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Verfahren und Vorrichtung zur Trennung fester Stoffe von verschiedenen spezifischen Gewichten.
Die Erfindung bezieht sich auf die Absonderung von Stoffen verschiedener spezifischer Gewichte. wie beispielsweise Kohle, Steine oder Erze und deren Gang, und steht in Zusammenhang mit jenen Verfahren, bei welchen Luft-oder Gasdruck auf das auf einem Träger befindliche Materialbett ausgeübt wird, so dass das Bett aufgelockert und ausgebreitet wird und die Schichtung des Materials [nach dessen Dichtigkeit erfolgt.
Dieses Verfahren ist in dem Patente Nr. 120521 beschrieben, dessen Arbeitsbedingungen darin bestehen, dass die zu trennenden Stoffe mit einer hinreichenden Menge feinen Materials auf eine durchlässige Unterlage gebracht werden, damit sich ein praktisch undurchlässiges Iaterialbett von bestimmtem Widerstande ausbildet, und das gasförmige Mittel unter einem Druck auf das Materialbett zur Einwirkung gebracht wird, der gerade ausreicht, um den Stoff von geringer Dichte in Gleichgewichtslage zu bringen, wodurch die Ausbreitung des Bettes durch statischen oder ruhenden Druck des Mittels erreicht wird und die Stoffe sich nur unter der Wirkung ihrer verschiedenen Dichte schichten.
Die Erfindung besteht in der Verbesserung der das Bett oder die Materialmasse anhebenden Wirkung. Auf diese Weise geht die Absonderung des Materials wirksamer und leichter vor sich. Für die Erfindung wird das vorstehend beschriebene Prinzip der statischen Druekarbeit benutzt. durch die das abzusondernde Material allein durch die Dichtigkeitsverhältnisse, ohne Rücksicht auf die Grösse der Teilchen, abgesondert wird.
Bei den bekannten Verfahren hat man bereits vorteilhaft die auf das aus unsortierten Stoffen verschiedenen spezifischen Gewichtes bestehende Materialbett ausgeübte Auftriebswirkung durch Anwendung von periodischem oder schwankendem statischem pneumatischem Druck innerhalb des Bettes verbessert.
Bei genügender Schnelligkeit der Pulsationen erhält man eine wirksamere Materialschiehtung als bei gleichförmigem Druck. Es liegt das daran, dass das Materialbett gleichsam in einem flüssigen Zustand sich befindet und die Gefahr des plötzlichen Gas-oder Luftdurchtrittes durch das Bett vermieden ist.
Daraus folgt, dass jede Verbesseiung des Schwankungszustandes des Druckes die Schichtungswirkung verbessern muss.
Eine Untersuchung der Verhältnisse, die bei pulsierendem pneumatischem Druck im Luftkasten der Vorrichtung auftreten, lässt erkennen, dass die Druckschwankungen gemäss den physikalischen Gesetzen der Schallwellen verlaufen. Es ergibt sich also bei Zugrundelegung der bei den bekannten Verfahren auftretenden Verhältnisse, dass die Öffnung der den pulsierenden Druck erzeugenden Einrichtung eine Verdichtungswelle hervorruft, die sich über die Länge des Luftkastens nach den bekannten Gesetzen mit der Schallgeschwindigkeit entsprechend dem herrschenden Druck ausbreitet, dem eine Verdünnung nachfolgt.
Die so erzeugte Welle wird von der gegenüberliegenden Fläche zurückgeworfen, u. zw. in einer Richtung, die durch den Winkel bestimmt ist, den die Reflexionsfläche mit der Fortpflanzungsrichtung der Welle einschliesst. Wird also der Luftkasten oder die Luftkammer senkrecht zu der Fortpflanzungrichtung der Welle angeordnet, so dass die Kastenwandung, die dem Luftdruckerzeuger gegenübersteht, eben ist und senkrecht zu der genannten Fortpflanzungsrichtung verläuft, dann wird die zurückgeworfene Welle unmittelbar auf den Druckerzeuger auftreffen. Von ihm wird sie wieder zurückgeworfen. In einem derartigen Luftkasten wird auf Grund eines einzigen Anstosses die Welle rückwärts und vorwärts über die Länge des Luftkastens wandern bis s ! c ausklinkt.
Werden nun in regelmiissiger Folge der Luft Impulse
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barkeit sein würde.
