CN114521157A - 分离装置和操作方法 - Google Patents

Abstract

用于分离散装材料的颗粒的装置(1)，散装材料的颗粒在输入位置处可被输送并且可以在输出位置处以不同的或至少大致统一的颗粒尺寸被处理和移除，该装置包括至少一个分离元件(3)，至少一个分离元件具有金属分离板(31)，金属分离板在其中设置有通孔(30)，分离元件(3)能够被提供以超声能量并且为此连接到超声波换能器(6)并且由保持装置(2)保持。根据本发明，保持装置(2)是安装轴(2)，该安装轴在一端或两端被固定地或可移动地、特别是可旋转地和/或轴向可滑动地被保持，并且该安装轴在一端或两端连接到超声波换能器，超声能量通过该超声波换能器经由安装轴(2)可耦合到被设计为尺寸稳定的分离元件(3)中。

Description

分离装置和操作方法

技术领域

本发明涉及一种具有保持装置的分离装置以及用于该分离装置的操作方法，通过该保持装置保持分离元件。

背景技术

在许多工业部门，例如食品工业、化学工业、制药工业和建筑材料工业中，通常需要以颗粒形式提供的中间体，即以彼此分离的颗粒形式“微粒化”。在这种形式中，中间体可以被精确地计量和有效使用。避免了可能引起不期望的味道、固化、财务或医疗问题的错误剂量。散装材料可以按要求以统一的颗粒尺寸或以不同的颗粒尺寸被微粒化。

因此，分离装置允许散装材料的颗粒彼此分离，并且如果需要，还提供具有基本上统一的颗粒尺寸的散装材料。散装材料从输入位置被传送到输出位置，在该输出位置处，散装材料将以期望的形式被提供。这种传送通常在重力、机械移动的影响下进行，并且在筛分技术中，也可能在超声能量的作用下进行。

根据https://en.wikipedia.org/wiki/Sieve，筛装置的实施例中的分离装置包括筛网衬里，该筛网衬里包含大量与分离介质相同尺寸的开口。开口的尺寸被称为筛目尺寸。较大的颗粒保留在开口上方(筛网溢流)，较小的颗粒落下穿过(筛网通道)。与筛目尺寸大致相同的颗粒被称为极限颗粒。筛可以由一个或更多个叠加的筛层组成，其中具有最大的筛目尺寸的筛层位于筛叠层的顶部。筛网衬里的清洁度对于筛网的效率是重要的。特别地，必须通过合适的措施(例如通过在筛的上下“运行”的刷子、球、链、橡胶方块或通过向下增加孔直径，例如在以圆锥形或双圆柱形钻孔的情况下)防止筛开口被边界颗粒堵塞。

在大规模应用中，筛网衬里由驱动器激励以执行特定移动，以便改进筛分性能。筛网衬里的移动用于进一步在筛网的纵向方向上输送进料，以从网孔中排出边界颗粒并且改善分离的持续性(筛分效率)。

已知的是转筒式筛分机(例如参见EP0943374A2)，其具有能够进行转筒式运动(抛掷和摆动运动)的筛结构、弹性地支撑筛结构的支撑装置以及由电动机驱动旋转的安装轴，该电动机驱动其倾斜度和偏心率可调的滑动销，筛结构安装在该滑动销上。安装轴和滑动销因此将筛网衬里置于预定且恒定的运动中。这种系统设计复杂，并且引起相当大的建筑物振动和噪声，并且需要相对高水平的维护。

在粉末和散装材料的运输、储存、混合、分离、配料和处理过程中，它们的流动特性起到重要作用。当筛分散装材料时，重要的是其颗粒可以被分离并且可以通过筛孔。

WO2018219840A1描述了一种具有支撑装置的筛分装置，通过该支撑装置保持筛网，该筛网包括由筛框保持的筛网衬里，该筛框连接到驱动装置。由控制单元控制的驱动装置包括至少三个致动器，致动器一方面通过第一旋转接头各自连接到支撑装置，另一方面通过第二旋转接头各自连接到筛架，使得筛网仅由致动器保持，并且在工作空间内可移位并且可选地可旋转。筛网衬里还优选地经受超声能量，以便加速筛分过程。这种分离装置提供非常好的结果，并且也是复杂的，并且需要相对大的空间。另一方面，通过输送容器馈送散装材料是不容易的或只能通过很大的努力来实现。

JP2011245446A公开了一种具有筛网衬里的筛网，该筛网衬里由外框架保持并且金属隔膜抵靠该筛网衬里，超声能量通过该金属隔膜从超声源传递到筛网衬里。在超声能量的影响下，直径小于筛网衬里的筛目尺寸的散装材料的颗粒可以比筛通道更快地通过筛网衬里。直径大于筛网衬里的筛目尺寸的散装材料的颗粒作为筛网溢流通过外框架被运送到外部。这种具有筛网衬里和相邻隔膜的分离装置也相对复杂。

DE4448017B4公开了一种用于筛分、分类、筛分、过滤或分选干燥固体材料或液体的固体材料的装置，其具有设置在筛框架中的筛表面和与筛表面相关联的超声波换能器，通过超声波换能器可以将振动施加到筛表面上。至少一个谐振器与超声波换能器相关联，该谐振器与筛表面接触，并且被调谐到超声波换能器的谐振，并且可以通过超声波换能器引起该谐振器的振动。如果筛网要经受机械振动，则例如将其安装在振动筛分机中。在振动筛分机中的安装相应地导致高的费用。此外，振动筛分机可以施加在筛网上的机械运动在运动形式上受到限制，并且仅缓慢有效。

