WO2023187216A1 - Maschine zum fraktionieren von getreidemahlprodukten - Google Patents

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WO2023187216A1
WO2023187216A1 PCT/EP2023/058615 EP2023058615W WO2023187216A1 WO 2023187216 A1 WO2023187216 A1 WO 2023187216A1 EP 2023058615 W EP2023058615 W EP 2023058615W WO 2023187216 A1 WO2023187216 A1 WO 2023187216A1
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WO
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Prior art keywords
sieve
holes
machine according
sieves
flat body
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/058615
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Ensslin
Jonas SCHÄR
Original Assignee
Swisca Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CH000375/2022A external-priority patent/CH719570A1/de
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Publication of WO2023187216A1 publication Critical patent/WO2023187216A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B1/00—Sieving, screening, sifting, or sorting solid materials using networks, gratings, grids, or the like
    • B07B1/46—Constructional details of screens in general; Cleaning or heating of screens

Definitions

  • the invention relates to a machine for fractionating ground grain products, for example a plansifter or a semolina cleaning machine.
  • Machines for fractionating ground grain products are used to separate components of a milled material into coarser and finer-grained components and, depending on the case, components of different densities as well as to remove foreign bodies from the milled material.
  • the separation of the ground material into differently grained components is also called “classifying” or “fractionating”.
  • Plansifters and so-called semolina cleaning machines are particularly well known among the machines for fractionating ground grain products. Plansifters are generally used in milling to fractionate ground grain products between and after passes through the roller mill of a grain mill. They can also be used for so-called control sifting, i.e. sifting through flour that is ready for sale.
  • Semolina cleaning machines are used to divide semolina components in a process downstream of the grinding process or between grinding processes.
  • the process of fractionating grain milled products should not be confused with the upstream process of cleaning to which grain grains are subjected to separate straw, stones, foreign bodies, seedlings or sand from the grain, and for which - comparatively coarse - sieves are also used.
  • Plan sifters have sieve compartments, each of which has a stack of sieves that function as plan sieves.
  • the screens are each stretched onto primary frames, so-called “insertion frames,” which in turn are inserted into screen frames (referred to here as “secondary frames”).
  • the sieve compartments are set into horizontal oscillating movements by a suitable drive mechanism, in particular circular oscillations in the sieve plane.
  • so-called sieve cleaners are also used in plan sifters, i.e. movable elements which are driven by the movements of the sieve compartments and, through their movement relative to the respective sieve, free it from blocked parts of the sieve.
  • the sieves used are also arranged in several layers and they are also made to vibrate. However, in contrast to flat sieves, such as those used in plan sifters, they do not swing (only) in the sieve plane, which is why they are classed as throwing sieves. In addition, semolina cleaning machines generate an air flow to which the material to be screened is exposed during the screening process.
  • sieves of different mesh sizes are generally used, so that fractionation into more than two components is possible, which are either packaged for sale or subjected to further processing steps, for example a new run through the roller mill become.
  • Fabrics made of a plastic yarn or plastic filament, for example made of PET or polyamide, are known as sieves for such plansifters or semolina cleaning machines.
  • Mesh made of metallic wires is also available, especially for pre-screening with large mesh sizes, as this process often involves strong abrasion. Since the sieves are designed as fabric, the corresponding meshes are square.
  • the mesh size is defined as the distance between adjacent threads or wires.
  • a sieve For fastening, a sieve is placed on the intended insert frame made of wood, plastic or metal, pre-stressed and glued in the tensioned state, for example using cyanoacrylate.
  • the use of such adhesives, which can come into contact with the food to be processed, is increasingly perceived as disadvantageous.
  • shale shakers are known from the petroleum industry, with which solid residues can be removed from drilling mud, such as that produced during the extraction of shale oil.
  • WO 2017/019580 suggests using a metallic perforated plate as a sieve, with the document listing all common methods with which metallic perforated plates can be created, including laser drilling, chemical etching, spark erosion, water jet cutting, punching, and others, and where It is claimed that an extremely wide range between 1 pm and 5000 pm is possible for the size of the holes.
  • Such a “shale shaker” is in no way suitable for processing ground grain products.
  • US2166367 relates to a process for producing metallic 'screens', i.e. grid structures such as those used in screens, but also in printing processes. According to US2166367, the process is intended to create significantly more regular holes than simply etching holes in a metal sheet. The process is multi-stage and involves the galvanic deposition of material on a specially manufactured matrix with elevations. The procedure is relatively complicated and time-consuming. For this reason alone, grid structures produced according to US2166367 would not be suitable as sieves for industrial use in machines such as plan sifters or semolina cleaning machines.
  • the throughput per sieve surface depends on the number of meshes per sieve surface for a certain mesh size. This number can be optimized by using thinner threads or wires to increase the ratio between the open sieve area and the total sieve area, or more precisely defined, between the open sieve area and the net sieve area (area of the sieve minus the frame and any bars, i.e. the area over which the sieve is free). hangs) is enlarged.
  • optimization in this way is limited by the fact that stability must be guaranteed, which is true for every material used sets a lower limit for the permissible thread or wire diameter.
  • Other optimization options such as the use of optimized screen cleaners, only lead to further improvements in efficiency to a limited extent.
  • a further object of the present invention is to further develop machines for fractionating ground grain products so that they have additional functions and/or are suitable for new applications.
  • Machines of the type described here have at least one sieve compartment - often several, for example, sieve compartments arranged next to one another - each with an arrangement of several sieve elements with sieves.
  • the sieve compartments have stacks of sieve elements.
  • the machine is set up to cause the sieve elements to vibrate, for example in the form of circular movements that are triggered by the rotation of an unbalance; Forced movements are also conceivable.
  • circular movements are included, regardless of the type of excitation.
  • the sieve compartments as a whole are caused to vibrate, i.e. the stacks of sieve elements make common, especially circular movements.
  • the sieve is designed as (at least) a flat body, for example made of metal.
  • the sieve holes are present as through holes.
  • Non-metallic materials are also conceivable, in particular materials with sufficient dimensional stability that are suitable for an etching process and/or an additive manufacturing process - for example ceramic materials that are suitable for the 3D screen printing process, for example, or hard thermoplastic or hardenable (thermoset) plastics .
  • a “flat body” is a film or plate, i.e. a coherent object extending in two dimensions with a particular constant thickness (extension in the third dimension), which is at least one order of magnitude smaller than the dimensions in both other dimensions (length and width). Depending on the thickness, such a flat body is perceived more as a film or a plate.
  • a flat body can in particular be a sheet metal in the broader sense of the term; In specific embodiments, the flat body in the present context is a sheet, even in the narrower sense of the term, that is, a metal product produced by rolling.
  • a defined edge running around the respective through hole is formed between the top and, for example, the bottom surface of the sieve on the one hand and the walls of the through holes on the other hand, whereby the angle can be approximately 90 °.
  • a pronounced edge is present when the top surface merges into the wall of the through hole without a continuous curvature, or when the average radius of curvature of a transition region that can still be determined when viewed under a microscope is much smaller than half the thickness of the flat body, for example smaller than one Fifth, one eighth or one tenth of the thickness of the flat body.
  • the through holes are different from slot-like holes in that they are essentially the same width as they are long in the sieve plane. They are in particular round or have approximately the shape of a regular polygon.
  • the average ratio between the longest extent of the passage dissolvers in the sieve plane and the smallest extent in the sieve plane can accordingly be comparatively small, for example not more than 1.5, in particular not more than 1.3, 1.2 or 1.1.
  • Through holes with this property are suitable for machines in which the sieve elements are subjected to uniform, for example circular, movements in the plane. They also enable good discrimination of screening particles even if they are not spherical, which will inevitably be the case with ground grain products.
  • the sieve was created using an abrasive process starting from a metal sheet or a film/plate made of another material.
  • the parallel processes are particularly suitable, in which the removal process is carried out for all through holes - or for a large group of through holes, for example entire contiguous areas of the sieve - at the same time.
  • One such process is etching.
  • the sieve element can therefore have an etched metal sieve. Etching creates through holes with walls approximately perpendicular to the screen surface.
  • the screen is manufactured by an additive manufacturing process, i.e. a manufacturing process in which the material of the screen is applied layer by layer to produce the screen
  • Essentially parallel processes are also particularly suitable among additive manufacturing processes.
  • at least the hardening process takes place in layers over the entire surface of the screen or over at least a partial surface in parallel. This is in contrast to processes in which a laser beam cures locally and selectively and therefore has to travel across the entire screen surface.
  • Substantially parallel processes can in particular be processes from the category of extrusion processes in the broader sense, in which a 2D mold is used through which the material to be hardened is pressed.
  • 3D screen printing a suspension with particles of the material from which the object to be produced is to be made, here the sieve, is passed in layers, using a squeegee, through a grid provided with a template, the so-called screen printing screen (not to be confused with the machine's screen to be produced ) pressed.
  • the template therefore serves as a printing form in the sense of an extrusion process and defines (in two dimensions) the shape of the body to be produced. Each layer is cured before the next layer is applied. After all layers have been applied, sintering can take place for densification.
  • a screen printing screen When applied to the production of the screen, a screen printing screen is created with a template that represents a negative of the screen to be produced and then used for the additive manufacturing process. Manufacturing a screen using such an additive process also produces through holes with walls approximately perpendicular to the screen surface and with pronounced, well-defined edges between the screen surface and the walls.
  • Sieves of the type according to the invention - this applies to both groups of embodiments - therefore have webs between the sieve holes which are rectangular in cross section (i.e. essentially rectangular, as described in more detail below), in contrast to round cross sections of the threads or wires of the woven Sieves.
  • the sieve forms a flat structure, in contrast to woven sieves, in which the threads or wires lie on top of each other at crossing points.
  • edges that arise on the top side of the webs in a sieve according to the invention have an important influence. Firstly, they can lead to a particle subject to random movements being less likely to hit a surface on which it gets stuck and more likely to hit an edge of the etched screen. Secondly, they can lead to a lower probability that temporarily stable structures will arise from the screening material that extend beyond the screening hole.
  • etched screens or screens manufactured using an additive manufacturing process are free of structures that protrude beyond the screen level. This distinguishes them, for example, from stamped structures, such as those known from coarse perforated sheets, which each have a sharp ridge on one side, while they taper conically on the other side. It turns out that the absence of such structures has a positive effect on the efficiency of the etched screens.
  • Another advantage is that the sieve as a flat body with through holes is easier to clean compared to the prior art, especially using ultrasound.
  • the through holes can be arranged in a hexagonal structure, i.e. offset from row to row. This takes advantage of a further advantage of the procedure according to the invention: the arrangement of the sieve holes can be freely chosen: you are not tied to a rectangular arrangement.
  • the hexagonal structure has the advantage that, given the minimum web width, the highest possible number of screen holes can be arranged per screen surface. This can increase the efficiency gain even further.
  • the shape of the sieve holes can also be freely determined within limits that are defined by the etching process or the additive manufacturing process. Therefore, not only the arrangement but also the shape of the sieve holes can be approximately hexagonal. This allows the ratio between open screen area and net screen area to be maximized for a given minimum web width. For example, it can be provided that the through holes of very fine sieves of the machine, for example up to a mesh size of approximately 0.3 mm, are approximately round, while larger through holes are hexagonal.
  • a machine according to the invention has, for example, at least one sieve with through holes with a mesh size between 0.08 mm and 1 mm. In particular, it can have at least one sieve with a mesh size of more than 0.3 mm and with hexagonal through holes.
  • the mesh size is defined in this text as the square root of the area of the through holes in the horizontal section.
