ausgestaltungen für die Siebeinrichtungen einerseits, sowie hinsichtlich gemeinsamer oder getrennter Schwingantriebe andererseits, ergeben.
Aus einer Kombination aus verfahrenstechnischen Vorzugsvarianten mit konstruktiven Lösungsvarianten hinsichtlich möglicher Schwingungsformen für die Siebeinrichtung (vgl. Fig. 12) bzw. zugehöriger Anstellwinke) α, z. B. für feststehend angeordnete, schräggestellte Siebe und der möglichen Kopplung des. ersten und zweiten Klassierschrittes, sind bevorzugte konstruktive Ausgestaltungen für eine Sortiermaschine bzw. für Sortierabläufe in Abhängigkeit von dem gewünschten Sortierergebnis (Klassieren nach der Form auf der Basis von Hauptparametem des Partikels) zu gewinnen.
Grundsätzlich wird hinsichtlich der Schwingungsgeometrien auf die Fig. 12 Bezug genommen.
Hierbei wird der Parameter „Anstellwinkel α" durch zwei Möglichkeiten definiert. Entweder ist die Siebebene (Klassierebene) unter einem bestimmten Winkel angestellt bzw. schräg- gestellt, dann ist α > 0 oder die Siebebene bzw. Klassierebene ist horizontal angeordnet, dies wird mit α = 0 bezeichnet. Dabei wird eine Kombination von Anstellwinkel und Schwingungsform dann als bevorzugt angesehen, wenn durch die Kombination von Schwingung und/oder Anstellwinkel ein Transport der Partikel 1 als Aufgabegut in der Klassierebene (entlang der Siebebene) gewährleistet ist.
Wie bereits erläutert, besteht ein drittes Element für die vorteilhafte Ausgestaltung des Sortierverfahrens in der Möglichkeit die erste Klassierung und die zweite Klassierung ggf. mit einer gemeinsamen Siebeinrichtung integral einstückig auszuführen (was den Bau kompakter Sortiermaschinen zulässt), wobei unter Berücksichtigung der untersuchten Parameter Öffnungsgeometrie der Durchtrittsöffnungen und Partikelbewegung (Wurf oder Gleiten) für eine integrale Siebeinrichtung, die abschnittsweise beide Klassierschritte ausführen kann, grundsätzlich nur solche Konfigurationen in Betracht kommen, die die Verwendung der gleichen Schwingungsform bzw. Anregungsform für den Partikeltransport in der Klassierebene zulassen (gleiche Schwingungsform).
Eine Ausnahme besteht hier nur in der Verwendung einer Kreis- und Teilkreisschwingung im gekoppelten Betrieb, welche unter Kombination aus zwangsgeführter Kreisschwingung und Koppelstange realisiert werden kann. Eine solche Ausführungsform ist als mechanisches Ersatzschaltbild in Fig. 13 dargestellt. Hierbei kann die Siebeinrichtung 2 einerseits (Anlenkungspunkt A) durch eine Kreisschwingung angeregt werden, während der Siebeinrichtung 21 an ihrem anderen Ende (Anlenkpunkt B) eine Ellipsen- oder Bogenschwingung mittels entsprechender Anlenkung eines Koppelstabes 10 mit Schwingung in Pfeilrichtung verliehen wird.
In einem solchen Fall kann die Siebeinrichtung 2 ebenfalls zwei Klassierbereiche für eine erste Klassierung im linken Bereich und eine zweite Klassierung im rechten Bereich der Siebeinrichtung 2 enthalten.
Die Kombination der konstruktiven Voraussetzungen, verbunden mit verfahrenstechnischen Lösungsbedingungen, ermöglichen eine bevorzugte Auswahl von Verfahrensführungen und Konstruktionsvarianten für die Verfahrens- und vorrichtungstechnische Auslegung von Sortiermaschinen nach bevorzugten Ausführungsbeispielen, die zumindest eine erste und zweite Klassierung, die zum Erhalt von sortierten Fraktionen von Partikeln definierter Partikelform führen.
Es wird an dieser Stelle nochmals betont, dass die erste und zweite Klassierung auch in großem zeitlichen oder räumlichen Abstand durch Einzelaggregate ausgeführt werden können (bis hin zur manuellen Ausführung in Verbindung mit kleinen Aufgabemengen), wobei in der Kombination der ersten und zweiten Klassierung stets das gewünschte Sortierergebnis nach der Kornform und, je nach Wunsch, nach einer der drei Hauptabmessungen der Partikel erreicht wird.
