DE102004017595A1

DE102004017595A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fremdkörperabscheidung aus einem Materialstrom

Info

Publication number: DE102004017595A1
Application number: DE102004017595A
Authority: DE
Inventors: Dierk SCHRÖDER
Original assignee: Hauni Maschinenbau GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2005-11-10
Also published as: CN1680048A; JP2005305430A; US20050224396A1; EP1584380A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fremdkörperabscheidung aus einem Materialstrom (10). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus: DOLLAR A - Erzeugen eines Materialstroms (10), DOLLAR A - Überführen des Materialstroms (10) in eine Messstrecke (15), wobei in der Messstrecke (15) ein Luftstrom (16) erzeugt wird oder vorherrscht, DOLLAR A - Erkennen wenigstens eines Fremdkörpers (12) im Materialstrom (10), DOLLAR A - Entfernen des Fremdkörpers (12) aus dem Materialstrom (10), wobei zwischen dem Schritt des Erkennens und dem Schritt des Entfernens des Fremdkörpers (12) der Luftstrom (16) im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie der Materialstrom (10) aufweist. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Vorrichtung zur Fremdkörperabscheidung aus einem Materialstrom (10), umfassend eine das Material (11, 12) zu einer Fremdkörpererkennungsvorrichtung (21, 22) zuführenden Vorrichtung (Zuführvorrichtung (13, 20)), und eine Fremdkörperabscheidevorrichtung (24), wobei die Zuführvorrichtung (13, 20) einen Kanal (20) umfasst, in dem eine Prüfzone (25) der Fremdkörpererkennungsvorrichtung (21, 22) angeordnet ist und wobei der Kanal (20) ausgangsseitig des Materialstroms (10) in einer Abscheidestelle (26) der Fremdkörperabscheidevorrichtung (24) endet, wobei die Querschnittsfläche des Kanals (20) sich wenigstens abschnittsweise in Bewegungsrichtung (17) des Materialstroms (10) verkleinert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fremdkörperabscheidung aus einem Materialstrom. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 199 18 774 A1 , die der US 6,332,543 B1 entspricht, bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Verfahren und eine effiziente Vorrichtung zur Abscheidung von Fremdkörpern aus einem Materialsrom anzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Fremdkörperabscheidung aus einem Materialstrom mit den folgenden Verfahrensschritten:

– Erzeugen eines Materialstroms,
– Überführen des Materialstroms in eine Messstrecke, wobei in der Messstrecke ein Luftstrom erzeugt wird oder vorherrscht,
– Erkennen wenigstens eines Fremdkörpers im Materialstrom,
– Entfernen des Fremdkörpers aus dem Materialstrom, wobei zwischen dem Schritt des Erkennens und dem Schritt des Entfernens des Fremdkörpers der Luftstrom im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie der Materialstrom aufweist.

Durch Vorsehen eines Luftstroms, der im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie der Materialstrom aufweist, und zwar wenigstens im Bereich zwischen dem Schritt des Erkennens und dem Schritt des Entfernens wird vermieden, dass leichtere Materialstrombestandteile, wie beispielsweise Tabakstrips, aufgrund des höheren Luftwiderstandes als beispielsweise Fremdkörper, wie beispielsweise Steine, sich zwischen dem Erkennen des Fremdkörpers und dem Entfernen des Fremdkörpers unterschiedlich weit bewegen. Zur Erkennung von Fremdkörpern wird üblicherweise eine gewisse Zeit benötigt, so dass zwischen dem Ort des Erkennens bzw. dem Ort einer Messvorrichtung zum Erkennen des Fremdkörpers und dem Ort des Abscheidens des Fremdköpers eine entsprechende räumliche und zeitliche Distanz existiert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vermieden, dass sich die unterschiedlichen Bestandteile des Materialsstroms unterschiedlich schnell bewegen, so dass vermieden wird, dass die falschen Bestandteile abgeschieden werden. Im Rahmen der Erfindung ist der Materialstrom insbesondere ein Tabakstrom.

Wenn sich der Materialstrom in der Messstrecke im freien Fall bewegt, ist eine besonders einfache Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Wenn sich der Materialstrom in der Messstrecke in einer Flugparabel bewegt, ist es möglich, eine Vorrichtung vorzusehen, die relativ flachbauend ist.