  • the width of the webs between the through holes can just about correspond to the thickness of the flat body. For webs with a non-constant width, this applies to the width at the narrowest point. "Approximately corresponding to the flat body thickness” means here that the web width corresponds to not less than 40% or not less than 50% of the flat body thickness and not more than 160% or not more than 130% of the flat body thickness, and in particular between 60% and 100% of the flat body density can lie.
  • the sieve is produced by etching, as already mentioned (industrial etching processes are sometimes also referred to with the English-language term “chemical milling”; in the present text “Etching” generally refers to material-removing processes using substances that attack the material). Etching has the advantage that the process is parallel, in contrast to lasering, for example, which can be crucial for the efficiency of production, especially with fine-mesh screens.
  • the sieve holes through holes can in particular be etched from both sides, ie from above and from below.
  • the screens are designed in such a way that the etching is asymmetrical from above and below, with more material being removed from below and the narrowest point of the through holes correspondingly being located above a central plane of the flat body. This minimizes the likelihood of a particle of the material being screened becoming jammed in a through hole.
  • the layers from which the screen is constructed are in particular parallel to the two large surfaces ('top and bottom') of the flat body.
  • the sieve is in particular metallic.
  • the flat body from which the sieve is made is metallic, there is also the option that it is made from a magnetic (ie magnetizable, i.e. ferromagnetic or ferrimagneti) material, for example a magnetic steel.
  • a magnetic (ie magnetizable, i.e. ferromagnetic or ferrimagneti) material for example a magnetic steel.
  • Ferromagnetic stainless steels particularly martensitic or ferritic steels or steels with corresponding proportions
  • the Using a magnetizable material has the following advantage: If the screen breaks, which can occur over time, it is possible to remove a magnetic screen fragment from the material to be screened by exposing the area with the fragment to a magnetic field.
  • the sieve can be attached to a primary frame by means of screws. Therefore there is no need to use glue.
  • a prerequisite for weldability is that the screen is designed as a flat body with through holes. Only because of this configuration can forces that act on the webs between the through holes be diverted sufficiently well to the entire periphery of the sieve and from there to the primary frame. Welding wires to form a wire mesh screen as known from the prior art would also theoretically be possible; however, it would be time-consuming and impractical.
  • the sieve element can have a secondary frame on which the primary frame is placed or which holds and/or accommodates the primary frame in another way.
  • the secondary frames of a sieve compartment can be stacked on top of one another, and/or they can be held by a sieve compartment housing and serve as modules of such.
  • a secondary frame in addition to the primary frame is not necessary. It is also possible for the primary frames to be attached directly to the screen compartment housing and/or stacked on top of each other and thus serve as a screen frame. Then the sieve elements consist only of the primary frame with the sieves attached to it.
  • a sieve for use in such a machine as well as this use itself and a method for producing a sieve for such a machine are also objects of the present invention.
  • sieves for machines for fractionating ground grain products have a relatively large area of more than 100 cm 2 , often at least 0.35 m 2 .
  • a sieve according to the approach according to the invention can be in one piece, i.e. made from a single flat body.
  • more than one flat body for example two or more flat bodies being placed next to each other as strips or pieces and attached to the primary frame.
  • the primary frame to which the sieve is directly attached, can, in addition to an outer frame part which spans the sieve surface, also have rods spanned by the sieve.
  • the sieve is attached not only to the outer frame part, but also to the bars.
  • the manufacturing method includes providing the flat body and producing the through holes in a material-removing process, for example etching, for example from both flat sides.
  • these steps are replaced by the additive manufacturing process.
  • This includes providing a suspension with, in particular, metallic (or made of another suitable, for example weldable, material) suspended in a solvent existing) particles and possibly other components, such as binders or other additives.
  • the method includes applying the suspension in layers, each layer having the shape which corresponds to the shape of the flat body to be produced with the through holes (horizontal cut). This can be done using a stencil (in 3D screen printing) or, in a non-parallel process, through selective hardening using a laser beam. In the former case, each layer is at least partially cured after application before the next layer is applied.
  • This curing can take place as an actively induced step, for example irradiation with electromagnetic radiation (infrared or possibly visible and/or UV) or by blowing hot air with a hot air blower and/or another type of energy supply.
  • electromagnetic radiation infrared or possibly visible and/or UV
  • blowing hot air with a hot air blower and/or another type of energy supply.
  • the writing is carried out passively, with the material hardening on its own, for which sufficient time is provided.
  • Methods according to the first group and methods according to the second group have the commonality that a very flat surface with pronounced edges is created between the surface (i.e. the top and also the bottom) on the one hand and the walls of the through holes, despite the very small ones due to the application Size of the through holes.
  • the distinctive edges result from the properties of the abrasive etching process used.
  • processes according to the second group they result from the fact that the layers applied one after the other will always be relatively thin compared to the thickness of the entire screen, and because due to the peculiarities of the processes, each layer can have exactly the same dimensions.
  • the method can include attaching the flat body to a primary frame, for example by welding, in particular laser welding or spot welding. It is a particular advantage of the procedure according to the invention that the flat body does not have to be particularly tightly clamped - it can be sufficient that it is correctly dimensioned and placed on the primary frame and then attached to it. This means that both the disadvantageous gluing and the use of a clamping device can be dispensed with.
  • a sieve according to the second group of embodiments can optionally be set up to enable automatic detection of sieve breaks.
  • the screen in addition to electrically insulating material, has a conductor track which is embedded in particular in the electrically insulating material.
  • the conductor track forms an electrode in at least two places - in particular at the two ends of the conductor track.
  • the machine is then set up to use a suitable sensor to determine whether there is electrical contact between the two electrodes. If this is not the case, the conductor track is interrupted, which is a sign that the screen has broken.
  • the machine can indicate the sieve breakage to the user and thus enable the sieve to be replaced at an early stage without causing damage due to the passage of unsifted screening material through a sieve surface or due to sieve fragments in the sieve material.
  • a further aspect of the present invention relates to the use of a sieve of the type described in this text, which is designed as a flat body with through holes, as a sieve of a machine for fractionating ground grain products - in particular a machine of the type described, in which the sieves are sieve compartments (open or closed) which are set into oscillating movements.
  • Yet another aspect of the invention relates to a novel application of a machine for fractionating ground grain products with sieves which are set in motion, for example circular movements, in order to promote the at least partial passage of screening material to be fractionated, with at least one of the sieves as a flat body is formed with through holes.
  • Spent grain refers to the by-product that remains as a residue after the malt ingredients have been removed during beer production or analogous processes.
  • Spent grain is a ground grain product because the grain - for example barley - is crushed after malting and kilning and before mashing, i.e. subjected to a (comparatively coarse) grinding process.
  • Spent grain usually - and generally quite intentionally - contains insoluble protein components and other ingredients as well as the husks of the grain used. Because of these husks, the spent grain is unsuitable for subsequent fractionation, as the husks very quickly clog the sieves of plansifters and similar machines. Not least for this reason, spent grain is mainly used as animal feed. However, due to its protein richness, the spent grain would also be suitable for the production of high-quality human food, for example meat substitute products. An efficient one An approach to sieving out husks and other coarse components from the spent grain would therefore be desirable.
  • Fig. 1 a view of a plansifter
  • Fig. 2 a sieve stack
  • Fig. 3 an exploded view of a sieve element with sieve, primary frame and secondary frame;
  • Fig. 4 a primary frame with a sieve
  • Fig. 5 schematically a section of a sieve with a hexagonal structure
  • FIG. 6 also shows a schematic section of a sieve with a square grid arrangement
  • Fig. 7 a cross section through the sieve according to Fig. 5;
  • Fig. 9 shows schematically an alternative cross-sectional shape
  • Fig. 12 shows a horizontal section through a sieve with automatic sieve break detection
  • Fig. 13 shows a detail from a cross section through the sieve according to Fig. 12.
  • Figure 1 shows, as an example of a machine for fractionating ground grain products, a plansifter 1 as used in grain mills.
  • the plansifter comprises a plurality of sieve compartments 3, which are mounted in a room via a common suspension device 4 so that common horizontal oscillating movements are possible.
  • a drive (not visible in Fig. 1) is set up to cause the ensemble of sieve compartments to oscillate horizontally, for example.
  • the plan sifter has flexible feed lines 6 as the screening material inlet and also flexible outlet lines 7 as the screening material outlet.
  • Each sieve compartment 3 has a stack of sieve elements 11, shown schematically in FIG. 2, each with a sieve, whereby the sieves can have different mesh sizes.
  • a lateral screening material guide through which screening material that has not been screened through each sieve (which, for example, is removed to the side and, for example, guided to another sieve element located further below) and possibly also screening material that has been screened through is transported further.
  • the sieve compartments are designed in such a way that the supplied sieve material is selected into sifted sieve parts of different grain sizes, so that - depending on the sieve material supplied - the sieve parts fed into the different sieve removal lines 7 have different properties.
  • This principle which is known per se, is implemented according to the present invention in such a way that at least some of the sieves used are present as, for example, metallic flat bodies with through holes, for example as etched or additively manufactured sieves.
  • semolina cleaning machines Like plan sifters, semolina cleaning machines also have several sieve elements that can be arranged one above the other. When it comes to semolina cleaning machines, we generally don't speak of "screen stacks" - the number of screens arranged one above the other is often smaller than in plansifters - but rather of screen layers. In contrast to plansifters, the oscillating movement to which the sieves are subjected is different, which is why the sieves act as throwing sieves. The following statements on the nature of the sieve elements and sieves generally concern machines for fractionating ground grain products, including both plan sifters and semolina cleaning machines.
  • FIG 3 shows schematically an exploded view of a screen element 11.
  • a screen frame 21 (secondary frame) acts as a supporting structure. It can also have a structure (not shown in Figure 3) for guiding so-called screen cleaners, which are also not shown in the drawings, and which are optional can be present, for example, to knock on the sieve from below.
  • the actual sieve 23 is attached to a primary frame 25, which can be placed in the sieve frame 21 and is guided by it.
  • the primary frame 25 has an outer frame part 26, which forms a rectangle, as well as rods 27 spanned by the sieve 23.
  • the frame elements of the outer frame part 26 and the rods 27 spanned by the sieve can each have rectangular or other cross-sections.
  • FIG. 4 shows the primary frame 25 with the sieve 23 attached to it. It is an advantage of the invention that the attachment can optionally be done by a welded connection, for example a spot welded connection. Corresponding welding points 31 are shown schematically in FIG.
  • the sieve is welded not only to the outer frame part 26, but also to the rods 27 spanned by the sieve 23, for example also by a spot or laser welding connection.
  • Metal sheets have a certain, moderate elasticity in their plane. This property is particularly advantageous in connection with the present invention:
  • the sieve can be attached to the insert frame 25 without having to use specially designed means for applying a tension force along the plane, as is known from woven sieves. Rather, the flat body with the through holes simply has to be placed on the frame and then connected to it, for example by the mentioned spot welding connection or by laser welding. There is also no need to use glue is considered advantageous for a component that comes into direct contact with food.
  • Figure 5 shows schematically a section of a sieve 23.
  • the through holes 42 are present in a hexagonal arrangement.
  • the shape of the through holes 42 is also approximately hexagonal.
  • such a hexagonal shape can be approximated better due to the manufacturing process (for larger through holes, i.e. if the sieve has a comparatively coarse mesh) or less well, for example if the sieve is produced by etching.
  • the through-holes With very close-meshed sieves, depending on the manufacturing process, the through-holes have an approximately round shape.
  • the advantages of the hexagonal arrangement remain regardless of the actual shape.