An die zweite Klassierung kann sich auch eine dritte Klassierung nach der Komform oder eine weitere Sortierung nach anderen Partikeleigenschaften oder Parametern anschließen, was besonders bei Partikelgemischen aus unterschiedlichen Materialien von Bedeutung sein kann. Es kann also auch eine Kombination von seriellen Klassieren (= Sortieren nach der Kornform) mit mindestens zwei Klassierstufen in Kombination mit Sortieren nach anderen Partikelparametern oder -eigenschaften erfolgen. Vorzugsweise wird zur Verringerung des Komgrößeneinflusses, der den Komformeffekt und damit den Sortiereffekt in negativer Weise überlagert, durch den ersten Klassierschritt eine Fraktionierung durchgeführt bzw. wird diese Fraktionierung mit dem ersten Klassierschritt kombiniert.
Die aus der vorgenannten Verbindung der verfahrenstechnisch bevorzugten Lösungswege mit den konstruktiv möglichen bzw. bevorzugten Lösungswegen, führt zur Bildung von technisch umsetzbaren Lösungen.
Auch vor dem ersten Klassieren, ggf. in Einheit mit der Klassierung nach der Partikelgröße (Fraktionieren), können Sortierungen nach anderen Parametern der Partikel, wie Dichte, elektrische oder thermische Leitfähigkeit o. dgl. vorgenommen werden. Das zweifache serielle Klassieren kann also in Prozessführungen anderer Art eingebunden sein, in kontinuierlichen oder unterbrochenen, abschnittsweisen Verfahrensführungen.
In Fig. 14 ist nochmals korrespondierend zu der Darstellung des Wirkprinzips der „zweifache seriellen Klassierung" zur „Fraktionierung" des partikulären Aufgabegutes 1 in eine nadelige, kubische oder plattige „Fraktion" schematisch eine Siebeinrichtung 2 mit einem Lochblech 8 als Siebeinrichtung 2 in der ersten Klassierstufe (Klassierung in Längenklassen) und daran anschließend ein Stabrost 7 als Siebeinrichtung 2 in der zweiten Klassierstufe zur Klassierung in Dickenklassen gezeigt, so dass im Ergebnis eine Sortierung nach der Kubizität erfolgt (Klassierung nach den Hauptabmessungen a und c), wobei die Siebeinrichtung 2 hier über einen Linearschwinger angeregt wird.
Fig. 15 verdeutlicht schematisch ein verfahrenstechnisches Modell mit Aufgabe und Klassierung in Längenklassen in der ersten Klassierstufe sowie Klassierung in Dickenklassen in der zweiten Klassierstufe zum Erhalt einer nichtkubischen Fraktion im Siebunterlauf, während im Sieboberlauf eine kubische Fraktion erhalten wird, die ggf. einer weiteren Klassierung zugeführt wird.
In diesem Fall dient der erste Klassierschritt auch dazu, den Korngrößeneinfluss, der den Kornformeffekt und somit den Sortiereffekt häufig in negativer Weise überlagert, zu minimieren, so dass die erste Klassierstufe zugleich eine Fraktionierung des Aufgabegutes 1 (hier in zwei Fraktionen) wirkt. Die nachfolgenden Figuren beschreiben bevorzugte Ausführungsbeispiele für Sortiervorrichtungen (Sortiermaschinen), jeweils unterschieden in ihrer Sortierung nach der Nadelig- keit, Kubizität oder Plattigkeit und je nach Bauweise mit Durchführung des ersten und zweiten Klassierschrittes auf einer Siebeinrichtung 2 oder auf zwei getrennten Siebeinrichtungen 2.
Fig. 16 bis 18 verdeutlichen eine Sortiermaschine 10 für Sortierung nach der Nadeligkeit, d.h. nach den Abmessungen a und b, wobei beide Klassierschritte auf einem Deck, d.h. mit einer integralen Siebeinrichtung 2 durchgeführt werden. Die Siebeinrichtungen 2 in der Sortiermaschine bzw. Sortiervorrichtung 10, die sich in einem Gehäuse 11 befinden, das über Stützfedern 12 federgelagert ist, weisen hierbei 3D-Quadratlöcher 3 in Verbindung mit Rundlöchern 13 eines Lochbleches 8 auf. Es sind drei Fraktionen im Bereich des ersten Klassierschrittes (3D-Quadratlöcher 3) vorgesehen, wobei eine Materialaufgabe bei 14 vorgesehen ist.