Es hat sieh des weiteren herausgestellt, dass, je vollkommener die Druckschwankungen gleichmässig über dem Querschnitt des Luftkastens sich ausbilden. um so vollkommener werden die Resonanzbedingungen bei der Arbeit der Absonderungsvorrichtung erhalten werden. Scharfe Abgrenzung und kurze Dauer der Druckimpuls sind ebenfalls wichtige Faktoren. Die besten Ergebnisse sind. wie Versuche gezeigt haben, mit einem Druckerzeuger erhalten worden, bei dem eine Reihe von Ventilöffnungen in einer Endwandung des Luftkastens untergebracht sind und bei dem eine Reihe von Ventilteilen zur Abdeckung und Freilegung derartiger Öffnungen in bestimmten Abschnitten vorgesehen sind. Die Ventileinrichtung kann als Schieberventil, als Drehfliigelventil, als schwingende Klappe, als Hubventil oder in andrer Weise ausgebildet sein.
Je mehr die Durchbildung des Druckerzeuger so gestaltet werden kann, dass eine ebene Fläche senkrecht zu den von der gegenüberliegenden Luftkastenwandung zurück- gestrahlten Wellen steht, um so besser wird das Ergebnis.
Durch Benutzung des oben beschriebenen Druckerzeugers können die Druckimpulse und das Luftvolumen, das zum Ausgleich der durch das Materialbett hindurchgehenden Luftverluste zugeführt wird, zu gleicher Zeit durch die Zusammenwirkung des Gebläses und des Druckerzeuger erzeugt werden.
Selbstverständlich sind diese Druckimpulse unabhängig von irgendeinem den atmosphärischen Druck übersteigenden Druck innerhalb des Luftkastens ; infolgedessen kann man diesen Druck durch einen besonderen Druckerzeuger beziehen. Im folgenden wird beispielsweise die Durchbildung einer Vorrichtung mit einer Membran oder einem Kolben als wesentlichen Bestandteil des Druckerzeuger beschrieben.
Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Absonderungsvorrichtung mit einem Druckerzeuger in Membran-oder Kolbenform, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1, Fig. 3 eine Darstellung gemäss Fig. 1 einer Vorrichtung mit einem Druckerzeuger mit Drehklappen, Fig. 4 eine ähnliche Ansicht einer Absonderungsvorrichtung mit einem Mehrfach-Ventildruckerzeuger, Fig. 5 einen Schnitt der Fig. 4, die Fig. 6-8 weitere Ausführungsformen der Druckerzeuger.
In den Zeichnungen ist die Durchbildung des Absonderungstisches a nicht mit allen Einzelheiten dargestellt, da das für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist. Es könnte beispielsweise eine Tisehausbildung Anwendung finden, wie sie für die eingangs angegebenen bekannten Vorrichtungen zur Absonderung benutzt werden. In jedem zeichnerisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist der Tisch an Federstahlarmen b aufgehängt und lässt sich durch einen Exzenterantrieb mit den Stangen c in schwingende Bewegung versetzen. cl stellt eine Zuführungsvorrichtung für das dem Tisch zuzuführende Gut dar.
Erfindungsgemäss ist nun (s. Fig. 1 und 2) der Luftkasten e, über dem der Tisch a angebracht ist, im Längsschnitt gesehen, rechteckig ausgebildet, u. zw. so, dass gleiche Querschnitte über die ganze Länge vorhanden sind. Der Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung ist ebenfalls rechteckig, jedoch
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Der Druckerzeuger nach diesem Ausführungsbeispiel besitzt eine) Membran oder einen Kolben der vorteilhaft am rückwärtigen Ende des Luftkastens angebracht ist und durch ein Exzenter g, das über eine Verbindungsstange h und eine drehbar bei l damit verbundene Kolbenstange k auf die Membran wirkt, in Schwingungen versetzt werden kann. m ist eine Führung für die Kolbenstange. Die Membran oder der Kolben t besteht aus einer Gummiplatte it, die sich über den ganzen Endquerschnitt des Luftkastens erstreckt und zwischen zwei Platten o aus Aluminium oder einem andern Baustoff festgehalten wird. Auf diese Weise ist ein Kolben geschaffen, der soweit wie möglich eine gerade Abschlussfläche am Ende des Luftkastens bildet.
Die Vorrichtung zur Absonderung besitzt des weiteren ein Gebläse p mit einem Auslasssteuerventil i zur Erzeugung eines ständigen Luftdruckes innerhalb des Luftkastens e durch den Kanal q und eine mit feinen Durchbrechungen versehene Platte 1', die den Boden des Luftkastens bildet. Durch die Platte soll die Luft gleichmässig über die ganze Bodenfläche des Luftkastens eintreten.