  • Figure 6 shows a square grid arrangement with square through holes, as is inevitably the case with woven screens, and as can optionally also be present in screens of the type described here made of a sheet metal or other flat body.
  • Figure 6 also shows the definition of the mesh size w, which is defined as the width of the space between adjacent threads (and not, for example, the distance between the axes of the threads); with a non-planar grid in projection onto the screen surface.
  • the mesh size can be defined as the square root of the area a of the through holes in the horizontal section, ie the mesh size that would result if the through holes had the area a, but would be square. It can also be provided that, depending on the shape of the through holes, the area is deliberately chosen to be slightly smaller - or possibly slightly larger - than with square through holes in order to achieve the same classification. For example, with approximately round through holes - such arise, for example, when etching very small through holes of, for example, less than 0.3 mm in diameter; Even with additive processes, very fine structures result in a slightly rounded shape - a diameter is selected that results in an area of only approx.
  • Figures 5 and 6 also illustrates that, for a given web width bst and mesh size, the ratio between open sieve area (the size important for the throughput through the sieve) and net sieve area (which is generally given by the dimensions of the sieve element and is not influenced can) is better with a hexagonal arrangement and with approximately hexagonal through holes than with the conventional square arrangement. It can be shown that, for example, with hexagonal through holes, the open screen area can be increased by around 4% compared to steel fabrics and by around 11% compared to plastic fabrics (which require slightly thicker threads), which is the case in industrial processes such as those that take place in a grain mill. means a very significant increase in efficiency.
  • FIG. 7 shows a vertical cross section through a sieve of the type according to the invention, which is produced by etching.
  • Figure 7 also illustrates the feature that the web width b s t corresponds, for example, approximately to the thickness d of the flat body, that is, the webs have an aspect ratio of approximately 1.
  • the webs 41 are rectangular in cross section, for example approximately are square, with etching being carried out in particular from both sides, i.e. from above and below, which is why there is a very slight narrowing of the through hole towards the central plane, but this has no significant negative influence on the results that can be achieved.
  • FIG. 7 A comparison between Fig. 7 and Fig. 8 shows that in sieves of the type according to the invention there are edges 44 along the webs, which is not the case with a woven sieve.
  • edges 44 particularly on the top side, ie towards the material to be sieved, represents a possible explanation for why the approach according to the invention increases efficiency so greatly.
  • a flour or grit particle or a group of such particles is much less likely to form part of a stable structure at the top of the sieve and is more likely to be deflected downward in its movement at the edge than is the case with the woven sieve with its round cross-sectional structures case is.
  • Figure 9 firstly illustrates schematically the principle that during production by etching it is not necessary to etch to the same depth on both sides, but that asymmetrical configurations are also possible.
  • approximately twice as deep was etched from below as from above, so that the point with the greatest narrowing is above the central plane.
  • Such an asymmetrical configuration with the narrowest point above the center plane can be advantageous because it reduces the likelihood that particles will get stuck in the through hole. This results in a potential further increase in efficiency.
  • Fig. 9 illustrates that the web width b s t can also be smaller than the thickness d, which has already been discussed above.
  • Fig. 9 also illustrates that the angle between the top surface of the sieve and the wall of the through hole does not have to be exactly 90°, but can be somewhat smaller, even in the presence of a sharp edge - as mentioned, which may be advantageous under certain circumstances.
  • Figure 10 shows a vertical cross section, analogous to Figure 7, through a sieve of the type according to the invention, which was not produced by etching but by an additive manufacturing process. Dotted lines indicate that the sieve is made up of a large number of layers 51, with the layers running horizontally. The layered structure can, but does not have to, still be visible on the sieve.
  • FIG. 9 also apply to embodiments of the second group, an example of which is shown in FIG is.
  • Example 1 Approximately 100 g of a commercially available white flour was placed on a sieve made by etching measuring 275 mm * 175 mm (net sieve area) with a hexagonal arrangement of a total of 427,000 through holes.
  • the sieve was set in horizontal circular movements (approx. 3 rotations per second; diameter of the movement circle: 5 cm). After a total of about 25 seconds, the flour had passed through the sieve except for a small amount.
  • the efficiency was increased by significantly more than a factor of 2.
  • Example 2 As example 1, but with rye flour instead of white flour as the sieve. Rye flour is highly agglomerating and therefore difficult to sieve. The increase in efficiency according to example 1 was confirmed.
  • Example 3 Analogous to Example 1, but a screen made by etching was used with a square arrangement of approximately square screen holes (due to the etching process, the shape of the screen holes is that of squares with clearly rounded corners).
  • the effective area of the through holes was measured using CAD. It corresponded to the area of the square with a mesh size of 236, i.e. 0.236 mm. After just 16 seconds, practically the entire amount of 100 g of white flour had passed through the sieve due to the circular movements.
  • Example 3 confirms that the arrangement and also the shape of the sieve holes are rather secondary and that the effect of the invention is due to the fact that the sieve has an intrinsically different structure than a woven sieve.
  • Figure 11 shows, based on a comparative measurement, that the procedure according to the invention not only improves the efficiency of the sieving process, but also the sharpness of the separation.
  • the measurement was carried out using the sieve according to the invention and the commercially available nylon sieve according to Example 1.
  • This ground grain product was sieved with the parameters according to Example 1.
  • the so-called rejection i.e. the portion of the screening material that was not sieved, was analyzed using a commercially available laboratory device (manufacturer: Microtrac), which uses the principle of dynamic image analysis (ISO 13322-2).
  • the size distribution of the ground grain product particles was determined, with the minimum diameter xc,min as the characteristic quantity.
  • xc,min is the minimum dimension of the corresponding particles - for spherical particles xc.min corresponds to the diameter, for ellipsoidal particles it corresponds to twice the value of the smallest semi-axis.
  • Fig. 16 shows the so-called degree of separation curve, ie that proportion of the number of ground grain product particles with an xc.min value that is smaller than the value indicated on the abscissa. It can be seen that in the first curve 61 obtained with a machine according to the invention with an etched screen, the demarcation is significantly sharper (steeper slope) than in the second curve 62, which results for the machine with a conventional screen. It is immediately apparent from this that the machine according to the invention and the sieve element according to the invention not only bring about improved efficiency but also improved discrimination quality.
  • Figures 12 and 13 illustrate the possibility of providing a sieve element of the type according to the invention with an additional function, namely automatic sieve break detection.
  • This possibility exists particularly for screen elements that are manufactured using additive manufacturing processes, in particular the 3D screen printing process.
  • the sieve element contains at least one embedded conductor track 71, which runs between two contacts 74.
  • the course of the conductor track 71 is meandering. If the screen 81 breaks, the conductor track is interrupted and can therefore be determined by a simple sensor or a simple measuring device, which checks whether there is an electrical connection between the two contacts 74.
  • the conductor track 71 is embedded, ie there is no contact with the upper or lower surface of the flat body.
  • the sieve element is essentially metallic - there will be at least one electrically insulating layer 92 between the conductor track 71 and the metallic layers 81 on the surfaces;
  • the layer with the conductor track 71 can be filled with electrically insulating material (ie be electrically insulating at those positions in the sieve element plane where the conductor track is not).
  • electrically insulating materials are the ceramic materials mentioned or hard thermoplastic or hardenable plastics.
  • a second conductor track 72 is present in another layer, which also runs in a meandering manner, but with a different, in particular orthogonal, primary direction.
  • screen breaks such as the second screen break 82 shown can be detected, which run in such a way that they do not cut through the first conductor track 71.
  • the second electrodes 75 for the second conductor track are read out separately from the (first) electrodes 74 of the first conductor track 71.

Landscapes

  • Combined Means For Separation Of Solids (AREA)

Abstract

Der Plansichter oder die Griessputzmaschine weist mindestens ein Siebabteil mit einer Anordnung von mehreren Siebelementen mit Sieben (23) auf. Die Siebabteile sind in Schwingungen versetzbar, beispielsweise in Form kreisender Bewegungen. Mindestens eines der Siebe (23) ist als Flachkörper, insbesondere Metallblech, ausgebildet. Dabei sind die Sieblöcher als Durchgangslöcher vorhanden. Gemäss einer ersten Option kann das Sieb als Metallsieb mit geätzten Durchgangslöchern vorliegen. Gemäss einer zweiten Option kann das Metallsieb durch ein additives Fertigungsverfahren gefertigt sein. Es zeigt sich, dass durch das zur-Verfügung-stellen des Siebs als Flachkörper mit Durchgangslöchern im Vergleich zu gewobenen Sieben die Effizienz des Fraktionierprozesses markant verbessert werden kann.

Description

MASCHINE ZUM FRAKTIONIEREN VON
GETREIDEMAHLPRODUKTEN
Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten, beispielsweise einen Plansichter oder eine Griessputzmaschine.
Maschinen zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten dienen der Trennung von Bestandteilen eines Mahlguts in gröber und feiner gekörnte Bestandteile und je nachdem auch Bestandteile unterschiedlicher Dichten sowie der Entfernung von Fremdkörpern aus dem Mahlgut. Das Auftrennen des Mahlguts in unterschiedlich gekörnte Bestandteile wird auch «Klassieren» oder «Fraktionieren» genannt. Unter den Maschinen zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten sind insbesondere Plansichter und sogenannte Griessputzmaschinen bekannt. Plansichter werden im Allgemeinen in der Müllerei zum Fraktionieren der Getreidemahlprodukte zwischen und nach Durchgängen durch den Walzenstuhl einer Getreidemühle verwendet. Auch für ein sogenanntes Kontrollsichten, d.h. das Durchsieben von an sich verkaufsfertigem Mehl, können sie zum Einsatz kommen. Griessputzmaschinen dienen dem Aufteilen von Griessbestandteilen in einem dem Mahlverfahren nachgelagerten Vorgang oder auch zwischen Mahlvorgängen.
Der Vorgang des Fraktionierens von Getreidemahlprodukten ist nicht zu verwechseln mit dem vorgelagerten Vorgang der Reinigung, welchem Getreidekörner unterworfen werden, um Stroh, Steine, Fremdkörper, Sämlinge oder Sand vom Getreide zu trennen, und für welchen ebenfalls - vergleichsweise grobe - Siebe verwendet werden.
Plansichter weisen Siebabteile auf, die je einen Stapel von als Plansieben fungierenden Sieben aufweisen. Die Siebe sind jeweils auf Primärrahmen, sogenannte «Einlegerahmen» aufgespannt, die ihrerseits in Siebrahmen (hier als «Sekundärrahmen» bezeichnet) eingelegt sind. Die Siebabteile werden durch einen geeigneten Antriebsmechanismus in horizontal schwingende Bewegungen versetzt, insbesondere in Kreisschwingungen in der Siebebene. Im Allgemeinen kommen in Plansichtern auch sogenannte Siebreiniger zum Einsatz, d.h. bewegliche Elemente, welche durch die Bewegungen der Siebabteile angetrieben werden und durch ihre Bewegung relativ zum jeweiligen Sieb dieses von blockierten Siebgutanteilen befreien.
Bei Griessputzmaschinen sind die verwendeten Siebe ebenfalls in mehreren Lagen angeordnet, und sie werden ebenfalls in Schwingungen versetzt. Sie schwingen aber im Gegensatz zu Plansieben, wie sie bei Plansichtern verwendet werden, nicht (nur) in der Siebebene, weshalb sie den Wurfsieben zuzurechnen sind. Ausserdem wird bei Griessputzmaschinen ein Luftstrom erzeugt, welchem das Siebgut während des Siebvorgangs ausgesetzt ist.