Vorzugsweise vergrößert sich die Geschwindigkeit des Materialstroms und des Luftstroms in der Messstrecke, insbesondere dann, wenn die auf das Material wirkende Gravitation zur Beschleunigung beiträgt.

Vorzugsweise wird ein Luftstrom von außen in die Messstrecke eingebracht. Dieser Luftstrom, der beispielsweise durch ein Einblasen oder ein Absaugen von Luft in oder aus der Messstrecke entsteht, kann für die Erzeugung eines Luftstroms, der der Geschwindigkeit des Materialstroms entspricht, unterstützend sein.

Bei einer Ausgestaltung, bei der die Messstrecke wenigstens teilweise in Richtung Erdmittelpunkt ausgerichtet ist, ist es zweckmäßig, wenn sich der Materialstrom in der Messstrecke in einem Kanal bewegt, wobei die Querschnittsfläche des Kanals in Bewegungsrichtung des Materialstromes wenigstens abschnittsweise sich verkleinernd ausgebildet ist. Durch wenigstens teilweise Abwärtsbewegung des Materialstroms beschleunigt sich dieser aufgrund der Erdanziehung. Um nun zu verhindern, dass die unterschiedlichen Bestandteile des Materialstroms aufgrund der unterschiedlichen Luftwiderstände sich unterschiedlich schnell bewegen, wird in dieser von alleinigem erfinderischen Wert bzw. besonderem erfinderischen Wert vorgesehenen Ausgestaltung des Verfahrens davon Gebrauch gemacht, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit in einem sich von der Querschnittsfläche her verkleinernden Kanal automatisch vergrößert. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche wenigstens abschnittsweise eine Funktion, die von der Quadratwurzel der Falltiefe des Materialstroms abhängt.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zur Fremdkörperabscheidung aus einem Materialstrom umfassend eine das Material zu einer Fremdkörpererkennungsvorrichtung zuführenden Vorrichtung (Zuführvorrichtung) und einer Fremdkörperabscheidevorrichtung gelöst, wobei die Zuführvorrichtung einen Kanal umfasst, in dem eine Prüfzone der Fremdkörpererkennungsvorrichtung angeordnet ist und wobei der Kanal ausgangsseitig des Materialstroms in einer Abscheidestelle der Fremdkörperabscheidevorrichtung endet, wobei die Querschnittsfläche des Kanals sich wenigstens abschnittsweise in Bewegungsrichtung des Materialstroms verkleinert. Hierdurch ist eine sehr effiziente Fremdkörperabscheidung möglich. Ausgangsseitig des Tabakstroms bedeutet im Rahmen der Erfindung insbesondere stromabwärts des Stroms am Ausgang des Kanals.

Eine besonders einfache Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dann gegeben, wenn der Kanal einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Zweckmäßigerweise ist der Kanal wenigstens abschnittsweise im Wesentlichen vertikal angeordnet. Hierbei ist es sinnvoll, wenn eingangsseitig des Kanals eine Aufprallfläche vorgesehen ist, an der ein Tabakstrom von beispielsweise einer üblichen Fördervorrichtung gemäß der DE 199 18 774 A1 kommend abprallt und anschließend in Richtung des Kanals gefördert wird.