. Beim Betriebe wird durch das Gebläse p ständig Luft dem Boden des Luftkastens zugeführt und durch die Schwingungen des Tisches wird der Kolben oder die Membran t hin und her bewegt. Dadurch entstehen in dem Luftkasten Druckschwankungen und dadurch, dass die Membran mit einer zur Länge des Luftkastens proportionalen Frequenz sich bewegt, werden Druckwellen über die reflektierten Wellen gelagert, so dass Druckschwankungen hoher Amplitude in der oben beschriebenen Weise sich ausbilden. Der Widerstand der durchlöcherten Platte ?'wird vorteilhaft so gewählt, dass der sehwankende Druck durch die Platte in der entsprechenden Höhe hindurchtritt.
Da die Absehlusswandung des Luftkastens, die dem Drucklufterzeuger gegenüberliegt, eben ausgebildet ist und rechtwinklig zu der Wellenfort-
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Störungen reflektiert werden. Die Wirkung dieser Anordnung besteht vor allem in der Erzeugung der
Resonanz ; die Stärke des Druckes wird durch die Verstellung des Kolbens oder der Iembran t in bezug auf die Länge des Luftkastens g bestimmt.
Bei dieser Durchbildung der Vorrichtung würde die Verstellung des Kolbens oder der Membran, da sie durch ein Exzenter hervorgerufen wird, dem Sinusgesetz folgen, ebenso wie die Schwingung der Luft im Luftkasten. Kolben und Luft werden daher synchron schwingen. Bei der Vorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel muss die Verstärkung bei jeder Wellenrückkehr erfolgen, da der Kolben zwischen den Schwankungen nicht stillgesetzt werden kann, um die nächstfolgende Rückstrahlung abzuwarten. Die Frequenz des Kolbens muss daher dieselbe wie die Frequenz der schwingenden Luft sein.
Würde jedoch eine Kurvenseheibe zur Bewegung des Kolbens oder der Membran an Stelle eines Exzenters verwendet werden, dann könnten die Wellen bei der zweiten oder einer nächstfolgenden Rückkehr verstärkt werden.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein umlaufender Druekschwankungserzeuger vorgesehen. Zwei Klappenflügel t sind auf Scheiben angeordnet, die an beiden Enden der Achse u sitzen.
Das Gehäuse des Druckerzeuger steht mit dem eigentlichen Luftkasten e durch einen sich erweiternden Teil f in Verbindung. Durch den letztgenannten Teil sollen schärfer abgegrenzte Impulse, die sonst nicht erhalten werden könnten, abgegeben werden. Zwar wird dieser sich erweiternde Teil eine geringe Störung der durch das gegenüberliegende Ende des Luftkastens zurückgestrahlten Wellen hervorrufen. da aber die Erweiterung nur gering und ausserdem regelmässig gestaltet ist und des weiteren, dass die zurück- gestrahlten Wellen durch neue Impulse des Druckerzeuger verstärkt werden, so kann von einer nachteiligen Wirkung kaum die Rede sein.
Praktisch ausgeführte Versuche haben ergeben, dass Resonanz in ausreichendem Masse verwirklicht und eine sehr gute Schichtungswirkung erhalten wird.
Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Vorrichtung weist der Druckerzeuger eine Mehrzahl von Drehflügeln auf, die sich zu einer Ventileinrichtung K'am rückwärtigen Ende des Luftkastens zusammensetzen. Die Ventileinrichtung besitzt einen flachen Rahmen y mit einer Anzahl von Schlitz- öffnungen, die sich waagrecht über die ganze Breite des Luftkastens erstrecken und in denen die Drehklappen 1 untergebracht sind.
Die Schlitze x sind so eng aneinandergerückt wie nur irgend möglich. Man kann dabei so weit gehen, dass gerade noch die Zwischenstücke 2 des Ventilrahmens den mechanischen Beanspruchungen standhalten. Die Druekimpulse breiten sich infolgedessen über die ganze rückwärtige Fläche des Luftkastens aus und verursachen ein Geringstmass an Störung. Abgeschrägte Schienen 2a an dem Zwischenstücke 2 an der dem Gebläse zugewandten Seite sorgen für eine günstige Einführung der Luft in die Schlitze x. Die Aussengestalt der Zwischenstücke 2 entspricht dem Wege der Spitzen der Klappenflügel . Der Rahmen y besitzt eine gewisse Stärke, so dass kurze und scharfe Impulse hinter der Ventileinrichtung 11' entstehen.