Innerhalb einer Maschine zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten kommen im Allgemeinen Siebe verschiedener Maschengrössen zum Einsatz, so dass eine Fraktionierung in mehr als zwei Bestandteile möglich ist, die je nachdem für den Verkauf abgepackt werden oder weiteren Bearbeitungsschritten, bspw. einen erneuten Durchlauf durch den Walzenstuhl, unterworfen werden. Als Siebe solcher Plansichter oder Griessputzmaschinen sind Gewebe aus einem Kunststoffgam oder Kunststofffilament, bspw. aus PET oder Polyamid, bekannt. Auch Gewebe aus metallischen Drähten sind erhältlich, speziell für das Vorsieben mit grosse Maschenweiten, da bei diesem Vorgang oft mit einer starken Abrasion zu rechnen ist. Da die Siebe als Gewebe ausgebildet sind, sind die entsprechenden Maschen quadratisch. Die Maschenweite ist dabei definiert als der Abstand zwischen benachbarten Fäden bzw. Drähten.
Ein Sieb wird jeweils für die Befestigung auf den dafür vorgesehenen Einlegerahmen aus Holz, Kunststoff oder Metall aufgelegt, vorgespannt und im gespannten Zustand aufgeklebt, beispielsweise mittels Cyanacrylat. Die Verwendung solcher Kleber, die mit den zu bearbeitenden Lebensmitteln in Kontakt kommen können, wird zunehmend als nachteilig empfunden.
Aus der Erdölindustrie sind sogenannte «shale shakers» bekannt, bei welchem aus Bohrschlamm, wie er bei der Gewinnung von Schieferöl anfällt, feste Rückstände entfernt werden können. WO 2017/019580 schlägt vor, als Sieb eine metallische Lochplatte zu verwenden, wobei in der Schrift alle gängigen Methoden aufgezählt werden, mit denen metallische Lochplatten erstellt werden können, darunter Laserbohren, chemischem Ätzen, Funkenerosion, Wasserstrahlschneiden, Stanzen, und weitere, und wobei behauptet wird, für die Grösse der Löcher käme ein extrem breiter Bereich zwischen 1 pm und 5000 pm in Frage. Für die Verarbeitung von Getreidemahlprodukten eignet sich ein solcher «shale shaker» in keinerlei Hinsicht.
DE3041270 und FR9851710 lehren je ein Sieb für eine Hammermühle bzw. generell für Getreideprodukte. Die Siebe sind als Bleche mit länglichen Siebschlitzen ausgebildet. Aufgrund der Ausgestaltung der Siebschlitze in ihrer länglichen Form wären diese Siebe nicht für Maschinen geeignet, in welchen eine Mehrzahl von Sieben Siebabteile bilden, die bspw. übereinander angeordnet sind, wobei die Siebabteile in Schwingungen versetzt werden. Im Allgemeinen sind die Siebabteile in Maschinen der hier beschriebenen Art kreisenden Bewegungen unterworfen, weshalb im Allgemeinen Sieblöcher mit im Wesentlichen gleich grosser Länge wie Breite verwendet werden sollten.
US2166367 betrifft ein Verfahren zum Herstellen metallischer ‘ Screens ’, d.h. Rasterstrukturen, wie sie bei Sieben, aber auch bei Druckverfahren verwendet werden. Das Verfahren soll gemäss US2166367deutlich regelmässigere Löcher erstellen als das blosse Ätzen von Löchern in ein Metallblech. Das Verfahren ist mehrstufig und beinhaltet das galvanische Abscheiden von Material auf einer eigens hergestellten Matrix mit Erhöhungen. Das Verfahren ist relativ kompliziert und aufwändig. Nur schon aus diesem Grund würden sich gemäss US2166367 hergestellte Rasterstrukturen nicht als Siebe für die industrielle Anwendung in Maschinen wie Plansichtern oder Griessputzmaschinen eignen.
Vielmehr haben sich bis heute ausschliesslich gewobene Siebe für Anwendungen in Plansichtern oder Griessputzmaschinen durchgesetzt.
Im Müllereiwesen besteht ein ständiges Bedürfnis, die Effizienz des Fraktionier- Prozesses zu erhöhen. Der Durchsatz pro Siebfläche ist für eine bestimmte Maschengrösse von der Anzahl Maschen pro Siebfläche abhängig. Diese Anzahl kann zwar dadurch optimiert werden, dass durch Verwendung dünnerer Fäden oder Drähte das Verhältnis zwischen offener Siebfläche und Gesamtsiebfläche, oder präziser definiert, zwischen offener Siebfläche und Nettosiebfläche (Fläche des Siebes abzüglich Rahmen und eventuelle Stäbe, d.h. Fläche, über die das Sieb frei hängt) noch vergrössert wird. Der Optimierung auf diese Weise sind aber dadurch Grenzen gesetzt, dass die Stabilität gewährleistet sein muss, was faktisch für jedes verwendete Material eine Untergrenze für den zulässigen Faden- bzw. Drahtdurchmesser setzt. Auch andere Optimierungsmöglichkeiten, bspw. die Verwendung von optimierten Siebreinigern, führen nur noch im beschränkten Mass zu weiteren Effizienzverbesserungen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Maschine zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten sowie ein Siebelement für eine solche Maschine zur Verfügung zu stellen, welche Nachteile des Standes der Technik überwinden und welche den Siebprozess von in Getreidemühlen anfallendem Mahlgut effizienter machen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Maschinen zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten so weiterzuentwickeln, dass sie zusätzliche Funktionen aufweist und/oder für neue Anwendungen geeignet ist.
Maschinen der hier beschriebenen Art weisen mindestens ein Siebabteil - oft mehrere bspw. nebeneinander angeordnete Siebabteile - mit je einer Anordnung von mehreren Siebelementen mit Sieben auf. Im Allgemeinen weisen die Siebabteile Stapel der Siebelemente auf. Die Maschine ist eingerichtet, die Siebelemente in Schwingungen zu versetzen, beispielsweise in Form kreisender Bewegungen, die durch die Rotation einer Unwucht ausgelöst werden; auch zwangsgeführte Bewegungen sind denkbar. Im Kontext des vorliegenden Texts sind Kreisbewegungen unabhängig von der Art ihrer Anregung mitgemeint, wenn von «Schwingungen» die Rede ist. Im Allgemeinen werden die Siebabteile als Ganze in die Schwingungen versetzt, d.h. die Stapel von Siebelementen machen gemeinsame, insbesondere kreisende Bewegungen.
Gemäss der Erfindung ist das Sieb als (mindestens) ein Flachkörper, beispielsweise aus Metall, ausgebildet. Dabei sind die Sieblöcher als Durchgangslöcher vorhanden. Auch nicht-metallische Werkstoffe sind denkbar, insbesondere Werkstoffe mit ausreichender Dimensionsstabilität, welche für ein Ätzverfahren und/oder ein additives Fertigungsverfahren geeignet sind - beispielsweise keramische Werkstoffe, die beispielsweise für das 3D-Siebdruckverfahren geeignet sind, oder harte thermoplastische oder aushärtbare (duroplastische) Kunststoffe.
Ein «Flachkörper» ist eine Folie oder Platte (englisch: sheet), d.h. ein sich in zwei Dimensionen erstreckendes zusammenhängendes Objekt mit einer insbesondere konstanten Dicke (Ausdehnung in der dritten Dimension), welche um mindestens eine Grössenordnung kleiner ist als die Ausdehnungen in die beiden anderen Dimensionen (Länge und Breite). Je nach Dicke wird ein solcher Flachkörper eher als Folie oder als Platte wahrgenommen. Ein Flachkörper kann insbesondere ein Blech im weiteren Sinne des Begriffs sein; in spezifischen Ausführungsformen ist der Flachkörper im hier vorliegenden Kontext ein Blech auch im engeren Sinne des Begriffs, das heisst ein durch Walzen hergestelltes Metallerzeugnis.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Ausgestaltung als Flachkörper mit Durchgangslöchern - anstatt wie vom Stand der Technik her bekannt als Gewebe von Fäden oder Drähten - die Effektivität markant steigert. Die Zeit, die benötigt wird, um eine bestimmte Menge des Siebgutes (Mehl, Dunst, Griess, Schrot etc.) durch eine bestimmte Siebfläche zu bringen, wenn alle anderen relevanten Parameter (mechanische Anregung, Grösse der Sieblöcher, Anzahl der Sieblöcher) gleich sind, kann deutlich verringert werden.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn zwischen der oberseitigen und bspw. auch der unterseitigen Oberfläche des Siebs einerseits und den Wänden der Durchgangslöcher andererseits eine definierte, um das jeweilige Durchgangsloch umlaufende Kante gebildet wird, wobei der Winkel ungefähr 90° betragen kann. Eine solche ausgeprägte Kante liegt vor, wenn die oberseitigen Oberfläche ohne kontinuierliche Krümmung in die Wand des Durchgangslochs übergeht, bzw. wenn der durchschnittliche Krümmungsradius eines bei mikroskopischer Betrachtung doch noch festzustellenden Übergangsbereichs sehr viel kleiner als die halbe Dicke des Flachkörpers ist, bspw. kleiner als ein Fünftel, ein Achtel oder ein Zehntel der Dicke des Flachkörpers.
Wie an sich von Sieben gemäss dem Stand der Technik bekannt, sind die Durchgangslöcher verschieden von schlitzartigen Löchern, indem sie im Wesentlichen in der Siebebene gleich breit wie lang sind. Sie sind insbesondere rund oder haben näherungsweise die Form eines regelmässigen Polygons. Das durchschnittliche Verhältnis zwischen der längsten Ausdehnung der Durchgangslöser in der Siebebene und der kleinsten Ausdehnung in der Siebebene kann entsprechend vergleichsweise klein sein, bspw. nicht mehr als 1.5, insbesondere nicht mehr als 1.3, 1.2 oder 1.1 betragen. Durchgangslöcher mit dieser Eigenschaft eignen sich für Maschinen, bei welchen die Siebelemente in der Ebene gleichmässigen, bspw. kreisenden Bewegungen unterworfen werden. Ausserdem ermöglichen sie eine gute Diskrimination von Siebgutteilchen auch wenn diese nicht kugelförmig sind, was bei Getreidemahlprodukten zwangsläufig der Fall sein wird.
In einer ersten Gruppe von Ausführungsformen ist das Sieb ausgehend von einem Metallblech oder einer Folie/Platte aus einem anderen Material durch ein abtragendes Verfahren erstellt worden. Unter den abtragenden Verfahren eignen sich insbesondere die parallelen Verfahren, in denen der Abtragungsvorgang für alle Durchgangslöcher - oder für eine grosse Gruppe von Durchgangslöchern, bspw. ganze zusammenhängende Bereiche des Siebs - gleichzeitig durchgeführt wird. Ein solches Verfahren ist namentlich das Ätzen. Das Siebelement kann also ein geätztes Metallsieb aufweisen. Ätzen erzeugt Durchgangslöcher mit Wänden, die ungefähr senkrecht auf die Siebfläche stehen.
In einer zweiten Gruppe von Ausführungsformen ist das Sieb durch ein additives Fertigungsverfahren gefertigt, also ein Fertigungsverfahren, in welchem das Material des Siebs Schicht für Schicht aufgetragen wird, um das Sieb zu erzeugen
Auch unter den additiven Fertigungsverfahren eignen sich im Wesentlichen parallele Verfahren besonders gut. Bei diesen im Wesentlichen parallelen Verfahren erfolgt mindestens der Vorgang des Aushärtens schichtweise über die ganze Fläche des Siebs oder über mindestens eine Teilfläche parallel. Dies steht im Gegensatz zu Verfahren, in welchen ein Laserstrahl lokal selektiv aushärtet und daher die ganze Siebfläche abfahren muss. Im wesentlichen parallele Verfahren können insbesondere Verfahren aus der Kategorie der Extrusionsverfahren im weiteren Sinn sein, bei welchen eine 2D-Form verwendet wird, durch welche das auszuhärtende Material gedrückt wird.