Wenn der Kanal mit wenigstens einer Wandung ausgebildet ist, die wenigstens abschnittsweise einer Flugparabel nachgebildet ist, ist eine relativ flachbauende Vorrichtung möglich.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dann gegeben, wenn die Querschnittsfläche wenigstens abschnittsweise eine Funktion ist, die von der Quadratwurzel der Falltiefe des Materialstroms abhängt. Zur Unterstützung der Erzeugung eines entsprechenden Förderluftstroms in dem Kanal ist vorzugsweise eine Sauglufterzeugungsvorrichtung und/oder eine Blaslufterzeugungsvorrichtung vorgesehen.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten wird ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform, und
2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fremdkörperabscheidung in einer ersten Ausführungsform. Der Materialstrom 10 wird auf einem in Pfeilrichtung sich bewegenden Förderband 13, das auf einer Umlenkwalze 14 umgelenkt ist, in x-Richtung gefördert und prallt gegen eine Aufprallfläche 30. Anschließend fällt der Materialstrom 10, beispielsweise in Form eines Tabakstroms, der Tabak 11 und Fremdkörper 12 enthält, senkrecht nach unten in einem Schacht bzw. Kanal 20. Der Kanal 20 umfasst Wände 27 und 28, die in z-Richtung, die senkrecht zur Zeichenebene liegt, in diesem Ausführungsbeispiel eine konstante Tiefe aufweisen. Die Breite x ist eine Funktion der Falltiefe y. Es handelt sich hierbei um eine Wurzelfunktion, die nachstehend genauer erläutert wird.
Der Materialstrom 10 fällt in eine Messstrecke 15, die eine Prüfzone 25 umfasst und in einer Abscheidestelle 26 endet. Im Bereich der Prüfstelle 25 ist ein Fenster 22 vorgesehen, durch das Licht 23, das von einer optischen Erkennungsvorrichtung 21 ausgestrahlt wird, durchtritt. Die optische Erkennungsvorrichtung 21 kann beispielsweise einen Laser umfassen, der einen Lichtstrahl 23 aussendet und kann zudem eine CCD-Zeile aufweisen, mittels der die Reflektion des Lichtstrahls 23 an dem sich vorbei bewegenden Materialstrom 10 gemessen werden kann. Vorzugsweise handelt es sich um eine CCD-Zeile, die ortsaufgelöst in z-Richtung für die Erkennung von Fremdkörpern 12 in dem Materialstrom 10 sorgt. Die optische Erkennungsvorrichtung 21 kann wie in der DE 199 18 774 A1 , der US 6,332,543 B1 oder der deutschen Patentanmeldung, Aktenzeichen 10 2004 015 463.5 ausgebildet sein. Die genannten Schutzrechte und Anmeldungen sollen vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen sein.
Bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit v des Materialstroms in Bewegungsrichtung 17 erreicht ein erkannter Fremdkörper 12 nach einer entsprechenden einfach zu berechnenden Zeit die Abscheidestelle 26. Damit der Luftwiderstand keine Rolle spielt, ist ein Luftstrom 16 vorgesehen, der der Geschwindigkeit v des Materialstroms 10 entspricht. Aufgrund der Erdanziehungskraft erhöht sich v mit größerer Falltiefe y.
Im Bereich der Abscheidestelle 26 wird mittels einer schematisch angedeuteten Ausblasdüse 24 der Fremdkörper 12 in den Abscheideschacht 32 ausgeblasen bzw. abgeschieden. Der von Fremdkörpern 12 befreite Materialstrom 10, beispielsweise bestehend aus Tabak 11, wird in einem von Fremdkörpern 12 gereinigten Tabakstrom 33 in den Abförderschacht 31 verbracht.
Anstelle einer optischen Erkennungsvorrichtung kann auch eine andere Fremdkörpererkennungsvorrichtung Verwendung finden, wie beispielsweise eine Fremdkörpererkennungsvorrichtung basierend auf Wärme, auf Schallwellen oder auf Mikrowellen.
Durch Vorsehen eines entsprechenden Luftstroms 16, der sich in der besonderen Ausgestaltung der 1 durch den mit dem Materialstrom 10 mitgeführten Luftstrom 16 selbst vergrößert bzw. entsteht, ist gewährleistet, dass keine Tabakstrips, die aufgrund des kleineren spezifischen Gewichts einen größeren Luftwiderstand aufweisen, eine kleinere Geschwindigkeit als beispielsweise Fremdkörper 12 aufweisen, so dass sehr genau die Zeitdifferenz zwischen der Erkennung des Fremdkörpers und dem Zeitpunkt des Ausschleusens bzw. Abscheidens an der Abscheidestelle 26 definiert werden kann. Ohne diesen entsprechend angepassten Luftstrom 16 würde unnötig viel Material (Tabak) mit abgeschieden werden, was unerwünscht ist.