迪特马尔·舒尔策(Dietmar Schulze)的“粉末和散装材料，流动特性和手册(Pulver and Schüttgüter,Fliesseigenschaften and Handhabung)”(第3版，斯普林格出版社(Springer-Verlag)柏林2014年)中第1章描述了与散装材料有关的常见问题。如果出口开口太小，则会形成稳定的拱顶(桥)，导致散装材料流动停止。另一个问题可能是核心流动，当料斗壁不够陡或不够光滑时会发生核心流动。在这种情况下，已填充筒仓中的散装材料不能直接滑下料斗壁。形成死区，死区可以是不对称的，并且在死区中，散装材料不再仅由于重力而流出。核心流动也可以导致部分产品具有极短的停留时间，使得新填充的产品立即再次排出，并且不能被间歇地处理并在料仓中排出。所述问题一方面由设备条件产生，另一方面由散装材料的性质(强度、摩擦)产生。当设计筒仓、馈送料斗、大型容器等时，或当优化粉末和散装材料时，必须首先确定散装材料的行为。然后，通过应用良好地建立的设计方法，这导致得出几何形状(料斗、出口尺寸)。

因此，已知的装置经常受限于对某种类型的散装材料的处理，这就是为什么不可能灵活使用这些装置的原因。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种用于分离散装材料的颗粒的改进的装置，该装置允许散装材料的颗粒借助于超声能量彼此分离。

通过本发明的装置，可以通过简单的方式更快地实现散装材料在诸如分离板的分离元件上的更好分布。

可以以不同或相似的颗粒尺寸或至少大致均匀的颗粒尺寸提供散装材料的颗粒。

此外，还应当说明一种用于这种改进的分离装置的操作方法，通过该方法，可以有利地执行各种处理，例如用于装载、分离、混合、充气、脱气、卸载散装材料的处理。此外，用于清洁和维护分离装置的处理应当是有利地可执行的。

分离装置应当具有简单且紧凑的设计并且应当易于维护。分离装置应当具有高效率和相应降低的能耗。在不降低分离装置的效率的情况下，应当避免或显著地减少已知分离装置中发生的振动和冲击。

应当能够在输入位置和输出位置之间的最短可能路径长度内处理散装材料，以避免庞大的设施。

处理过的散装材料应当以高分离度以高质量提供，使得可以避免在施加处理过的散装材料期间的错误的配量。

在处理散装材料期间，应当可以以简单的方式执行进一步的处理。特别地，散装材料在某一处理状态下的移除应当能够以简单的方式实现。此外，至少一种其它材料应当有利地可与散装材料混合，之后，混合的产物也以期望的颗粒形状被提供。

散装材料的处理应当能够在空气或液体的增加或减小的压力下有利地实现。

分离装置以及供给通道和/或排出通道应当设计成很大程度上独立于散装材料的类型，并且应当以小尺寸实现。在分离装置的操作期间，应当避免散装材料的残留和传送路径的横截面的相应变化，特别是死区。

该操作方法应当允许为分离装置设置最佳工作参数，使得可以最佳地分离当前处理的散装材料。

该任务通过一种分离装置和操作方法来解决，分离装置和操作方法分别具有权利要求1和14中所限定的特征。本发明的有利实施例在另外的权利要求中被限定。

用于分离散装材料的颗粒的装置，散装材料的颗粒可以在输入位置处被输送并且在输出位置处以不同的或至少大致统一的颗粒尺寸被可移除地处理，该装置包括至少一个分离元件，该至少一个分离元件具有金属分离板，该金属分离板具有设置在其中的通孔，分离元件可以被提供以超声能量并且为此连接到超声波换能器并且由保持装置保持。

根据本发明，保持装置是安装轴，该安装轴在一端或两端固定地或可移动地被保持，特别是可旋转和/或轴向可移位地被保持，并且该安装轴在一端或两端连接到超声波换能器，借助于该超声波换能器，超声能量通过安装轴可耦合到被设计为尺寸稳定的分离元件中。

为了将电能、特别是交流电压从超声波发生器传输到超声波换能器，安装轴优选设置有接触装置。接触装置优选包括滑环和与其连接的滑动触点，通过这些滑环和滑动触点可以将AC电压信号和/或DC电压信号(可能为控制信号)传输到超声波换能器或可能设置在那里的控制装置和/或连接到安装轴的超声波换能器，进而向超声波换能器馈电。

超声波换能器优选具有压电换能器，该压电换能器优选包括多个压电元件。这些压电元件优选地被夹在两个金属板之间，两个金属板形状配合地或力配合地连接或焊接到安装轴，并且通过连接触点共同地或单独地连接到超声波发生器。压电元件的振动通过金属板传递到安装轴上，并且可以进一步传递到至少一个分离元件上。金属板可以布置为螺母，每一个螺母设置在安装轴处的螺纹上。通过拧紧螺母，压电元件被支撑，同时在螺母和安装轴之间产生最佳连接。同样有利的是，仅使用一个螺母，通过该螺母，压电元件可以被压靠在牢固地连接到安装轴的金属板上。

安装轴可以由一个或更多个零件制成。安装轴被连接成单件或通过联轴器连接到驱动马达的马达轴。

在优选实施例中，压电元件是环形的，使得它们可以包围安装轴。这种设计产生具有最大效果的紧凑结构。优选地，设置五到二十个压电元件。压电元件优选地通过接触元件彼此分开，并且如果需要，通过绝缘板彼此分开。

通过超声范围内的交流电压，压电元件可以被激励以振动，该振动传递到至少一个分离元件。超声振动导致散装材料的颗粒彼此分开，并且如果它们具有相应小的直径，则穿过分离元件。此外，防止了分离元件和散装材料之间的牢固接触。因此，显著地减小了静摩擦和/或滑动摩擦以及因此在分离元件与散装材料之间产生的摩擦力，使得散装材料保持流动而不被阻塞。

通过本发明的分离元件，可以处理任何种类的散装材料、均匀的散装材料或非均匀散装材料以及具有任何颗粒尺寸的散装材料。在分离装置内，散装材料可以经受热处理和/或通风和/或清洁和/或改变其成分的处理。