Ein solches im Wesentlichen paralleles Verfahren ist das 3D-Siebdruckverfahren. Bei diesem wird eine Suspension mit Partikeln des Materials, aus welchem der herzustellende Gegenstand bestehen soll, hier also das Sieb, lageweise, mittels eines Rakels, durch ein mit einer Schablone versehenes Gitter, das sogenannte Siebdrucksieb (nicht zu verwechseln mit dem herzustellenden Sieb der Maschine) gedrückt. Die Schablone dient also als Druckform im Sinne eines Extrusionsverfahrens und definiert (in zwei Dimensionen) die Form des herzustellenden Körpers. Jede Lage wird ausgehärtet, bevor die nächste Lage aufgetragen wird. Nachdem alle Lagen aufgetragen sind, kann noch ein Sintern stattfinden, zur Verdichtung. Bei einer Anwendung auf die Herstellung des Siebs wird also ein Siebdrucksieb mit einer Schablone, die ein Negativ des herzustellenden Siebs darstellt, erstellt und anschliessend für das additive Fertigungsverfahren verwendet. Auch die Herstellung eines Siebs mit einem solchen additiven Verfahren erzeugt Durchgangslöcher mit Wänden, die ungefähr senkrecht auf die Siebfläche stehen, und mit ausgeprägten, gut definierten Kanten zwischen der Siebfläche und den Wänden.
Siebe der erfindungsgemässen Art - dies gilt für beide Gruppen von Ausführungsformen - haben daher Stege zwischen den Sieblöchern, die in Querschnitt rechteckig (d.h. im Wesentlichen rechteckig, wie nachstehend noch eingehender beschrieben) sind, im Gegensatz zu runden Querschnitten der Fäden bzw. Drähte der gewobenen Siebe. Ausserdem bildet das Sieb eine ebene Struktur, im Gegensatz zu gewobenen Sieben, bei denen die Fäden bzw. Drähte an Kreuzungspunkten übereinander liegen.
Diese geometrischen Unterschiede können einen Ansatz darstellen, die höhere Effizienz des erfindungsgemässen Vorgehens im Vergleich zum Stand der Technik zu erklären. Insbesondere kann es sein, dass die Kanten, die sich bei einem erfindungsgemässen Sieb oberseitig der Stege ergeben, einen wichtigen Einfluss haben. Sie können erstens dazu führen, dass ein zufälligen Bewegungen unterworfenes Teilchen mit weniger grosser Wahrscheinlichkeit auf eine Fläche stösst, an welcher es hängen bleibt und mit grösserer Wahrscheinlichkeit an ein Kante des geätzten Siebes stösst. Zweitens können sie dazu führen, dass die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass sich temporär stabile Strukturen aus dem Siebgut ergeben, die sich über das Siebloch hinweg erstrecken.
Die Erkenntnisse der vorliegenden Erfindung hängen jedoch nicht von einer bestimmen Erklärung des beobachteten vorteilhaften Effekts ab. Eine weitere Eigenschaft von geätzten oder durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellten Sieben ist auch, dass sie frei von über die Siebebene vorstehenden Strukturen sind. Das unterscheidet sie bspw. von gestanzten Strukturen, wie man sie von groben Lochblechen her kennt, die jeweils auf der einen Seite einen scharfen Grat aufweisen, während sie sich von der anderen Seite her konisch verjüngen. Es zeigt sich, dass die Abwesenheit solcher Strukturen die Effizienz der geätzten Siebe positiv beeinflusst.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das Sieb als Flachkörper mit Durchgangslöchern im Vergleich zum Stand der Technik einfacher reinigbar ist, insbesondere mittels Ultraschall.
Die Durchgangslöcher können in einer hexagonalen Struktur, also von Reihe zu Reihe zueinander versetzt, angeordnet sein. Damit wird ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Vorgehens genutzt: die Anordnung der Sieblöcher kann frei gewählt werden: man ist nicht an eine rechtwinklige Anordnung gebunden. Die hexagonale Struktur hat den Vorteil, dass bei gegebener minimaler Stegbreite eine möglichst hohe Anzahl von Sieblöchern pro Siebfläche angeordnet werden kann. Dadurch kann der Effizienzgewinn noch einmal vergrössert werden.
Ähnliches gilt auch für die Form der Sieblöcher: Innerhalb von Grenzen, die durch das Ätzverfahren bzw. das additive Fertigungsverfahren definiert werden, kann auch die Form frei bestimmt werden. Daher gilt: nicht nur die Anordnung, sondern auch die Form der Sieblöcher kann näherungsweise hexagonal sein. Damit kann für eine gegebene minimale Stegbreite das Verhältnis zwischen offener Siebfläche und Nettosiebfläche maximiert werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Durchgangslöcher von sehr feinen Sieben der Maschine, bspw. bis zu einer Maschenweite von ca. 0.3 mm, näherungsweise rund sind, während grössere Durchgangslöcher hexagonal sind.
Die Verwendung geätzter oder durch ein additives Herstellungsverfahren hergestellter Siebe, d.h. von Sieben mit durch Ätzen hergestellten Durchgangslöchern ist besonders vorteilhaft bei Maschengrössen zwischen 0.08 mm und ca. 1 mm. Dementsprechend weist eine erfindungsgemässe Maschine beispielsweise mindestens ein Sieb mit Durchgangslöchern einer Maschenweite zwischen 0.08 mm und 1 mm auf. Sie kann insbesondere mindestens ein Sieb mit einer Maschenweite von mehr als 0.3 mm und mit hexagonalen Durchgangslöchern aufweisen.
Bei nicht-quadratischen Durchgangslöchem ist im vorliegenden Text die Maschenweite definiert als die Quadratwurzel der Fläche der Durchganglöcher im Horizontal schnitt.
Die Breite der Stege zwischen den Durchgangslöchern kann knapp der Dicke des Flachkörpers entsprechen. Bei Stegen mit nicht-konstanter Breite gilt das für die Breite and der engsten Stelle. «Ungefähr der Flachkörperdicke entsprechend» bedeutet hier, dass die Stegbreite nicht weniger 40% oder nicht weniger als 50% der Flachkörperdicke und nicht mehr als 160% oder nicht mehr als 130% der Flachkörperdicke entspricht, und insbesondere zwischen 60% und 100% der Flachkörperdichte liegen kann.
Die Herstellung des Siebs geschieht in der ersten Gruppe von Ausführungsformen wie bereits erwähnt durch Ätzen (industrielle Ätzprozesse werden manchmal auch mit dem englischsprachigen Begriff «chemical milling» bezeichnet; im vorliegenden Text werden mit «Ätzen» generell materialabtragende Verfahren unter Verwendung von das Material angreifenden Stoffen bezeichnet). Ätzen hat den Vorteil, dass der Prozess parallel ist, im Unterschied beispielsweise zum Lasern, was insbesondere bei feinmaschigen Sieben entscheidend für die Effizienz der Herstellung sein kann. Die Sieblöcher (Durchgangslöcher) können insbesondere von beiden Seiten her, d.h. von oben und von unten geätzt sein.
In Ausführungsformen der ersten Gruppe sind die Siebe so ausgestaltet, dass die Ätzung von oben und unten asymmetrisch ist, wobei von unten her mehr Material abgetragen wurde und sich entsprechend die engste Stelle der Durchgangslöcher oberhalb einer Mittelebene des Flachkörpers befinden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit minimiert, dass sich ein Teilchen des Siebguts in einem Durchgangsloch verkantet.
In Ausführungsformen der zweiten Gruppe, mit Sieb, das in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt wurde, sind die Schichten, aus denen das Sieb aufgebaut ist, insbesondere parallel zu den beiden grossen Oberflächen (‘Ober- und Unterseite’) des Flachkörpers. Auch in Ausführungsformen der zweiten Gruppe ist das Sieb insbesondere metallisch. In Ausführungsformen der zweiten Gruppe gibt es nicht notwendigerweise eine definierte engste Stelle zwischen den durch die grossen Oberflächen definierten Ebenen des Siebs.
Wenn der Flachkörper, aus welchem das Sieb gefertigt ist, metallisch ist, besteht auch die Option, dass es aus einem magnetischen (d.h. magnetisierbaren, also ferromagnetischen oder ferrimagneti sehen) Material gefertigt ist, bspw. einem magnetischen Stahl. Ferromagnetische rostfreie Stähle (insbesondere Martensitische oder ferritische Stähle oder Stähle mit entsprechenden Anteilen) sind sowohl als Hartmagnete als auch als Stähle mit weichmagnetischen Eigenschaften bekannt. Die Verwendung eines magnetisierbaren Materials hat folgenden Vorteil: Bei Siebbrüchen, welche im Verlauf der Zeit vorkommen können, besteht die Möglichkeit, ein magnetisches Siebfragment aus dem Siebgut zu entfernen werden, indem man den Bereich mit dem Fragment einem Magnetfeld aussetzt.
Die Verwendung von Metallen oder gewissen Kunststoffen als Material des Flachkörpers hat einen weiteren möglichen Vorteil: das Sieb kann mittels Verseh weissens an einem Primärrahmen befestigt sein. Daher erübrigt sich die Verwendung eines Klebers. Eine Voraussetzung für die Verschweissbarkeit ist die Gestaltung des Siebs als Flachkörper mit den Durchgangslöchern. Nur aufgrund dieser Ausgestaltung können Kräfte, die auf die Stege zwischen den Durchgangslöchem wirken, ausreichend gut auf die ganze Peripherie des Siebs und von dort auf den Primärrahmen abgeleitet werden. Ein Anschweissen von Drähten, die ein Drahtgewebesieb wie aus dem Stand der Technik gekannt bilden, wäre zwar theoretisch ebenfalls möglich; es wäre jedoch aufwändig und unpraktisch.
Nebst einem Primärrahmen, mit welchem das Sieb unmittelbar verbunden ist, und welcher daher auch als Teil des Siebs aufgefasst werden kann, kann das Siebelement einen Sekundärrahmen aufweisen, auf welchen der Primärrahmen aufgelegt ist oder der den Primärrahmen auf andere Weise hält und/oder aufnimmt. Die Sekundärrahmen eines Siebabteils können aufeinandergestapelt sein, und/oder sie können von einem Siebabteil-Gehäuse gehalten sein und als Module eines solchen dienen. Ein zum Primärrahmen zusätzlicher Sekundärrahmen ist jedoch keine Notwendigkeit. Es ist auch möglich, dass die Primärrahmen direkt am Siebabteil-Gehäuse angebracht und/oder aufeinander gestapelt werden und so als Siebrahmen dienen. Dann bestehen die Siebelemente lediglich aus den Primärrahmen mit den daran befestigten Sieben. Nebst einer Maschine zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten, beispielsweise Plansichter oder Griessputzmaschine, sind auch ein Sieb zur Verwendung in einer solchen Maschine sowie diese Verwendung an sich sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Siebs für eine solche Maschine Gegenstände der vorliegenden Erfindung. Siebe für Maschinen zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten haben in vielen Ausführungsformen eine verhältnismässig grosse Fläche von mehr als 100 cm2, oft mindestens 0.35 m2.