In der in der DE 199 18 774 A1 beschriebenen Vorrichtung wird das Messgut bzw. der Materialstrom im freien Flug gemessen. Für die Auswertung der Messsignale wird eine bestimmte Zeit benötigt. Zu einem späteren Zeitpunkt befindet sich auf der Flugbahn eine Ausblasstelle, an der die zu entfernenden Bestandteile ausgeblasen werden können. Hierbei ist das Messgut, das sich im freien Flug befindet, dem Luftwiderstand ausgesetzt. Die Bestandteile des Messgutes werden hierdurch verzögert. Da der Luftwiderstand maßgeblich von der Oberfläche bestimmt ist, werden Messgutbestandteile mit großer Oberfläche, wie beispielsweise Tabaktstrips, stärker verzögert, als gleich schwere Messgutbestandteile mit kleinerer Oberfläche, wie beispielsweise Steine. Aufgrund dieser Erscheinung unterscheidet sich die Flugzeit zwischen Prüfstelle und Ausblasstelle gemäß dem Stand der Technik bei verschiedenen Messgutbestandteilen bzw. verschiedenen Materialstrombestandtei len. Die Materialstrombestandteile weisen somit eine Art Geschwindigkeitsdispersion auf. Aufgrund der Geschwindigkeitsdispersion ist die genaue Flugzeit der verschiedenen Materialstrombestandteile unbestimmt. Die Folge ist, dass es dazu kommt, dass einerseits Material, dass kein Fremdkörper ist, fälschlicherweise ausgeblasen wird und andererseits Fremdkörper nicht ausgeblasen werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Geschwindigkeitsdispersion vermieden bzw. vermieden, dass Material, das kein Fremdkörper ist, nicht ausgeblasen wird und Fremdkörper gesichert ausgeblasen werden.
Die Erfindung sieht dergestalt aus, dass ein gezielter Luftstrom erzeugt wird, der im Betrag und der Richtung der Bewegung des Materialstroms bzw. des Messgutes der Flugbahn entspricht. Hierdurch verzögert die umgebende Luft den Materialstrom bzw. das Messgut nicht, wodurch die Geschwindigkeitsdispersion vermieden wird.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 wird der Materialstrom 10 zunächst durch das Förderband 13 horizontal herangefördert, wobei die Oberfläche sich auf dem Höhenniveau y = 0 befindet. Vom Ende des Förderbandes 13 fällt das Material in einen im Querschnitt rechteckigen Schacht mit dem Querschnitt A(y) = x(y)·z, wobei angenommen wird, dass z konstant ist. Der Querschnitt x(y) des Schachtes ist nun wie folgt zu gestalten.
Die Fallgeschwindigkeit ohne Luftwiderstand beträgt ν_y = √2·g·y, wobei g die Erdbeschleunigung ist. An der Ausblasstelle 26 mit y_A soll die Luftgeschwindigkeit gleich der Fallgeschwindigkeit sein. Die Fallgeschwindigkeit ist somit an der Ausblasstelle v_L (y_A). Aufgrund der Kontinuitätsgleichung der Strömungslehre gilt
Daraus ergibt sich
Wenn der Querschnitt bzw. in dem Ausführungsbeispiel der 1 die Breite x nach der letztgenannten Formel ausgeführt wird, ist die Luftgeschwindigkeit gleich der Fallgeschwindigkeit ohne Luftwiderstand. Hierdurch wird die Geschwindigkeitsdispersion vermieden. Im oberen Bereich wird der Kanal 20 offen gelassen und die Seitenwand 28 nicht bis zu y = 0 ausgeführt. Aufgrund der Aufprallfläche 30 und der im Bereich von y = 0 geringen Geschwindigkeit ist der hierdurch erzeugte Fehler vernachlässigbar.
In 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Materialstrom 10 nach Verlassen des Förderbandes 13 mit einer Geschwindigkeit v₀ an der Stelle, an der der Materialstrom 10 das Förderband 13 verlässt, versehen ist. Der Materialstrom 10 bewegt sich dann in einer Flugparabel nach rechts unten in 2. Auch in diesem Fall befindet sich die Oberfläche des Förderbandes 13 auf dem Höhenniveau y = 0. Im Punkt x = 0 und y = 0 hebt das Material des Materialstroms 10 in einer parabelförmigen Flugbahn von der Oberfläche des Förderbandes 13 ab. Ohne Luftwiderstand bewegt sich das Material des Materialstroms 10 auf einer parabelförmigen Bahn, die durch die folgende Abhängigkeit beschrieben werden kann: x = ν0·t νX = ν0 (Geschwindigkeit in x-Richtung)
Hieraus folgt
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 wird über dem bzw. durch das Material des Materialstroms 10 ein Luftstrom erzeugt, der genau in Betrag und Richtung der Materialstromgeschwindigkeit im Kanal 20 entspricht. Die kann erreicht werden, wenn die Breite d (x) des Kanals 20 bei einem entsprechend im Querschnitt rechteckigen Kanal und bei konstanter Tiefe z nach der folgenden Formel verändert wird:
d(x) sollte sich zumindest im Bereich zwischen der Prüfzone 25 und der Abscheidestelle 26 entsprechend verhalten.