分离板可以具有格栅结构或丝网结构，格栅结构或丝网结构通过至少一个安装元件(例如连接套筒)或通过至少两个具有相同或不同直径的连接杆连接到安装轴。例如，分离板可以由环包围，该环通过连接杆连接到安装轴或包围安装轴的安装套筒。

通过使用尺寸稳定的分离元件并且通过将分离元件连接到由金属制成的细长的例如杆形或圆柱形的安装轴，其中超声能量能够耦合到该安装轴中，产生了具有许多优点的分离装置。

由于分离元件由优选布置在中央的安装轴保持并且是尺寸稳定的，因此不再需要更大的安装装置，特别是具有安装框架的分离元件。同时，可以更直接和更灵活地对散装材料起作用。为了优化分离过程，散装材料可以选择性地经受到任何机械和声学的影响。分离过程也可以在降低的能耗下更有效地进行。通过安装轴，至少一个分离元件或至少一个分离板可以经受任何轴向和旋转运动以及任何超声波。如果用于保持安装轴的支承装置也可旋转地被安装，则可以执行另外的旋转运动。

由于至少一个分离元件不是由安装轴保持在周围而是保持在中心，因此分离装置变得更灵活。通过避免用于将分离元件与诸如壳体的保持器或另外的安装元件在周围连接的连接元件，现在独立于分离元件的零件可以以更高的自由度实现。

由于装置的灵活性增加，分离装置的特性可以在很大程度由控制装置的操作参数决定，并且因此分离装置的设计需要较少的关注和努力。分离板可以例如在凸缘之间在周围突出，从而形成例如抵靠壳体的封闭体，并且确保散装材料仅能够通过分离元件。原则上，安装轴的安装也可以通过分离元件的安装来支持或更替。

分离装置可以根据简单的措施或操作参数的选择适配于散装材料和由使用者规定的目标。因此，本发明的分离装置可以最佳地处理不同类型的散装材料。例如，化学粉末、食品颗粒、晶体、小的机械零件等可以用相同的分离装置来处理。另一方面，如果总是处理相同的散装材料，则建议提供具有相应适合尺寸的分离装置。

因此，分离装置和分离元件的尺寸可以相差几个数量级。同样，操作参数，特别是可旋转地安装的分离元件的转速和切换频率，可以相差几个数量级。

分离装置，包括馈送通道和/或排出通道，可以在很大程度上独立于散装材料的类型与设置基本上不同的操作参数的可能性有关而设计。制造分离装置所需的努力由此有利地从设计水平转移到软件水平。分离装置具有简单但非常灵活的设计，这允许实现用于处理散装材料的新工艺。

散装材料可以在输入位置和输出位置之间的短的路径长度内被处理，使得根据本发明的分离装置，其用于在所提及的工业部门中处理散装材料，通常可以以减小的尺寸实现。

由于作用于散装材料的有利的可能性，不仅在分离元件的区域中而且在散装材料的整个传送路径上，颗粒的分离可以更有效地进行。由于分离装置的灵活性增加和对散装材料的更有利的作用，有利地避免了在传送路径的横截面中的变化导致残留物，特别是死区。因此，分离装置的最佳操作可维持较长的时间周期，且分离装置的维护所需的努力显著减少。分离装置的灵活性还使得装置能够至少部分地自清洁。为此，分离装置可以以所需的速度移动，例如以除去筛网溢流。在优选实施例中，清洁剂可以例如通过相同的通道被注入或喷射(见图4a)，以影响工作过程。

因此，分离装置的提高的灵活性不仅能够最佳地实现分离过程，而且能够实现另外的过程，特别是混合过程和清洁过程。在处理散装材料时，例如可以在任意位置或在任意分离元件上容易地添加附加的材料、物质和介质和/或中间处理的散装材料可以被去除。

如果需要，也可以在任何气压、真空下在封闭腔室中处理散装材料。

由于对散装材料的有利的直接作用，可以降低能量需求。如同在已知的分离装置中发生的振动和冲击显著地降低。在能量降低的情况下，可以更直接并且因此更强烈地对散装材料产生作用。有利地避免了分离装置的振动，该振动会导致建筑物的振动。

可以以高分离度以高质量提供处理的散装材料，使得避免在施加处理后的散装材料期间的错误的配量。如同所提及的，在工作过程中可以有利地对散装材料进行定性的改变。混合材料以最佳分布方式结合到散装材料中。

分离元件或分离板优选地形成旋转体。

在优选实施例中，分离板具有基本结构，并且例如是扁平的、锥形的、螺旋形的、盘旋形的、波纹形的、波形的、锯齿形的或设置有台阶或弯曲部。在特别优选的实施例中，分离板是球面波形状的。在这种设计中，超声波可以特别有利地在分离板的表面上传播。

至少一个分离板还可以设置有附加的三维表面结构，该三维表面结构叠加在基本结构上，并且可以与散装材料接合，可以使散装材料移动。优选地，表面结构用于形成径向或倾斜的凹部或凸起，它们以规则或不规则的间隔布置。因此，分离板可以具有第一基本结构，该第一基本结构有利于超声波的均匀传播，并且可以被用于与散装材料机械地相互作用的表面结构覆盖。

分离板可以具有均匀的厚度，或例如以叶片的方式从中心到周围逐渐地或连续地逐渐变窄。在变薄的周围中，可以产生具有较大振幅的振荡。另外，根据所需的散装材料的强度和分离板的直径来选择分离板的尺寸。在分离板连接到安装轴的点处，材料厚度可以在1mm到50mm的范围内。如果分离板向外变窄，则那里的材料厚度可以减少10至100倍。分离板的直径可以在10mm至1000mm或更大的范围内。此外，散装材料的性质，特别是散装材料的比重是决定性的。