Ein Sieb gemäss dem erfindungsgemässen Ansatz kann einstückig sein, d.h. aus einem einzigen Flachkörper gefertigt sein. Es ist aber auch möglich, dass mehr als ein Flachkörper verwendet wird, wobei bspw. zwei oder mehr Flachkörper als Streifen oder Stücke nebeneinander gelegt und am Primärrahmen befestigt werden.
Der Primärrahmen, an welchem das Sieb unmittelbar befestigt ist, kann nebst einem äusseren Rahmenteil, welcher die Siebfläche umspannt, auch vom Sieb überspannte Stäbe aufweisen. In diesem Fall ist das Sieb beispielswiese nicht nur am äusseren Rahmenteil, sondern auch an den Stäben befestigt.
Das Herstellungsverfahren umfasst bei Sieben der ersten Gruppe von Ausführungsformen das Zur-Verfügung-Stdellens des Flachkörpers und das Erzeugen der Durchgangslöcher in einem materialabtragenden Verfahren, bspw. Ätzen, bspw. von beiden Flachseiten her.
Bei Sieben der zweiten Gruppe von Ausführungsformen werden diese Schritte ersetzt durch das additive Fertigungsverfahren. Dieses umfasst das zur-Verfügung-stellen einer Suspension mit in einem Lösungsmittel suspendierten, insbesondere metallischen (oder aus einem anderen geeigneten, bspw. verschweissbaren, Material bestehenden) Partikeln und unter Umständen weiteren Bestandteilen, wie Bindern oder anderen Additiven. In einem weiteren Schritt umfasst das Verfahren das Aufträgen der Suspension in Schichten, wobei jede Schicht die Form aufweist, welche der Form des zu erzeugenden Flachkörpers mit den Durchganslöchem entspricht (Horizontal schnitt). Das kann unter Verwendung einer Schablone geschehen (bei 3D- Siebdruck) oder bei einem nicht-parallelen Verfahren auch durch selektives Aushärten durch einen Laserstrahl. Im ersteren Fall wird insbesondere jede Schicht nach dem Aufträgen mindestens teilweise ausgehärtet, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird. Diese Aushärtung kann als aktiv induzierter Schritt, bspw. Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung (Infrarot oder eventuell sichtbar und/oder UV) oder durch Anströmen mit heisser Luft mit einem Heissluftgebläse, und/oder eine andere Art der Energiezufuhr, geschehen. Alternativ ist im Prinzip auch denkbar, dass der Schrift passiv ausgeführt wird, indem das Material von selbst aushärtet, wofür genügend Zeit zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren gemäss der ersten Gruppe und Verfahren gemäss der zweiten Gruppe haben die Gemeinsamkeit, dass eine sehr ebene Oberfläche mit ausgeprägten Kanten zwischen der Oberfläche (d.h. der Oberseite und auch der Unterseite) einerseits und den Wänden der Durchgangslöcher entstehen, und zwar trotz der anwendungsbedingt sehr kleinen Grösse der Durchgangslöcher. Bei Verfahren gemäss der ersten Gruppe ergeben sich die prägnanten Kanten aufgrund der Eigenschaften des verwendeten abtragenden Ätzprozesses. Bei Verfahren gemäss der zweiten Gruppe ergeben sie sich dadurch, dass die nacheinander aufgetragenen Schichten im Vergleich zur Dicke des ganzen Siebs immer verhältnismässig dünn sein werden, und weil aufgrund der Eigenheiten der Verfahren jede Schicht die genau gleichen Abmessungen aufweisen kann.
Diese Eigenschaft der scharfen Kanten unterscheidet die gemäss den hier beschriebenen Vorgehensweisen hergestellten Siebe erstens von geflochtenen Sieben, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Zweitens unterscheidet sie sich auch von Sieben wie aus US 2 166 367 bekannt, bei denen die Siebe in einer Giesstechnik geformt sind und sich bei Kanten Abrundungen ergeben, aufgrund der Oberflächenspannung der noch fliessfähigen Masse während des Abgiessprozesses und auch aufgrund des Entformungsprozesses - zusätzlich zu den Abrundungen, die schon die verwendete Giessform aufweist.
Ausserdem kann - das gilt für beide Gruppen von Ausführungsformen - das Verfahren das Befestigen des Flachkörpers an einem Primärrahmen umfassen, bspw. durch Schweissen, insbesondere Laserschweissen oder Punktschweissen. Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Vorgehens, dass der Flachkörper dabei nicht besonders fest gespannt sein muss - es kann ausreichen, dass er korrekt dimensioniert auf den Primärrahmen aufgelegt und dann daran befestigt wird. Dadurch kann sowohl auf das unvorteilhafte Kleben als auch auf die Verwendung einer Spannvorrichtung verzichtet werden.
Ein Sieb gemäss der zweiten Gruppe von Ausführungsformen kann optional eingerichtet sein, eine automatische Detektion von Siebbrüchen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck weist das Sieb nebst elektrisch isolierendem Material eine Leiterbahn auf, die insbesondere im elektrisch isolierenden Material eingebettet ist. An mindestens zwei Stellen - insbesondere an den beiden Enden der Leiterbahn - bildet die Leiterbahn je eine Elektrode aus. Die Maschine ist dann eingerichtet, mittels eines geeigneten Sensors festzustellen, ob ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Elektroden besteht. Ist das nicht der Fall, ist die Leiterbahn unterbrochen, was Anzeichen eines Bruchs des Siebs ist. Die Maschine kann den Siebbruch dem Benutzer anzeigen und so ermöglichen, dass das Sieb frühzeitig ausgewechselt wird, ohne dass ein Schaden durch den Durchtritt ungesiebten Siebguts durch eine Siebfläche oder durch Siebbruchstücke im Siebgut entsteht. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Siebs der in diesem Text beschriebenen Art, welches als Flachkörper mit Durchgangslöchern ausgebildet ist, als Sieb einer Maschine zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten - insbesondere einer Maschine der beschriebenen Art, in welcher die Siebe Siebabteile (offen oder geschlossen) bilden, die in Schwingbewegungen versetzt werden.
Noch weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine neuartige Anwendung eine Maschine zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten mit Sieben, die in Bewegungen, bspw. kreisende Bewegungen, versetzt werden, um das mindestens teilweise Durchtreten von zu fraktionierendem Siebgut zu fördern, wobei mindestens eines der Siebe als ein Flachkörper mit Durchgangslöchern ausgebildet ist.
Diese neuartige Anwendung ist das Fraktionieren von Treber. Als ‘Treber’ wird hier das Nebenprodukt bezeichnet, welches bei der Bierherstellung oder analogen Verfahren als Rückstand nach dem Herauslösen der Malzinhaltsstoffe zurückbleibt. Treber ist ein Getreidemahlprodukt, weil das Getreide - beispielsweise Gerste - nach dem Mälzen und Darren und vor dem Maischen geschrotet, also einem (vergleichsweise groben) Mahlprozess unterworfen wird.
Treber enthält üblicherweise - und im Allgemeinen durchaus beabsichtigt - nebst unlöslichen Eiweissanteilen und weiteren Inhaltsstoffen auch die Spelzen des verwendeten Getreides. Aufgrund dieser Spelzen ist der Treber ungeeignet für ein anschliessendes Fraktionieren, da die Spelzen die Siebe von Plansichtern und ähnlichen Maschinen sehr schnell verstopfen. Nicht zuletzt aus diesem Grund wird Treber hauptsächlich als Tierfutter verwendet. Aufgrund seines Eiweissreichtums wäre der Treber jedoch an sich auch für die Herstellung hochwertiger menschlicher Nahrungsmittel geeignet, beispielweise für Fleischersatzprodukte. Ein effizienter Ansatz zum Heraussieben von Spelzen und anderen groben Bestandteilen aus dem Treber wäre also wünschenswert.
Es hat sich in Tests gezeigt, dass im Unterschied zu gattungsgemässen Maschinen (Plansichtern oder auch Wurfsichtem und anderen Sichtern mit konventionellen, gewobenen Sieben) bei Maschinen mit erfindungsgemäss als Flachkörpern mit Durchgangslöchern, namentlich mit ausgeprägten Kanten zwischen den Oberflächen und den Wänden der Durchgangslöcher, ausgebildeten Sieben kein Verstopfen zu beobachten ist, wenn Treber gesiebt wird. Vielmehr hat sich - durchaus überraschend - gezeigt, dass Maschinen dieser Art mit den Flachsieben ohne Weiteres zum Fraktionieren von Treber geeignet sind. Damit wird ein Problem gelöst, welches der Stand der Technik nicht zu lösen vermochte.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder analoge Elemente. Die Zeichnungen zeigen teilweise einander entsprechende Elemente in von Figur zu Figur unterschiedlichen Grössen. Es zeigen:
Fig. 1 : eine Ansicht eines Plansichters;
Fig. 2: einen Siebstapel;
Fig. 3 : eine Explosionsdarstellung eines Siebelements mit Sieb, Primärrahmen und Sekundärrahmen;
Fig. 4: einen Primärrahmen mit Sieb;
Fig. 5: schematisch einen Ausschnitt aus einem Sieb mit hexagonaler Struktur;
Fig. 6 ebenfalls schematisch einen Ausschnitt aus einem Sieb mit einer Quadratgitter- Anordnung ; Fig 7: einen Querschnitt durch das Sieb gemäss Fig. 5;
Fig. 8 einen Querschnitt durch ein Sieb nach dem Stand der Technik;
Fig. 9 schematisch eine alternative Querschnittform;
Fig. 10 einen Querschnitt durch ein Sieb, das mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt wurde;
Fig. 11 eine Messung der Trenngradkurve für ein als Flachkörper mit geätzten Durchgangslöcher ausgebildetes Sieb, im Vergleich mit einem Sieb gemäss dem Stand der Technik;
Fig. 12 einen horizontalen Schnitt durch ein Sieb mit automatischer Siebbrucherkennung; und
Fig. 13 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch das Sieb gemäss Fig. 12.
Figur 1 zeigt als Beispiel für eine Maschine zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten einen Plansichter 1 wie er in Getreidemühlen zum Einsatz kommt. Der Plansichter umfasst eine Mehrzahl von Siebabteilen 3, die über eine gemeinsame Aufhängevorrichtung 4 so in einem Raum montiert sind, dass gemeinsame horizontale schwingende Bewegungen möglich sind. Ein Antrieb (in Fig. 1 nicht sichtbar) ist eingerichtet, das Ensemble der Siebabteile in bspw. horizontal kreisende Schwingungen zu versetzen. Ausserdem weist der Plansichter flexible Zuführleitungen 6 als Siebgut-Einlauf sowie ebenfalls flexible Auslaufleitungen 7 als Siebgut-Auslauf auf.
Jedes Siebabteil 3 weist einen Stapel von in Figur 2 schematisch dargestellten Siebelementen 11 mit je einem Sieb auf, wobei die Siebe unterschiedliche Maschenweiten haben können. Ausserdem ist eine in Bezug auf die Siebe bspw. seitliche Siebgutführung vorhanden, durch welche bei jedem Sieb nicht durchgesiebte Siebgutanteile (die bspw. seitlich abgeführt und bspw. zu einer anderen, weiter unter liegenden Siebelement geführt werden) und eventuell auch durchgesiebte Siebgutanteile weitertransportiert werden. Insgesamt sind die Siebabteile so ausgebildet, dass eine Selektion des zugeführten Siebguts in gesiebte Siebgutanteile unterschiedlicher Körnungen erfolgt, so dass - je nach zugeführtem Siebgut - die in die verschiedenen Siebgut-Abführleitungen 7 geführten Siebgutanteile verschiedene Eigenschaften aufweisen.