10: Materialstrom
11: Tabak
12: Fremdkörper
13: Förderband
14: Umlenkwalze
15: Messstrecke
16: Luftstrom
17: Bewegungsrichtung
20: Kanal
21: optische Erkennungsvorrichtung
22: Fenster
23: Licht
24: Ausblasdüse
25: Prüfzone
26: Abscheidestelle
27: Kanalwand
28: Kanalwand
30: Aufprallfläche
31: Abförderschacht
32: Abscheideschacht
33: Tabakstrom
v: Geschwindigkeit
v₀: Geschwindigkeit des Materialstroms eingangsseitig des Kanals
x, y, z: Koordinaten
d: Durchmesser

Claims

Verfahren zur Fremdkörperabscheidung aus einem Materialstrom (10) mit den folgenden Verfahrensschritten: – Erzeugen eines Materialstroms (10), – Überführen des Materialstroms (10) in eine Messstrecke (15), wobei in der Messstrecke (15) ein Luftstrom (16) erzeugt wird oder vorherrscht, – Erkennen wenigstens eines Fremdkörpers (12) im Materialstrom (10), – Entfernen des Fremdkörpers (12) aus dem Materialstrom (10), wobei zwischen dem Schritt des Erkennens und dem Schritt des Entfernens des Fremdkörpers (12) der Luftstrom (16) im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie der Materialstrom (10) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Materialstrom (10) in der Messstrecke (15) im freien Fall bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Materialstrom (10) in der Messstrecke (15) in einer Flugparabel bewegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftstrom (16) von außen in die Messstrecke (15) eingebracht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Materialstrom (10) in der Messstrecke (15) in einem Kanal (20) bewegt, wobei die Querschnittsfläche des Kanals (20) in Bewegungsrichtung (17) des Materialstroms (10) wenigstens abschnittsweise sich verkleinernd ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche wenigstens abschnittsweise eine Funktion ist, die von der Quadratwurzel der Falltiefe (y) des Materialstroms (10) abhängt.
Vorrichtung zur Fremdkörperabscheidung aus einem Materialstrom (10) umfassend eine das Material (11, 12) zu einer Fremdkörpererkennungsvorrichtung (21, 22) zuführenden Vorrichtung (Zuführvorrichtung (13, 20)) und einer Fremdkörperab scheidevorrichtung (24), wobei die Zuführvorrichtung (13, 20) einen Kanal (20) umfasst, in dem eine Prüfzone (25) der Fremdkörpererkennungsvorrichtung (21, 22) angeordnet ist und wobei der Kanal (20) ausgangsseitig des Materialstroms (10) in einer Abscheidestelle (26) der Fremdkörperabscheidevorrichtung (24) endet, wobei die Querschnittsfläche des Kanals (20) sich wenigstens abschnittsweise in Bewegungsrichtung (17) des Materialstroms (10) verkleinert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (20) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (20) wenigsten abschnittsweise im Wesentlichen vertikal angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig des Kanals (20) eine Aufprallfläche (30) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (20) mit wenigstens einer Wandung (27, 28) ausgebildet ist, die wenigstens abschnittsweise einer Flugparabel nachgebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche wenigstens abschnittsweise eine Funktion ist, die von der Quadratwurzel der Falltiefe (y) des Materialstroms (10) abhängt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauglufterzeugungs vorrichtung und/oder Blaslufterzeugungsvorrichtung vorgesehen ist.