Die in Fig. 16 bis 18 dargestellte Sortiermaschine 10 besteht aus drei übereinander angeordneten Klassierebenen für Grob-, Mittel- und Feingut. Die Siebeinrichtung 2 bildet eine Siebfläche für die Längsabmessung a der Partikel 1. Im zweiten Klassierschritt wird mit Hilfe der der Rundlöcher 13 nach der Partikelbreite b klassiert.
Von den entsprechenden Decks 15 bis 17, mit dem nach Nadeligkeit klassierten Grobgut, Mittelgut und Feingut, gelangt dieses in ein Gehäuse 18 eines Produktaustrages, in dem sich die Austragschurren 19 bis 21 für das nicht-nadelige Grob-, Mittel- und Feingut befinden, ebenso wie die entsprechenden Austragschurren 22 bis 24 für das nadelige Grobgut, Mittelgut und Feingut.
Mit 25 ist ein Unterkornaustrag bezeichnet.
In der schematischen Seitenansicht des Gehäuses für den Produktaustrag ist ein Austrag für nadeliges Material mit 26 und ein Austrag für nicht-nadeliges Material mit 27 bezeichnet. In diesem Fall wird also das nach der Nadeligkeit sortierte Grob-, Mittel- und Feingut wieder zusammengeführt. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Fraktionen beizubehalten und eine gemeinsame Zusammenführung in dem Austrag 26 (bzw. 27) zu vermeiden.
In den Fig. 19 bis 21 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Sortiervorrichtung bzw. Sortiermaschine 10 nach der Nadeligkeit schematisch gezeigt, wobei hier die erste und zweite Klassierstufe voneinander getrennt sind und auf zwei Decks, d.h. zwei jeweils für jede Fraktion getrennten Siebeinrichtungen 2 durchgeführt wird.
In diesem Fall werden jeweils als Lochblech 8 ausgestaltete Siebeinrichtungen 2 in der ersten und zweiten Klassierstufe verwendet.
Auch hier sind wieder drei Fraktionen (Grobgut, Mittelgut und Feingut) gebildet.
Im übrigen wird auf die Beschreibung zu der Ausführung mit integraler Siebeinrichtung verwiesen.
In den Fig. 22 bis 24 ist eine Sortiermaschine 10 bzw. Sortiervorrichtung 10 für eine Sortierung nach der Kubizität in schematischer Darstellung gezeigt.
Die integrale Siebeinrichtung 2 ist hierbei als Lochblech 8 in Verbindung mit einem Stabrost 7 ausgebildet. Auch hier sind wieder drei Fraktionen gebildet und es erfolgt zunächst eine Sortierung in Grob-, Mittel- und Feingut nach der Kubizität, so dass Austrag 26 nichtkubisches Material, in dem Austrag 27 kubisches Material in Zusammenführung der drei Fraktionen gebildet und abgeführt werden kann.
Auch hier kann selbstverständlich auf eine Zusammenführung der Fraktionen Grob-, Mittel- und Feingut verzichtet werden und jeweils das nach der Kubizität und nach der Partikelgröße sortierte Material aus der Sortiervorrichtung abgeführt werden.
In entsprechenderweise wie für die Sortiervorrichtung bzw. Sortiermaschine 10 nach der Nadeligkeit gemäß den Fig. 19 bis 21 ist auch in den Fig. 25 bis 27 eine Sortierung nach der Kubizität auf zwei Decks, d.h. unter Auftrennung des ersten und zweiten Klassierschrittes auf zwei Siebeinrichtungen 2 dargestellt. Im Übrigen bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ab Fig. 16.
Schließlich ist eine entsprechende Darstellung in den Fig. 28 bis 30 für eine Sortierung in drei Größenfraktionen nach der Plattigkeit mit einem Lochblech und SD-Rechtecköffnungen im ersten und zweiten Klassierschritt mittels einer integralen einheitlich Siebeinrichtung 2 gebildet, während in den Figuren 31 bis 33 eine Sortierung nach der Plattigkeit unter Verteilung des ersten und zweiten Klassierschrittes auf zwei getrennte Siebeinrichtungen 2 gezeigt ist. Auch hier wird wieder hinsichtlich der einzelnen Elemente auf die vorangegangenen Erläuterungen mit den entsprechenden Bezugszeichen verwiesen. Durch die Erfindung ist eine vorteilhafte Sortierung von Partikeln nach der Partikelform möglich, die zu wesentlich effizienteren Sortierprozessen und optimierten oder vollkommen neuen Materialeigenschaften führt. So kann etwa eine deutlich verbesserte Packungsdichte als auch Isotropie oder Anisotropie bei Verwendung von geeigneten vorsortierten Partikeln erzielt werden. Die Verarbeitbarkeit oder Reaktionsfähigkeit von Partikeln lässt sich ebenso modifizieren. Darüber hinaus kann die Förderfähigkeit von Materialien deutlich verbessert werden, wenn vorher eine vorteilhafte Sortierung von Partikeln gemäß der Erfindung vorausgegangen ist.