Dieses an sich bekannte Prinzip wird gemäss der vorliegenden Erfindung so umgesetzt, dass mindestens einige der verwendeten Siebe als bspw. metallische Flachkörper mit Durchgangslöchern vorhanden sind, bspw. als geätzte oder additiv hergestellte Siebe.
Bei Griessputzmaschinen sind wie bei Plansichtern ebenfalls mehrere Siebelemente vorhanden, die übereinander angeordnet sein können. Bei Griessputzmaschinen spricht man im Allgemeinen nicht von «Siebstapeln» - die Anzahl von übereinander angeordneten Sieben ist oft auch geringer als bei Plansichtern - sondern von Sieblagen. Im Gegensatz zu Plansichtern ist die Schwingbewegung, welcher die Siebe unterworfen werden, eine andere, weshalb die Siebe als Wurfsiebe wirken. Die nachstehenden Ausführungen zur Beschaffenheit der Siebelemente und Siebe betreffen generell Maschinen zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten, darunter sowohl Plansichter als auch Griessputzmaschinen.
Figur 3 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung eines Siebelements 11. Ein Siebrahmen 21 (Sekundärrahmen) wirkt als tragende Struktur. Er kann ausserdem eine in Figur 3 nicht dargestellte Struktur zum Führen von sogenannten Siebreinigern aufweisen, die in den Zeichnungen ebenfalls nicht dargestellt sind, und die optional vorhanden sein können um bspw. von unten auf das Sieb zu klopfen. Das eigentliche Sieb 23 ist an einem Primärrahmen 25 befestigt, der in den Siebrahmen 21 gelegt werden kann und von diesem geführt wird.
Der Primärrahmen 25 weist einen äusseren Rahmenteil 26 auf, der ein Rechteck bildet, sowie vom Sieb 23 überspannte Stäbe 27. Die Rahmenelemente des äusseren Rahmenteils 26 sowie die vom Sieb überspannten Stäbe 27 können je rechteckige oder auch andere Querschnitte aufweisen.
In Figur 4 ist der Primärrahmen 25 mit dem daran befestigten Sieb 23 gezeichnet. Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Befestigung optional durch eine Schweissverbindung, bspw. eine Punktschweissverbindung geschehen kann. In Fig. 4 sind schematisch entsprechende Schweisspunkte 31 dargestellt.
In Ausführungsformen ist das Sieb nicht nur an den äusseren Rahmenteil 26, sondern auch an die vom Sieb 23 überspannten Stäbe 27 geschweisst, beispielsweise ebenfalls durch eine Punkt- oder Laserschweissverbindung.
Metallbleche haben in ihrer Ebene eine gewisse, moderate Elastizität. Diese Eigenschaft ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft: Das Sieb kann am Einlegerahmen 25 befestigt werden, ohne dass eigens dafür vorgesehene Mittel zum Anlegen einer Spannkraft entlang der Ebene verwendet werden müssten, wie man das von gewobenen Sieben kennt. Vielmehr muss der Flachkörper mit den Durchgangslöchern lediglich auf den Rahmen aufgelegt und dann mit diesem verbunden werden, bspw. durch die erwähnte Punktschweissverbindung oder durch Laserschweissen. Auch die Verwendung eines Klebers erübrigt sich, was als vorteilhaft anzusehen ist für ein Bauteil, das in direkten Kontakt mit Lebensmitteln kommt.
Figur 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Sieb 23. Die Durchgangslöcher 42 sind in einer hexagonalen Anordnung vorhanden. Ausserdem ist auch die Form der Durchgangslöcher 42 näherungsweise hexagonal. Abhängig von der Grösse der Durchgangslöcher 42 lässt sich eine solche hexagonale Form herstellungsbedingt besser (bei grösseren Durchgangslöchern, d.h. wenn das Sieb vergleichsweise grobmaschig ist) oder weniger gut annähern, bspw. wenn das Sieb durch Ätzen hergestellt ist. Bei sehr engmaschigen Sieben ergibt sich je nach Herstellungsverfahren eine näherungsweise runde Form der Durchgangslöcher. Die Vorteile der hexagonalen Anordnung bleiben aber unabhängig von der realen Form bestehen.
Auch wenn eine hexagonale Anordnung und Form besonders vorteilhaft sind, kann das Sieb grundsätzlich beliebige - im Allgemeinen regelmässige - Anordnungen und beliebige Formen von Durchgangslöchern aufweisen. Figur 6 zeigt eine Quadratgitter-Anordnung mit quadratischen Durchgangslöchern, wie sie sich bei gewobenen Sieben zwangsläufig ergibt, und wie sie bei optional auch bei Sieben der hier beschriebenen Art aus einem Blech oder anderen Flachkörper vorhanden sein kann. Figur 6 zeigt auch die Definition der Maschenweite w, die definiert ist als die Breite des Zwischenraums zwischen benachbarten Fäden (und nicht etwa bspw. der Abstand der Achsen der Fäden); bei einem nicht-ebenen Gitter in Projektion auf die Siebfläche.
Bei einem Sieb mit nicht-quadratischen Durchgangslöchern, wie demjenigen von Fig. 5, kann die Maschenweite definiert sein als die Quadratwurzel der Fläche a der Durchganglöcher im Horizontal schnitt, d.h. die Maschenweite, die sich ergäbe, wenn die Durchgangslöcher die Fläche a aufwiesen, aber quadratisch wären. Es kann auch vorgesehen sein, dass je nach Form der Durchgangslöcher die Fläche bewusst etwas kleiner - oder eventuell etwas grösser - gewählt wird als bei quadratischen Durchgangslöchem um dieselbe Klassierung zu erreichen. Beispielsweise kann bei näherungsweise runden Durchgangslöchern - solche ergeben sich bspw. beim Ätzen von sehr kleinen Durchgangslöchern von bspw. weniger als 0.3 mm Durchmesser; auch bei additiven Verfahren ergibt sich bei sehr feinen Strukturen eine leicht abgerundete Form - ein Durchmesser gewählt wird, der eine Fläche von nur ca. 95% der Fläche a ergibt, was dann in etwa dieselbe Selektion ergibt wie bei quadratischen Durchgangslöchern der Maschenweite ^(a). Auch bei hexagonalen Durchgangslöchern - solche können bei geätzten Sieben mit etwas grösserer Maschenweite von bspw. mindestens 0.3 mm erzeugt werden - kann das Durchgangsloch auch eine um wenig kleinere Fläche a aufweisen als das entsprechende quadratische Durchgangsloch mit gleicher Klassierungswirkung.
Der Vergleich zwischen Figuren 5 und 6 illustriert auch, dass bei gegebener Stegbreite bst und Maschenweite das Verhältnis zwischen offener Siebfläche (die für den Durchsatz durch das Sieb wichtige Grösse) und Nettosiebfläche (die im Allgemeinen durch die Abmessungen des Siebelements gegeben ist und nicht beeinflusst werden kann) bei einer hexagonalen Anordnung und bei näherungsweise hexagonalen Durchgangslöchern besser ist als bei der konventionellen quadratischen Anordnung. Es lässt sich zeigen, dass sich beispielsweise bei hexagonalen Durchgangslöchem die offene Siebfläche gegenüber Stahlgeweben um etwa 4% und gegenüber Kunststoffgeweben (die etwas dickere Fäden bedingen) um etwa 11% vergrössem lässt, was bei industriellen Prozessen wie denjenigen, die in einer Getreidemühle ablaufen, eine sehr bedeutende Effizienzsteigerung bedeutet.
Zusätzlich zeigt sich jedoch in Versuchen, dass der Siebdurchsatz durch ein Sieb der erfindungsgemässen Art im Vergleich zum Stand der Technik noch viel weiter gesteigert werden kann als das durch eine grössere offene Siebfläche erklärt werden könnte, was nachstehend noch erläutert wird.
In Figur 7 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein Sieb der erfindungsgemässen Art gezeichnet, welches durch Ätzen hergestellt ist. Figur 7 illustriert auch das Merkmal, dass die Stegbreite bst beispielsweise ungefähr der Dicke d des Flachkörpers entspricht, d.h. die Stege haben ein Aspektverhältnis von ungefähr 1. In Fig. 7 sieht man auch, dass die Stege 41 im Querschnitt rechteckig, beispielsweise ungefähr quadratisch sind, wobei bei einer Herstellung durch Ätzen insbesondere von beiden Seiten, also von oben und von unten her geätzt wird, weshalb sich zur Mittelebene hin eine ganz leichte Verengung des Durchgangslochs ergibt, was aber keinen signifikanten negativen Einfluss auf die erzielbaren Ergebnisse hat.
Ein entsprechender Schnitt durch ein gewobenes Sieb gemäss dem Stand der Technik ist in Figur 8 dargestellt.
Ein Vergleich zwischen Fig. 7 und Fig. 8 zeigt, dass sich bei Sieben der erfindungsgemässen Art den Stegen entlang Kanten 44 ergeben, was bei einem gewobenen Sieb nicht der Fall ist. Die Existenz solcher Kanten 44, insbesondere oberseitig, d.h. zum zu siebenden Gut hin, stellt eine mögliche Erklärung dafür dar, dass der erfindungsgemässe Ansatz die Effizienz so stark erhöht. Ein Mehl- oder Schrotteilchen oder eine Gruppe solcher Teilchen wird mit einer viel kleineren Wahrscheinlichkeit an der Oberseite des Siebs Teil einer stabilen Struktur bilden und wird mit grösserer Wahrscheinlichkeit an der Kante in seiner Bewegung nach unten abgelenkt als das beim gewobenen Sieb mit seinen runden Querschnittstrukturen der Fall ist. Figur 9 illustriert erstens schematisch das Prinzip, dass bei der Herstellung durch Ätzen nicht von beiden Seiten her gleich tief geätzt werden muss, sondern dass auch asymmetrische Konfigurationen möglich sind. In Fig. 9 wurde von unten her etwa doppelt so tief geätzt wie von oben her, so dass entsprechend die Stelle mit der grössten Verengung oberhalb der Mittelebene ist. Eine solche asymmetrische Konfiguration mit der engsten Stelle oberhalb der Mittelebene kann vorteilhaft sein, weil dadurch die Wahrscheinlichkeit kleiner ist, dass sich Partikel im Durchgangsloch verklemmen. Das ergibt eine potentielle weitere Effizienzsteigerung.
Zweitens illustriert Fig. 9, dass die Stegbreite bst auch kleiner als die Dicke d sein kann, was vorstehend bereits diskutiert wurde.
Drittens illustriert Fig. 9 auch, dass der Winkel zwischen der oberseitigen Oberfläche des Siebs und der Wand des Durchgangslochs auch bei Vorliegen einer - wie erwähnt unter Umständen vorteilhaften - scharfen Kante nicht genau 90° betragen muss, sondern etwas kleiner sein kann.