优选地，使用由传导超声的金属制成的分离板，例如铝、钢，特别是不锈钢、铜、黄铜、钛或诸如这些金属的合金。使用设置有诸如贵金属层的耐久保护层的分离板也是有利的。

例如，通过由颗粒、粉末状或液化的材料进行初始成形来制造分离板；通过成形，例如轧制、锻造、弯曲、压制或深拉来制造分离板；通过热侵蚀，例如电火花侵蚀、模具冲压、激光切割；或通过机加工，例如通过车削、钻孔、铣削、磨削来制造分离板。

分离板中的通孔也可以通过上述加工实现。对于粉末状散装材料，通孔的直径例如在1微米-1000微米的范围内。对于具有较大机械颗粒的散装材料，通孔的直径可以在例如1mm-15mm的范围内。所有分离元件的通孔的直径可以相同或可以逐渐变化，使得第一个穿过的分离板具有最大的通孔，并且最后穿过的分离板具有最小的通孔。

在优选实施例中，分离元件具有中心轴线并且关于该中心轴线旋转对称。安装轴优选地相对于分离元件的中心轴线同轴或仅略微偏心。如果安装轴相对于中心轴线偏心，则会产生振荡和振动，这有利于分离过程。优选地，分离板被布置成可旋转或可移位，使得它们可以被旋转或被移位并且可以从同轴位置固定到偏心位置。特别有利的是，在该布置中的至少一个分离元件可以以期望的切换频率选择性地在一个或另一个方向上旋转，并且优选地选择性地加速。

分离元件可以以各种方式连接到安装轴。例如，分离板包括呈连接套筒或至少两个连接杆形式的安装元件，连接套筒或连接杆优选地具有不同的直径。例如，具有不同直径的四个连杆交叉地设置。通过使用这种连杆，可以以有利的、特别是圆形旋转的方式进行联接。避免或减少了驻波。相反，不同的波被叠加，由此激励分离板的整个表面。

由金属制成的单件式或多件式安装轴是细长的，并且优选地为杆形或圆柱形。优选地，安装轴具有多个可相互连接的轴元件，每一个轴元件固定地或可旋转地并且可选地可拆卸地连接到相关联的分离元件。优选地，单个的轴元件彼此形状配合地连接、旋拧在一起或焊接在一起。如果单个的轴元件彼此可拆卸，则分离装置可以根据需要被构造并且可以适于特定的散装材料。

在特别优选的实施例中，单件式或多件式的安装轴在一端或两端连接到驱动马达。借助于驱动马达，安装轴或轴元件可以围绕其纵向轴线在一个或另一个方向上或交替地在一个和另一个方向上单独地被驱动。

安装轴在一端或两端被固定或可旋转地安装在支承装置内，并且优选地通过径向对齐的连接体连接到安装体，安装体可以是输送容器。

为了实现不同的工作过程，具有至少一个分离元件的安装轴优选地布置在输送容器中，散装材料被捕获在该输送容器中，并且在该输送容器中可以实现不同的条件，例如气体过压或气体欠压或真空、喷雾等，并且因此可以实现不同的处理过程。

为此，输送容器设置有敞开的或可选地可关闭的贯通通道，散装材料可以通过该贯通通道从输入位置被传送到输出位置。

优选地，输送容器具有用于至少一个分离元件的出口开口，通过该出口开口能够排出散装材料组分，例如加工过的或分离过的散装材料组分或溢流。优选地，出口开口可以选择性地关闭。

在另一优选实施例中，输送容器优选地具有用于每一个分离元件的入口通道和/或出口通道，入口通道和/或出口通道例如由管状元件实现。

在优选实施例中，设置了连接到驱动马达、并且可选地连接到一个或更多个超声波换能器的供电装置，以及具有控制程序的控制单元，通过该控制程序可以控制用于分离散装材料的颗粒的过程以及可选的其它过程，例如清洁过程或维护过程。通过设置参数，可以实现不同的处理阶段。在混合阶段，通过至少一个分离元件在几转或一转的较大部分(例如45°-180°)内的连续或交替的旋转，可以粗略地分配散装材料。在工作阶段，通过至少一个分离元件在一转的小部分(例如0.5°-5°的小范围)内的交替旋转，散装材料可以经受机械振动，这将颗粒彼此分离并且允许它们穿过分离元件的通孔。在排出阶段，剩余的散装材料或筛网溢流可通过高速旋转至少一个分离元件而被向外抛出并且移除。

参数可以在宽大的范围内变化，并且至少也不取决于耦合到分离元件中的超声能量。

转速可以在一至几千转的范围内，并且基本上取决于散装材料的颗粒的尺寸、形状和比重以及分离元件的设计。加速度的大小也是特别重要的。在一转的一小部分(例如在5°至180°的范围)内的高加速度导致散装材料的层在混合阶段中被移位和混合。这种效果可以通过在分离板中引入表面结构来增强。

在工作阶段，散装材料已经相对较好地混合，并且在分离元件上至少部分地分离。在此阶段，发生散装材料颗粒彼此完全分离，并且发生分离元件被输送通过通孔。为此，安装轴在例如0.5°-5°范围内的小旋转范围内以优选在10Hz-1000 Hz或更大的范围内的切换频率来回移动。因此，在工作阶段，分离器经受10Hz-1000 Hz范围内的机械振动和通常10kHz-40kHz范围内的超声振动。优选地，在工作阶段期间，机械振动的切换频率连续地或突然地改变。优选地，超声振动的频率也连续地或突然地改变。例如，切换频率和超声振动的频率被移位，即，在某些的、可能预定的或随机选择的频率值之间连续地改变。替代地，切换频率和超声振荡的频率连续地改变或各自经历所谓的扫描，频率改变由此可以彼此相对地进行或在相同方向上进行。也可以重新扫描频率中的一个并且频率中的另一个被扫描。