Die Erfindung kommt zum Einsatz unter anderem, aber nicht ausschließlich, für Sortierprozesse in der Landwirtschaft wie etwa bei der Ernte und Weiterverarbeitung von Obst, Gemüse, Beeren und Getreide, bei Saatgut, Düngemitteln, Futtermitteln, Gewürzen, Kaffeebohnen, Nüssen, Tabak, Tee, Eiern oder anderen tierischen Produkten, sowie Fisch, Fleisch oder (Zwischen)Produkten daraus, sowie anfallenden Abfall- oder Nebenprodukten; in der Industrie für die Reinigung bzw. Verarbeitung von Rohstoffen wie Splitt, Schotter, Erzen, Kohlen, Salze, Holzwerkstoffen sowie Halbzeugen oder Zwischenprodukten, natürlichen oder synthetischen Schüttgüter oder Pulver wie etwa Kalk, Zement, Fasern, Koks, Naturgraphit, synthetischer Graphit, Kunststoffe sowie deren Zuschlagsstoffe, Verbundwerkstoffe, Keramik, Glas, Metall, Holzspäne, Zuschlagsstoffe für industrielle Prozesse, Strahl- oder Poliermittel, Schrauben, Nägel, Münzen, Edelsteine, Halbedelsteine, Schrott, Recyclate oder andere Abfallströme, Schüttgüter oder Pulver in der Chemie- oder Pharmaindustrie, wie etwa Waschpulver, Pigmente, Schüttungen für Reaktoren, Katalysatoren, medizinische oder kosmetische Wirk- und Hilfsstoffe oder Tabletten.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Sortieren von Partikeln (1 ), wobei in einer zeitlichen und/oder räumlichen Abfolge Partikel in zumindest zwei Klassierstufen nach ihrer Partikelform sortiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sortierung der Partikel (1) nach ihrer Partikelgeometrie (a, b, c) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sortierung der Partikel (1) nach ihren Parametern Nadeligkeit und/oder Kubizität und/oder Plattigkeit erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sortierung nach einem dieser Parameter einer Sortierung nach zumindest einem weiteren dieser Parameter zeitlich und/oder räumlich vorgeordnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sortierung durch zwei- oder dreidimensionale Klassierung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierung in einer schwingenden oder nicht schwingenden, vorzugsweise geneigten Klassierebene erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierebene rechteckförmige, insbesondere quadratische, und/oder elliptische, insbesondere kreisförmige, Durchtrittsöffnungen aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (1) im Bereich der Durchtrittsöffnungen (3; 4) entlang einer geneigten Ebene (6) geführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchtrittsöffnung durch einen vertikalen Abstand der Ebene von einer gegenüberliegenden, die Durchtrittsöffnung begrenzenden Kante (5) in der Klassierebene bestimmt wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Klassierung der Partikel (1) nach einer maximalen Partikelausdehnung (a), insbesondere einer Partikellänge, und dann eine Klassierung der Partikel nach der zur maximalen Partikelausdehnung im Wesentlichen senkrechten, mittleren Partikelausdehnung (b), insbesondere einer Partikelbreite, erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend eine Klassierung der Partikel (1) nach der maximalen Partikelausdehnung (a), insbesondere der Partikellänge, und dann eine Klassierung der Partikel (1) nach der zur maximalen und mittleren Partikelausdehnung im Wesentlichen senkrechten, minimalen Partikelausdehnung (c), insbesondere einer Partikeldicke oder anschließend zunächst eine Klassierung der Partikel (1) nach der zur maximalen Partikelausdehnung senkrechten, mittleren Partikelausdehnung (b), insbesondere einer Partikelbreite, und dann eine Klassierung der Partikel (1) nach der zur maximalen und mittleren Partikelausdehnung im Wesentlichen senkrechten, minimalen Partikelausdehnung (c), insbesondere einer Partikeldicke, erfolgt.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihenfolge einer Sortierung der Partikel (1) nach ihrer Nadeligkeit und/oder Kubizität und/oder Plattigkeit frei gewählt wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klassierung der Partikel (1) jeweils durch Siebung erfolgt.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sortieren der Partikel (1) durch Klassieren in zumindest einer Klassierebene mit einem bewegten oder unbewegten Siebeinrichtung (2) und vorbestimmten Öffnungsgeometrien von Durchtrittsöffnungen erfolgt.