Figur 10 zeigt einen zu Fig. 7 analogen vertikalen Querschnitt durch ein Sieb der erfindungsgemässen Art, welches nicht durch Ätzen, sondern durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wurde. Durch gepunktete Linien ist angedeutet, dass das Sieb aus einer Vielzahl von Schichten 51 aufgebaut sind, wobei die Schichten horizontal verlaufen. Die geschichtete Struktur kann, muss aber nicht, am Sieb noch erkennbar sein. Die sich auf die Dimensionen und die Form beziehenden (mit Kanten 44), anhand von Fig. 7 und, in Bezug auf die Stegbreite, Fig. 9 erläuterten Erwägungen gelten auch für Ausführungsformen der zweiten Gruppe, von denen ein Beispiel in Fig. 10 dargestellt ist. Beispiel 1: Ca. 100 g eines handelsüblichen Weissmehls wurde auf ein durch Ätzen hergestelltes Sieb der Abmessung 275 mm* 175 mm (Nettosiebfläche) mit einer hexagonalen Anordnung von insgesamt 427'000 Durchgangslöchern gegeben. Die Durchgangslöcher hatten eine mittels einer CAD-Software ausgemessene Fläche von a= 0.05309mmA2, was einer Maschenweite von 0.23 entspricht. Das Sieb wurde in horizontal kreisende Bewegungen (ca. 3 Rotationen pro Sekunde; Durchmesser des Bewegungskreises: 5 cm) versetzt. Nach insgesamt ca. 25 s war das Mehl bis auf eine kleine Rest-Menge durch das Sieb durchgetreten.
Unter denselben Bedingungen (gleiche Sieb-Abmessungen und Nettosiebfläche), gleiche kreisenden Bewegungen wurde eine gleiche Menge desselben Mehls auf ein vergleichbares handelsübliches Nylonsieb (Maschenweite 0.236 mm; Anzahl Durchgangslöcher 426'000) gegeben und durchgesiebt. Nach 40 s waren immer noch signifikante Mehlanteile nicht durch das Sieb durchgetreten, weshalb zusätzlich ein Siebreiniger auf das Sieb gelegt wurde um den Vorgang zu unterstützen. Erst nach weiteren 20 s - also nach insgesamt 60 s war das Mehl bis auf einen kleinen Rest einer vergleichbaren Rest-Menge durchgetreten.
Die Effizienz wurde also bei diesem Beispiel um deutlich mehr als einen Faktor 2 erhöht.
Dieses Beispiel entspricht einer durchaus realistischen Anwendungssituation. Es ist üblich, dass verkaufsfertiges Mehl vor dem Ausliefern in sogenannten Kontrollsichtem noch einmal durchgesiebt wird, um eventuelle Fremdkörper herauszufiltem. Ein Sieb wie das handelsübliche Nylonsieb mit einer Maschenweite von 0.236 mm kann bei solchen Vorgängen zum Einsatz kommen. - TI -
Beispiel 2: Wie Beispiel 1, aber mit Roggenmehl anstatt Weissmehl als Siebgut. Roggenmehl ist stark agglomerierend und daher schwierig zu sieben. Die Effizienzsteigerung gemäss Beispiel 1 wurde bestätigt.
Beispiel 3: Analog zu Beispiel 1, aber es wurde ein durch Ätzen hergestelltes Sieb mit einer quadratischen Anordnung von näherungsweise quadratischen Sieblöchern verwendet (durch den Ätzprozess ist die Form der Sieblöcher diejenige von Quadraten mit deutlich abgerundeten Ecken). Die effektive Fläche der Durchgangslöcher wurde mit CAD nachgemessen. Sie entsprach der Fläche des Quadrats mit der Maschenweite 236, d.h. 0.236 mm. Bereits nach 16 s war aufgrund der kreisenden Bewegungen praktisch die gesamte Menge der 100 g Weissmehl durch das Sieb durchgetreten. Eine erneute Vergleichsmessung mit der derselben Menge Weissmehl und mit dem Nylonsieb aus Beispiel 1 und einer Maschenweite 0.236 mm, aber ohne die Verwendung eines Siebputzers, ergab auch nach 93 Sekunden einen noch nicht vollständigen Durchtritt des Weissmehls, d.h. der verbleibende Rest war grösser als beim erfindungsgemässen Sieb nach bereits lö s.
Beispiel 3 bestätigt, dass die Anordnung und auch die Form der Sieblöcher eher sekundär sind, und dass der Effekt der Erfindung dadurch begründet ist, dass das Sieb eine intrinsisch andere Struktur hat als ein gewobenes Sieb.
Figur 11 zeigt anhand einer Vergleichsmessung, dass das erfindungsgemässe Vorgehen nicht nur die Effizienz des Siebvorgangs verbessert wird, sondern auch die Schärfe der Trennung. Die Messung wurde mit dem erfindungsgemässen Sieb und dem handelsüblichen Nylonsieb gemäss Beispiel 1 durchgeführt. Dieses Getreidemahlprudukt wurde mit den Parametern gemäss Beispiel 1 gesiebt. Der sogenannte Abstoss, also derjenige Anteil des Siebguts, der nicht durchgesiebt wurde, wurde mit Hilfe eines kommerziell erhältlichen Laborgeräts (Hersteller: Microtrac), welches das Prinzip der dynamischen Bildanalyse (ISO 13322-2) nutzt, analysiert. Bestimmt wurde namentlich die Grössenverteilung der Getreidemahlprodukt-Partikel, und zwar mit dem minimalen Durchmesser xc,min als charakterisi scher Quantität. xc,min ist die minimale Abmessung der entsprechenden Partikel - bei kugelförmigen Partikeln entspricht xc.min dem Durchmesser, bei ellipsoiden Partikeln dem doppelten Wert der kleinsten Halbachse. Fig. 16 zeigt die sogenannte Trenngrad-Kurve, d.h. denjenigen Anteil der Anzahl Getreidemahlprodukt-Partikel mit einem xc.min-Wert der kleiner ist als der auf der Abszisse angegebene Wert. Man sieht, dass bei der mit einer erfindungsgemässen Maschine mit geätztem Sieb erhaltenen ersten Kurve 61 die Abgrenzung deutlich schärfer ist (steilerer Anstieg) als bei der zweiten Kurve 62, die sich für die Maschine mit konventionellem Sieb ergibt. Daraus ist unmittelbar ersichtlich, dass die Erfindungsgemässe Maschine und das erfmdungsgemässe Siebelement nicht nur eine verbesserte Effizienz sondern auch eine verbesserte Diskriminationsqualität mit sich bringt.
Figuren 12 und 13 illustrieren die Möglichkeit, ein Siebelement der erfindungsgemässen Art mit einer zusätzlichen Funktion zu versehen, nämlich einer automatischen Siebbrucherkennung. Diese Möglichkeit besteht namentlich bei Siebelementen, die mit additiven Fertigungsverfahren hergestellt sind, insbesondere dem 3D-Siebdruckverfahren. Das Siebelement enthält mindestens eine eingebettete Leiterbahn 71, welche zwischen zwei Kontakten 74 verläuft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verlauf der Leiterbahn 71 mäandrierend. Bei einem Siebbruch 81 wird die Leiterbahn unterbrochen und dadurch durch einen einfachen Sensor oder ein einfaches Messgerät feststellbar, welcher/welches prüft, ob zwischen den zwei Kontakten 74 eine elektrische Verbindung besteht. Die Leiterbahn 71 verläuft eingebettet, d.h. es gibt keinen Kontakt zur oberen oder unteren Oberfläche des Flachkörpers. In Ausführungsformen, in denen diese Oberflächen metallisch sind - d.h. das Siebelement ist im Wesentlichen metallisch - wird zwischen der Leiterbahn 71 und den metallischen Schichten 81 an den Oberflächen mindestens eine elektrisch isolierende Schicht 92 vorhanden sein; ebenso kann die Schicht mit der Leiterbahn 71 mit elektrisch isolierendem Material aufgefüllt sein (d.h. an denjenigen Positionen in der Siebelement-Ebene elektrisch isolierend sein, wo die Leiterbahn nicht ist). Geeignete elektrisch isolierende Materialien sind die erwähnten keramischen Werkstoffe oder harten thermoplastischen oder aushärtbaren Kunststoffe.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist nebst der (ersten) Leiterbahn 71 in einer anderen Schicht eine zweite Leiterbahn 72 vorhanden, die ebenfalls mäandrierend verläuft, aber mit einer anderen, insbesondere orthogonalen Primärrichtung. So können Siebbrüche wie der dargestellte zweite Siebbruch 82 festgestellt werden, welche so verlaufen, dass sie die erste Leiterbahn 71 nicht durchtrennen. Die zweiten Elektroden 75 für die zweite Leiterbahn werden separat von den (ersten) Elektroden 74 der ersten Leiterbahn 71 ausgelesen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Maschine (1) zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten, aufweisend mindestens ein Siebabteil (3) mit einer Mehrzahl von Sieben (23), einem Siebgut-Einlauf (6) und einem Siebgut-Auslauf (7) wobei die Maschine eingerichtet ist, die Siebe (23) in Schwingbewegungen zu versetzen, um das mindestens teilweise Durchtreten von durch den Siebgut-Einlauf eingebrachtem
Siebgut durch die Siebe zu fördern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Siebe (23) als ein Flachkörper mit Durchgangslöchern (42) ausgebildet ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, wobei der Flachkörper metallisch ist.
3. Maschine nach Anspruch 2, wobei der metallische Flachkörper magnetisch ist.
4. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sieb (23) auf einem Primärrahmen (25) befestigt ist.
5. Maschine nach Anspruch 4, wobei der Primärrahmen einen äusseren Rahmenteil (26), welcher entlang eines Umfangs des Siebs verläuft, sowie vom Sieb überspannte Stäbe (27) aufweist, und wobei das Sieb sowohl am äusseren
Rahmenteil (26) als auch an den Stäben (27) befestigt ist.
6. Maschine nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Sieb (23) mit dem Primärrahmen (25) verschweisst ist.
7. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Durchgangslöcher (42) mindestens eines der Siebe eine hexagonale Anordnung bilden.
8. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Durchgangslöcher (42) mindestens eines der Siebe eine hexagonale Form aufweisen.
9. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei für Stege (41), welche zwischen benachbarten Durchgangslöchern (42) ausgebildet sind, gilt: O.5*d<bst<l .6*d, wobei d die Dicke des Flachkörpers und bst die Breite der Stege (41) an ihrer engsten Stelle bezeichnet.
10. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Flachkörper um die Durchgangslöcher (41) herum eine Kante (44) ausbildet.
11. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, der frei von Klebstoff in Kontakt mit dem Sieb (23) ist.
12. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Durchgangslöcher durch Ätzen erstellt sind.
13. Maschine nach einem der Ansprüche 1-11, wobei das Sieb durch ein additives Fertigungsverfahren gefertigt ist. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, die eingerichtet ist, die Siebe (23) in Schwingungen in einer horizontalen Siebebene zu versetzen, wodurch die Maschine ein Plansichter ist. Maschine nach einem der Ansprüche 1-13, die eingerichtet ist, die Siebe (23) so in Schwingungen zu versetzen, dass eine Siebebene Schwingungen unterworfen ist, wodurch die Siebe als Wurfsiebe wirken. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Siebe (23) für eine automatische Detektion von Siebbrüchen ausgerüstet ist, indem es eine Leiterbahn (71, 72) aufweist, die in elektrisch isolierendem Material ausgebildet ist, wobei die Leiterbahn an zwei Stellen je eine Elektrode (74, 75) ausbildet, wodurch feststellbar ist, ob die Leiterbahn (71, 72) zwischen den Elektroden (74, 75) ununterbrochen oder unterbrochen verläuft. Siebelement für eine Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend einen Flachkörper mit einer Fläche von mindestens 100 cm2 mit einer regelmässigen Anordnung von Durchgangslöchern (42), sowie einen Primärrahmen (25), an welchem der Flachkörper befestigt ist. Verwendung eines Siebs, welches als Flachkörper mit Durchgangslöchern (42) ausgebildet ist, als Sieb (23) einer Maschine zum Fraktionieren von Getreidemahlprodukten.
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