从工作阶段到混合阶段的不定时变化也是可能的。

在排出阶段，分离元件可以在高速下，例如在25至1000转每秒的范围内，摆脱散装材料。然后，优选地，将清洁液体引入分离装置中，例如喷射到分离装置中，以清洁分离元件。最后，可以引入气体介质，例如空气，以干燥分离装置。在排出阶段之后，分离装置因此可以通过操作软件转换到清洁阶段，在该清洁阶段中分离装置返回到其初始状态。因此，分离装置可以特别是关于这种自清洁功能以最少的维护操作。

在优选实施例中，在混合阶段和/或工作阶段和/或排出阶段中，交替的力或振动可以同轴地耦合到安装轴中，使得力也可以平行于或反向平行于重力而作用在散装材料颗粒上。这种具有可选频率的力作用可以以简单的方式例如根据声学扬声器的柱塞线圈原理耦合到安装轴中。例如，安装轴被弹性地或竖直可移位地保持，并且在底部或顶部设置有例如圆柱形磁体，该磁体伸入线圈中，向该线圈馈送5Hz-15kHz范围内的交流电。所有上述对安装轴的作用可以同时或交替或仅偶发地发生。

超声波发生器设计成输出优选在15kHz-45kHz频率范围内的AC电压信号。优选地，超声波发生器被设计成能够连续地改变和/或移动频率和/或改变AC电压信号的振幅。位于所述频率范围内的输出信号的频率优选地以位于10Hz-2kHz范围内的重新采样频率改变。例如，超声波发生器的输出信号在超声波频率25kHz和35kHz之间以10Hz的频移键控频率每秒重复频移十次。重复频率也可用于扫描例如25kHz、30kHz和35kHz的超声波频率的整个序列。代替准时的重新采样，也可以执行连续的频率改变。例如，在两个或多个超声波频率之间的扫描以10Hz的变化频率每秒执行十次。

所描述的超声波频率的变化确保在分离板处不出现静止波节点，并且确保超声信号的效果无间隙地出现。

附图说明

下面，参考附图更详细地解释本发明。因此显示了：

图1a是具有可选的驱动装置8、80的本发明的分离装置1，该分离装置在基本的实施方式中仅具有一个分离元件3，该分离元件具有带通孔30的锥形的分离板31，并且该分离元件由固定的或可旋转地安装的安装轴2保持，超声波换能器6连接到该安装轴，该超声波换能器由超声波发生器70馈送；

图1b是图1a的分离装置1，该分离装置具有用于向可旋转地安装的分离元件3供应超声能量的示例性装置；

图2是本发明的分离装置1的四分之一截段，该分离装置具有三个分离元件3A、3B、3C，这些分离元件由固定的或可旋转地安装的多件式安装轴2保持，超声波换能器6连接到该安装轴；

图3是具有布置在输送容器5中的六个分离元件3A、3B、3C、3D、3E、3F的本发明的分离装置1，这些分离元件由多件式安装轴2可旋转地保持，超声能量能够耦合到该多件式安装轴中；

图4a是具有六个分离元件3A、3B、…的本发明的分离装置1，这些分离元件由安装轴2可旋转地支撑，这附加地允许在不同点将材料或气体供应到处理过的散装材料并且移除处理过的散装材料；

图4b是图4a的分离装置1的一部分；

图5a是具有螺旋形的分离元件3A、…、3L的本发明的分离装置1，这些分离元件通过相关联的安装轴2可旋转地安装，并且超声能量可以施加到这些分离元件；

图5b是图5a的分离装置1的一部分；

图6是图2a的分离装置的优选设计，其中分离元件3具有不同厚度的四个连接杆321、322、323、324，金属板31通过这些连接杆连接到安装轴2；

图7是如同在图4的装置中使用的呈球面波的形状的分离板31的分离元件3；以及

图8是具有分离板31的分离元件3，该分离板包括格栅结构或丝网319，并且由环320包围，该环通过连接杆321、322、323、324连接到安装轴2或安装元件32，该安装元件包围安装轴2。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于分离工艺材料或散装材料S的颗粒的装置1，这些颗粒可以在输入位置A处被供给，并且在分离装置1中处理之后，可以在输出位置B处以不同或相似的颗粒尺寸或以至少大致均匀的颗粒尺寸被移除。

在该实施例中，分离装置1仅包括一个具有金属分离板31的分离元件3，该金属分离板形成旋转体或锥体，具有优选尺寸相同的通孔30。分离元件3或锥形分离板31具有中央安装元件32，该中央安装元件通过安装轴2保持为固定或可旋转和/或轴向可移位。安装轴2与其纵向轴线x对齐，该纵向轴线x与分离元件3的旋转轴线同轴，优选地平行于重力轴线。因此，散装材料优选地通过重力被输送通过分离装置1。

优选地，通过下述措施支持和加速该输送过程。在处理期间，分离元件3至少间歇地经受超声波，通常在15kHz至40kHz的频率范围内。为此，安装轴2在下侧连接到超声波换能器6，来自超声波发生器70的电信号71A可以馈送到该超声波换能器。超声波发生器70优选地由控制装置9或在其中执行的控制程序99可控制，使得超声波频率可以根据需要设置和改变。

此外，分离元件3可以经受几Hz到例如1kHz的频率范围内的机械振动。作为第一选择，提供驱动马达8，通过该驱动马达安装轴2可以在一个方向上和/或在另一个方向上旋转。旋转范围、加速度和转速以及改变旋转方向的切换频率再次由控制装置9或在其中执行的控制程序99可控制。可用于根据本发明的分离装置的高频振动马达例如由CN105827059A是已知的。

分离装置1还可以经受振动运动，在该振动运动中沿安装轴2的纵向轴线x产生力作用。这种振动可以很容易地由马达轴被偏心地加载的马达产生。安装轴2可以联接到这种马达80，该马达又可以由控制装置9或在其中执行的控制程序99控制。反过来，可以根据马达80的速度设置任何振动频率。