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sortieren durch Klassieren der Partikel (1) mit einem bewegten Sieb durch Kreis-, Ellipsen-, Linear- oder Planschwingung oder mit einem unbewegten Sieb mit einer geneigten Siebebene erfolgt.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klassierung der Partikel (1) mittels Sieben mit Durchtrittsöffnungen vorbestimmter Öffnungsgeometrien, insbesondere Rundloch, Langloch, 3D-Quadratloch oder 3D-Langloch, insbesondere auch in Kombination miteinander, erfolgt.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingfrequenz und/oder eine Amplitude eines Schwingsiebes partikelspezifisch zur Einstellung einer vorbestimmten Partikelbewegung eingestellt werden.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sortieren durch Klassieren der Partikel (1) nach der maximalen Partikelausdehnung (a) mit einem vorbestimmten Rundloch, Langloch, 3D- Quadratloch oder einem 3D-Rechteckloch durchgeführt wird.
19. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sortieren durch Klassieren der Partikel (1) nach der zur maximalen Partikelausdehnung (a) im Wesentlichen senkrechten, mittleren Partikelausdehnung (b) mit einem vorbestimmten Rundloch, durchgeführt wird.
20. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Sortieren durch Klassieren der Partikel (1) nach der zur maximalen Partikelausdehnung (a) im Wesentlichen senkrechten, minimalen Partikelausdehnung (C) mit einem vorbestimmten Langloch oder 3D-Rechteckloch durchgeführt wird.
21. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sortieren der Partikel (1) ein Fraktionieren vorausgeht.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass Partikel (1) unterschiedlicher Fraktionen parallel in einer gemeinsamen Einrichtung durch Klassierung sortiert werden.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fraktionieren der Partikel (1) gemeinsam mit einem ersten Sortieren durch Klassieren erfolgt.
24. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Sortieren in zumindest zwei Klassierstufen einer gemeinsamen Sortiereinrichtung (2) erfolgt.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Sortieren für beide Klassierstufen mit einem, insbesondere gemeinsamem Lochblech erfolgt.
26. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Sortieren in zumindest zwei Klassierstufen mit separaten Sortiereinrichtungen (2) in separaten Gehäusen (11) erfolgt.
27. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Sortieren durch Klassieren der Partikel (1) nach der zur maximalen Partikelausdehnung (a) im Wesentlichen senkrechten minimalen Partikelausdehnung (c) mit einem Stabrost mit einem vorbestimmten Stababstand (Δs) oder einem Langmaschengewebe mit einem vorbestimmten Maschenabstand (Δs) als Siebeinrichtung (2) durchgeführt wird.
28. Vorrichtung zum Sortieren von Partikeln (1) eines Aufgabegutes nach ihrer Partikelform mit einer Klassierungseinrichtung zum Klassieren der Partikel (1) insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 26, mit einer ersten Klassierungseinrichtung zum Klassieren der Partikel (1) nach Hauptabmessung (a) der Partikel, insbesondere einer maximalen Partikelausdehnung (a), und einer zweiten Klassierungseinrichtung zur Klassierung der Partikel nach einer zur maximalen Partikelausdehnung der vorgenannten Hauptabmessung im Wesentlichen senkrechten, weiteren Hauptabmessung der Partikel (1), insbesondere einer mittleren Partikelausdehnung (b).
29. Vorrichtung zum Sortieren von Partikeln (1) eines Aufgabegutes nach ihrer Partikelform mit einer ersten Klassierungseinrichtung zum Klassieren der Partikel (1) nach ihrer maximalen Partikelausdehnung (a), insbesondere einer Partikellange, und einer dritten Klassierungseinrichtung zum Klassieren der Partikel (1) nach einer zur maximalen und mittleren Partikelausdehnung im Wesentlichen senkrechten, minimalen Partikelausdehnung (c) oder mit einer zweiten Klassierungseinrichtung zum Klassieren der Partikel (1) nach einer zur maximalen Partikelausdehnung (a) im Wesentlichen senkrechten, mittleren Partikelausdehnung (b) und einer dritten Klassierungseinrichtung zum Klassieren der Partikel (1) nach einer zur maximalen und mittleren Partikelausdehnung (a, b) im Wesentlichen senkrechten, minimalen Partikelausdehnung (c).