Die Klappenflügel 1 können durch Kegelräder oder eine andre geeignete Antriebseinrichtung, die in den Zeichnungen nicht wiedergegeben ist, in Umdrehung versetzt werden.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 3-5 wird die Luft durch das Gebläse ganz durch den Druckerzeuger hindurchgeführt. Die Durchbildung kann aber auch so getroffen werden, dass ein Hauptdruck dem Luftkasten, beispielsweise durch den Boden des Luftkastens, wie bei den Ausfiihrungs- beispielen in den Fig. 1 und 2, zugeführt wird.
Die Ausbildung der Druckerzeuger gemäss den Fig. 4 und 5 ist der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausbildung insofern überlegen, als sie eine bessere rechteckige Ausgestaltung des Luftkastens ermöglicht. Es kommt der sich erweiternde Teil gemäss Fig. 3, den man als Verlängerung des Luftkastens ansehen kann, in Fortfall, da der Druckerzeuger über die ganze Endwandung des Luftkastens sieh erstreckt. Der Vorteil gegenüber der Verwendung einer Membran oder eines Kolbens gemäss Fig. 1 besteht in der widerstandsfähigeren Bauart. Die im wesentlichen ebene Gestaltung der Ventileinriehtung ; < ', die grosse durch die Schlitze x gegebene Öffnungsfläche und das scharfe Abschneiden des Luftstromes durch die Flügel 1 rufen eine nahezu vollkommene Resonanz hervor.
Der Druckerzeuger gemäss der Fig. 6 besitzt eine Reihe von Klappenventile z, die übereinander in das rückwärtige Ende des Luftkastens e eingebaut sind und ungefähr wie Luken in Schwingungen versetzt werden können. Die Ventile stehen unter dem Einfluss von Armen 3, die auf den Ventilspindeln sitzen, und eines Schiebers 4, der durch eine Kurvenscheibe 5 angetrieben und durch Bolzen irr Schlitze des Armes 3 eingreift. Die Rücklaufbewegung oder Schliessbewegung erfolgt durch die Feder 6. Die Ventile werden bei dieser Ausbildung sehr scharf geöffnet und geschlossen. Die durch die geschlossenen Ventile dargebotene ebene Oberfläche sorgt für eine äusserst wirksame Rückstrahlung der Druckwellen.
Gemäss Fig. 7 ist eine Sehieberventilart mit einem festen Ventilteil 7 gewählt. Waagrechte Öffnungen 8 des Ventilteiles 7 erstrecken sich über die ganze Breite des Luftkastens e. Durch einen hin und her gehenden Schieber 9, der durch eine Kurvenscheibe 10 und eine Feder 12 beeinflusst wird. werden die Öffnungen 8 geschlossen und geöffnet, was keiner weiteren Erklärung bedarf.
In Fig. 8 ist ein Druckerzeuger mit einer Anzahl von Hubventilen l') angegeben, die in Führungen 14 einer Trennwand 15 untergebracht sind. Die Trennwand erstreckt sich über das ganze rückwärtige Ende des Luftkastens e. Die scheibenförmig ausgestalteten Ventile sind so dicht wie möglich aneinander-
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in Verbindung und werden durch Kurvenscheiben 17 geöffnet und durch Federn 18 geschlossen. Es können auch andere Mittel benutzt werden, wobei nur die Bedingung des schnellen Öffnens und Schliessens eingehalten werden muss.
Der Luftkasten braucht nicht in der oben geschilderten Weise mit einem Druckerzeuger verbunden
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einrichtung zu verbinden. In jedem Falle besteht die Möglichkeit, Druckschwankungen durch die Anordnung eines Druckerzeugers in der angegebenen Weise hervorzurufen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Trennung fester Stoffe von verschiedenen spezifischen Gewichten durch Verwendung von Impulsen pneumatischen Druckes, die in einem geschlossenen Raum unter oder über einem Bett einer Masse von Material erzeugt werden und die das Bett in Bewegung bringen sollen, um innerhalb desselben eine Schichtung des Materials in nach der Dichte angeordnete Schichten zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse in der Form von im pneumatischen Druckraum regelmässig aufeinanderfolgenden Druckwellen von einer Frequenz erzeugt werden, die so bemessen ist, dass bei der Rückkehr der aufeinanderfolgenden Wellenzüge nach ihrer Reflexion an der dem Wellenerzeuger gegen- überliegenden Wand des Druckraumes diesen Wellen andre, mit ihnen in Phase befindliche Wellen überlagert werden,
wodurch eine hohe Druckschwankungsamplitude erzielt wird und im Druckraum annähernd Resonanzbedingungen hergestellt werden können.