替代地，安装轴2可以连接到优选为圆柱形的磁体28，该磁体布置在线圈88内，交流电流可以通过频率发生器800供应到该线圈。交流电流的切换和断开以及频率又可以由控制装置9或在其中执行的控制程序99控制。

在优选的实施例中，在混合阶段和/或工作阶段和/或排出阶段对分离装置1的控制在考虑由传感器95发出的传感器信号的情况下执行。例如，光学地监控位于分离元件3上的散装材料。

所描述的用于竖直振动或旋转振动以及用于联接来自分离元件3的超声能量的选择可以单独地或可选地组合地使用。振动频率和/或振动幅度可以相同或不同。

用作分离元件3的保持装置的安装轴2通过安装装置52和支承装置58保持为固定或可旋转和/或轴向可移位至在轴向移位或振动期间振幅所需的程度。在该实施例中，安装轴2仅在一侧被保持。此外，超声波换能器优选以形状配合和力配合的方式、优选旋拧地、例如通过压配合或焊接夹紧地安装在安装轴2的下侧上。

图1b示出了图1a的分离装置1，该分离装置具有用于向可旋转地安装的分离元件3供应超声能量的示例性装置。从超声波发生器70通过多芯电缆71B和接触装置4向超声波换能器6供应电能，该接触装置具有滑动触点41、43，这些滑动触点贴靠在集电环42、44上，这些集电环可旋转地连接到安装轴2。多芯电缆71B连接到滑动触点41、43。通过滑动触点41，在超声波的频率范围内传输交流电压。相应的滑环42连接到连接电缆77，通过这些连接电缆将AC电压传输到压电元件631或可选地传输到控制单元60，在该控制单元中AC电压通过开关输送到压电元件631。

超声波换能器6优选地包括通过接触元件64(仅示出一个)彼此分开的多个压电元件631，每一个压电元件具有传递开口，安装轴2被引导通过该传递开口。压电元件631通过连接到安装轴2的两个锁定元件632压在一起，超声振动通过这些锁定元件被传递到安装轴2。锁定元件632例如为螺母，每一个螺母通过加工到安装轴2上的螺纹可旋转地被保持。因此压电元件631可以以简单的方式被固定，并且可以通过中间的接触元件64被提供电压。

在优选实施例中，控制单元60布置在超声波换能器6中，该控制单元连接到中央控制装置9。控制信号通过电缆71B传输到另外的滑动触点43，该滑动触点连接到另外的集电环44。控制信号通过控制线路78传输到控制单元60，其随后分别控制AC电压到压电元件631和终端触点64的输出。控制单元60还可以包括超声波发生器，通过接触装置4可以将供电电压馈送到该超声波发生器，并且该超声波发生器被设置用于输出超声信号。在这种情况下，所示的超声波发生器70集成在控制单元60中。

图1a和图1b示出了根据本发明的分离装置1的显著优点。可以看出，通过最小的结构耗费，安装轴2可以用于以各种方式机械地和/或利用超声能量作用于分离元件3上。机械的和声学的振动、旋转以及轴向移位可以通过简单的方式传递到安装轴2，安装轴又可以以简单的方式安装，使得安装轴可以旋转和/或移位。作用在安装轴2上的机械运动和/或超声波可以从安装轴2集中地传递到至少一个分离元件3。

还特别有利的是，在简单实施例中示出的图1a和图1b的分离装置可以以简单的方式构造。

图2示出了根据本发明的具有安装轴2的分离装置1，该安装轴包括三个轴元件2A、2B、2C，每一个轴元件连接到分离元件3A；3A；3C。轴元件2A、2B、2C在两侧包括联接元件21、22，这些联接元件可以相互插入或旋拧在一起。安装轴2因此可以根据需要延伸，从而产生具有所需数量的分离元件3A、3B、3C的分离装置1。轴元件2A、2B、2C优选地具有相同的设计，但是也可以在它们的尺寸上不同，尤其是在长度上不同，例如以便能够保持不同尺寸的分离元件3。超声波换能器6形状配合地连接(可选地旋拧)到最下面的轴元件2C。因此，根据本发明的所有分离装置1的安装轴2可以设计成单件，或由多个轴元件组成。

分离元件3A、3B、3C具有不同尺寸的开口，使得单个的颗粒不仅可以彼此分离，而且可以根据尺寸分离或在分离元件3A、3B、3C中的每一个上分组。在工作阶段之后，散装材料的颗粒以不同的尺寸彼此分离，并且准备在分离元件3A、3B、3C上被移除。在排出阶段，分离元件3A、3B、3C可以旋转，以便通过离心力引导彼此分离的散装材料颗粒通过出口通道5A、5B和5C离开。

单个的分离元件3A、3B、3C具有不同尺寸的通孔30。如果要将不同尺寸的颗粒彼此分离，则通常会提供这样的通孔。然而，如果散装材料的块体在上分离元件3A、3B中被压碎，并且最终仅相同尺寸的单个颗粒彼此分离，则也可以提供不同尺寸的通孔30。

图3示出了布置在输送容器5中的具有六个分离元件3A、…、3F的根据本发明的分离装置1，这些分离元件由多件式安装轴2保持，该安装轴与其平行于分离装置1的输送轴线的纵向轴线x对齐。在该优选实施例中，安装轴2具有下面的轴元件2A和上面的轴元件2B，它们彼此同轴地对齐并且在彼此面对的端部处通过联接元件26(可选地为联接套筒)可旋转地彼此连接，并且它们在彼此背离的端部处可旋转地安装在支承装置58A；58B中。由轴元件2A、2B保持的超声波换能器6A、6B集成在支承装置58A、58B中。在支承装置58A、58B的下游，连接到至少一个超声波发生器70的接触装置4A、4B与轴元件2A、2B连接，这些轴元件还分别通过相关联的联轴器85A和85B分别连接到相关联的驱动马达8A和8B。