30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche und/oder örtliche Reihenfolge der Klassierungseinrichtungen variabel ist.
31. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite und/oder dritte Klassierungseinrichtung eine erste und/oder zweite und/oder dritte Siebeinrichtung (2) ist.
32. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Klassierungseinrichtungen integral ausgeführt sind, insbesondere durch eine integrierte Siebeinrichtung mit Durchtrittsöffnungen unterschiedlicher Öffnungsgeometrie gebildet sind.
33. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche 21 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest zwei Klassierungseinrichtungen getrennt voneinander ausgeführt sind, insbesondere durch separate Siebeinrichtungen (2) mit Durchtrittsöffnungen (13) gleicher oder unterschiedlicher Öffnungsgeometrie gebildet sind.
34. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierungseinrichtungen als Siebeinrichtungen Kreis-, Ellipsen-, Linear- oder Planschwinger sind oder eine feststehende Klassierungsebene durch eine geneigt angeordnete Siebeinrichtung gebildet ist.
35. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Klassierungseinrichtung eine Siebeinrichtung (2) mit Durchtrittsöffnungen vorbestimmter Öffnungsgeometrien, insbesondere Rundloch (13), Langloch, 3D-Quadratloch (3) oder 3D-Langloch (4), insbesondere in Kombination miteinander, ist.
36. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Klassierungseinrichtung eine als Schwingsieb ausgebildete Siebeinrichtung (2) ist, mit einer Schwingfrequenz und/oder Amplitude, die produktspezifisch zur Einstellung einer vorbestimmten Partikelbewegung, insbesondere eines vorbestimmten Partikelwurfs einstellbar sind.
37. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierungseinrichtung zur Klassierung der Partikel nach einer maximalen Partikelausdehnung (a) eine Siebeinrichtung (2) mit einem Lochmuster mit einem vorbestimmten Rundloch, Langloch, 3D-Quadratloch oder 3D-Langloch, insbesondere in Kombination miteinander, aufweist.
38. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierungseinrichtung zur Klassierung der Partikel nach der zur maximalen Partikelausdehnung (a) im Wesentlichen senkrechten, mittleren Partikelausdehnung (b) eine Siebeinrichtung (2) mit einem vorbestimmten Lochdurchmesser (DLθch), insbesondere ein Lochblech, oder eine Siebeinrichtung mit einer vorbestimmten Maschenweite aufweist.
39. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierungseinrichtung zur Klassierung der Partikel nach der zur maximalen und mittleren Partikelausdehnung (a, b) im Wesentlichen senkrechten, minimalen Partikelausdehnung (c) eine Siebeinrichtung (2) ist, die aus Stäben gebildet oder ein Langmaschengewebe ist, mit einem vorbestimmten Stab- oder Maschenabstand (Δs) oder einem 3D-Rechtecklochbelag.
40. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 39, gekennzeichnet durch eine erste und zweite als erste und zweite Siebeinrichtung ausgebildete Klassierungseinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder mit einer gemeinsamen Antriebseinrichtung und/oder mit einer die Partikel über die Klassierungseinrichtungen führenden Fördereinrichtung.
41. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Siebeinrichtung eine Klassierung nach einer maximalen Partikellänge, die zweite Siebeinrichtung eine Klassierung nach einer mittleren zur Partikellänge im Wesentlichen senkrechten maximalen Partikelbreite und die dritte Siebeinrichtung zur Klassierung der Partikel nach einer zu Partikellänge und/oder Partikelbreite im Wesentlichen senkrechten, maximalen Partikeldickβ vorgesehen ist.
42. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 28 bis 41 , gekennzeichnet durch eine Fraktioniereinheit und eine Sortiereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse, wobei in der Sortiereinheit eine Klassierung nach zumindest einem von maximaler Partikellänge und/oder maximaler Partikelbreite und/oder maximaler Partikeldicke erfolgt.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fraktionseinheit zugleich eine erste Klassierungseinrichtung ist.
44. Verwendung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 43 zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 26, oder zur Sortierung von Kohle für Hochöfen oder zur Sortierung von Schotter/Splitt oder zur Pulververarbeitung oder zur Sortierung von Schüttungen für Festbettreaktoren nach deren Partikelform.
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