因此，下部的三个分离元件3A、3B、3C可以由下驱动马达8A旋转，由控制程序99控制，而上部的三个分离元件3D、3E、3F可以由上驱动马达8B旋转，由控制程序99控制。

同样，控制信号和AC电压信号可以分别通过下接触装置和上接触装置4A和4B单独地传输到下超声波换能器和上超声波换能器6A、6B。

因此，所示的分离装置1包括两个较小的分离装置1'、1”，每一个较小的分离装置分别具有三个分离元件3A、3B、3C和3D、3E、3F。具有三个分离元件3A、3B、3C的下分离装置1'和具有三个分离元件3D、3E、3F的上分离装置1”可以在相同或不同的处理阶段中自主地被操作。在第一处理阶段期间，工作阶段程序可以被应用在上分离装置1”中，同时混合阶段程序被应用在下分离装置1'中。在第二处理阶段中，工作阶段的程序可以被应用在下分离装置和上分离装置1'、1”中。在第三处理阶段中，排出阶段的程序可以被应用在上分离装置1”中，同时下分离装置1'仍在工作阶段中被操作。

具有六个分离元件3A、…、3F的安装轴2布置在输送容器5中，该输送容器在顶部和底部处敞开，并且具有输送通道50，散装材料S通过重力被传送通过该输送通道。输送容器5在侧壁附加地具有出口开口或出口通道50A、…、50F，散装材料S的溢流或中间体Sa、Sb、Sc、Sd、Se、Sf可以通过这些出口开口或出口通道中的每一个被向外输送并且远离相关联的分离元件3A、…、3F，如象征性地示出的。在排出阶段，分离元件3A、…、3F的转速增加，使得中间体Sa、Sb、Sc、Sd、Se、Sf通过离心力被运走。

所示的供电装置90由控制单元9控制，以向马达8A、8B供电，并且可选地向也可以集成到供电装置90中的超声波发生器70供电。

图4a示出了具有六个分离元件3A、…、3F的本发明的分离装置1，这些分离元件由安装轴2可旋转地保持，并具有扁平的球面波形状。球面波形状是在石头被抛入水中之后在水中产生的波形。球面波形状促进超声波的最佳分布，使得散装材料的分离特别有效。分离元件3A、3B、…优选具有一个或更多个共振频率，在这些共振频率下以最小的超声能量产生最大振动。尤其是在工作阶段，超声波的频率优选地在共振频率之间扫描，使得作用在散装材料上的最强烈和变化的影响导致将散装材料快速分离成散装材料的颗粒。

分离元件3A、…、3F通过安装轴2彼此连接，该安装轴形成为单件或也可以具有彼此牢固连接的多个轴元件。安装轴2通过联轴器85B连接到上驱动马达8B，该上驱动马达可以被供应以来自控制单元9或连接到其的供电装置90的控制信号81B。安装轴2被可旋转地支撑，实际上是悬挂，并且上超声波换能器6b位于上支承装置58中。输送容器5例如通过支架固定到建筑物的地板、墙壁或顶板。

在分离装置1的底部，在最下部的分离元件3F的下方，设置有封闭锥体55，在该封闭锥体中收集被处理的散装材料的颗粒。

输送容器5对于分离元件3A、…、3F中的每一个都具有管状入口通道500A、…、500F和出口通道501A、…、501F。通过入口通道500A、…、500F，优选地，至少一种粉末状固体材料、至少一种液体或至少一种气体介质可以被供应至散装材料。通过出口通道501A、…、501F，材料可以从单个的分离元件3A、…、3F或从端部锥体55移除。

本形式的输送容器5优选地被紧密地密封，使得散装材料的处理可以在正压或负压下进行。散装材料或散装材料成分可以通过入口管5S1、5S2馈送。处理的散装材料可以通过一个或两个出口管5X、5Y被移除。

因此，分离装置1的所示实施例允许以简单的方式对散装材料进行各种中间处理并且可以对其进行充气或脱气。

在每一个分离元件3A、…、3F的水平处，可以执行任何混合过程以获得特定的混合产物或在该水平处加速分离过程。

图4b示出了图4a的分离装置1的一部分的放大图。输出通道501A、…、501F与输入通道500A、…、500F一样在前部被倾斜地切割。有利地，也可以使用其它形状，例如指向侧部的叶片形状，在其中材料可以容易地被收集和传送走，可以是被吸走。

图5a示出了根据本发明的具有螺旋分离元件3A、…、3L的分离装置1，这些螺旋分离元件通过相关联的安装轴2可旋转地被安装，并且超声能量可以施加到这些螺旋分离元件上。分离元件3A、…、3L成对地彼此相对地定向，并且相对彼此竖直地移位。以下的布置也是可行的：分离元件3A、…、3L以螺旋或盘旋形状在相同方向上连续地延伸。

利用该分离装置1，散装材料的所有颗粒穿过整个输送容器5并且彼此完全分离。当散装材料的颗粒应当彼此分离但不根据尺寸分组时，优选使用该分离装置1。

图5b示出了图5a的分离装置1的一部分的放大图。

图6示出了图2a的分离装置的优选结构，该优选结构具有不同厚度的四个连接杆321、322、323、324，金属板31通过这些连接杆连接到安装轴2。连接杆321、322、323、324的直径的改变根据算术或根据几何级数来进行。这样，可以有利地影响超声能量的耦合。特别地，可以生成波节被减少的波图像。象征性地，径向波形式的表面结构由虚线示出，通过该表面结构，应当与散装材料发生相互作用以便移动和分配散装材料。

图7示出了用于图4的装置的分离元件3，分离元件3或分离板31具有球面波形状。

图8示出了具有分离板31的分离元件3，该分离板包括格栅结构或丝网319，并且由环320包围，该环通过连接杆321、322、323、324连接到安装轴2或包围安装轴2的安装轴32。该分离元件3也可以用于根据本发明的所有装置1。分离板31可以是如图6中的圆锥形的，或是如图7中的扁平形的或波纹状的。

重要的是，分离元件3是尺寸稳定的，使得它们的功能在负载下得以保持并且散装材料被牢固地保持。

Claims (15)

1.一种用于分离散装材料的颗粒的装置(1)，散装材料的颗粒可输送到输入位置并且在输出位置处以不同的或至少大致统一的颗粒尺寸被可移除地处理，装置具有至少一个分离元件(3)，至少一个分离元件包括金属分离板(31)，金属分离板在其中设置有通孔(30)，分离元件(3)能够被提供以超声能量并且为此被连接到超声波换能器(6)且由保持装置(2)保持，其特征在于，保持装置(2)是安装轴(2)，安装轴在一端或两端被固定地或可移动地保持，并且在一端或两端连接到超声波换能器(6)，通过超声波换能器(6)超声能量经由安装轴(2)可耦合到尺寸稳定的分离元件(3)中，其中安装轴(2)被可旋转地保持，或者安装轴(2)沿其纵向轴线可移位，或者安装轴(2)被可旋转地保持并且沿其纵向轴线可移位。

2.根据权利要求1所述的分离装置(1)，其特征在于，分离板(31)具有扁平或弯曲的表面，或者分离板(31)具有恒定的厚度或朝外减小的厚度，或者分离板(31)具有扁平或弯曲的表面以及恒定的厚度或朝外减小的厚度。

3.根据权利要求1或2所述的分离装置(1)，其特征在于，分离板(31)具有格栅结构或丝网结构(319)，格栅结构或丝网结构通过至少一个安装元件(32、320)或通过具有相同或不同直径的至少两个连接杆(321、322)连接到安装轴(2)，至少一个安装元件例如是连接套筒(32)。

4.根据权利要求1、2或3所述的分离装置(1)，其特征在于，至少一个分离元件(3)具有中心轴线(X)并且相对于中心轴线(X)旋转对称，并且安装轴(2)与中心轴线(X)至少大致同轴地对齐。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的分离装置(1)，其特征在于，至少一个分离元件(3)的分离板(31)具有基本结构，例如锥形、波形或球面波形状、螺旋形、盘旋形，以及可选地具有叠加在基本结构上的表面结构，表面结构设置用于与散装材料机械地相互作用。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的分离装置(1)，其特征在于，分离板(31)通过至少一个安装元件(32)或通过具有相同或不同直径的至少两个连接杆(321、322)连接到安装轴(2)，至少一个安装元件例如是连接套筒。

7.根据权利要求6所述的分离装置(1)，其特征在于，安装轴(2)包括多个轴元件(2A、2B、2B)，每一个轴元件固定地或可拆卸地连接到分离元件(3A、3B、3B)中的一个，并且轴元件(2A、2B、2B)优选地彼此形状配合地连接、彼此可旋转地连接、旋拧在一起或焊接在一起。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的分离装置(1)，其特征在于，安装轴(2)在一端连接到驱动马达(8A；8B)或在两端连接到驱动马达(8A；8B)，通过驱动马达，安装轴(2)或安装轴(2)的两个轴元件(2A、2B)能够围绕其纵向轴线在一个或另一个方向上或交替地在一个和另一个方向上单独地被驱动。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的分离装置(1)，其特征在于，安装轴(2)设置有接触装置(4)，接触装置具有集电环(42；44)和滑动触点(41；43)，交流电压信号和/或直流电压信号、可选的控制信号通过集电环和滑动触点可传递至超声波换能器(6)，超声波换能器优选地包括具有至少一个压电元件(611)的压电换能器(61)，从超声波发生器(70)向压电换能器可供应具有恒定或可变频率的交流电压信号，优选地在20kHz至45kHz的频率范围内。

10.根据权利要求9所述的分离装置(1)，其特征在于，优选为环形的压电元件(631)被夹持在两个金属元件或金属板(632)之间，两个金属元件或金属板以形状配合的方式、可旋拧的方式、力配合的方式或一体的方式连接到安装轴(2)，并且两个金属元件或金属板通过连接触点(64)和接触装置(4)连接到超声波发生器(70)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的分离装置(1)，其特征在于，连接有至少一个分离元件(3)的安装轴(2)布置在输送容器(5)中，输送容器具有敞开的或可关闭的贯通通道(50)，散装材料能够通过贯通通道从输入位置被传送到输出位置。

12.根据权利要求11所述的分离装置(1)，其特征在于，输送容器(5)具有用于至少一个分离元件(3A、3B、3C)的出口开口(50A、50B、50C)，和/或输送容器(5)优选地具有用于分离元件(3A、3B、3C)中的每一个的入口通道(500A、500B、500C)和/或出口通道(501A、501B、501C)。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的分离装置(1)，其特征在于，设置连接到驱动马达(8A)或驱动马达(8A、8B)的供电装置(90)以及具有控制程序的控制单元(9)，通过控制程序可控制用于分离散装材料的颗粒的过程。

14.一种用于控制根据权利要求1至13中的一项所述的分离装置(1)的操作方法，其特征在于，

在混合阶段，驱动马达(8A)或驱动马达(8A、8B)是可控制的，使得安装轴(2)以混合速度旋转与在一个方向和另一个方向之间切换的频率相对应的转的一小部分，或

在排出阶段，安装轴(2)在一个方向或另一个方向上以排出速度旋转多转，

其中混合速度和切换频率选择成使得散装材料被混合，并且排出速度选择成使得剩余的散装材料通过离心力从至少一个分离元件(3)被移除。

15.根据权利要求14所述的用于控制分离装置(1)的操作方法，其特征在于，在混合阶段中，将散装材料从至少一个分离元件(3)移除，或者在混合阶段中，将补充材料添加到至少一个分离元件(3)。

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