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Die Erfindung betrifft zunächst eine Windsichtung zum Trennen eines Partikelgemischs aus einem Feststoff einheitlicher Dichte, wobei das Partikelgemisch beim Fallen unter einer Erdbeschleunigung durch einen im Mittel mit einer Strömungsrichtung quer zur Erdbeschleunigung verlaufenden Luftstrom in Fraktionen unterschiedlicher Korngröße getrennt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Windsichter zum Trennen eines Partikelgemischs aus einem Feststoff einheitlicher Dichte, mit einem Sichterraum, einer Strömungsmaschine zum Herstellen eines Luftstroms mit einer Strömungsrichtung quer zu einer Erdbeschleunigung durch den Sichterraum, und mit einer Aufgabeeinrichtung zum Aufgeben eines Partikelgemischs in den Sichterraum.
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Partikelgemische disperser Feststoffe können in Klassierprozessen entweder unmittelbar anhand charakteristischer Maße (Siebklassierung) oder anhand sekundär mit der Korngröße verknüpfter Feld-, Strömungs- und Trägheitskräfte des Korns (Stromklassierung) in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen getrennt werden. Windsichter (auch: Aerostromklassierer) werden nach der Strömungsrichtung des Luftstroms relativ zur treibenden Kraft der Erdbeschleunigung in Gegen- und Querstromsichter unterschieden und sind beispielsweise aus Thomé-Kozmiensky J. et al.: Mechanische Aufbereitung von Abfällen, in: Recycling und Rohstoffe 3, TK Verlag, Nietwerder 2010 allgemein bekannt.
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Die Natursteinindustrie produziert Brechsande prozessbedingt mit Korngrößen unter 63 µm, die in der Weiterverarbeitung beispielsweise in der Beton- und Asphaltherstellung als „Füller“ einen vorgegebenen Anteil von 7 % nicht übersteigen sollten.
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DE 43 39 532 A1 ,
GB 205,435 A und
US 2018/0141087 A1 offenbaren solche Verfahren und Windsichter, in denen jeweils das Partikelgemisch vom Luftstrom beschleunigt wird, also die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms die Startgeschwindigkeit des Partikelgemischs übersteigt.
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Die bekannten Windsichter sind nur zur Trennung von Partikelgemischen mit sehr feinen Körnungen und nur für geringe Massenströme geeignet. Darüber hinaus setzen sie die vorherige Desagglomeration der Partikel voraus, die aber gerade bei Brechsanden nur bedingt und häufig unzureichend möglich ist.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Fülleranteil von Feinsand einzustellen.
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Lösung
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Ausgehend von den bekannten Verfahren wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass das Partikelgemisch mit einem derartigen Impuls in der Strömungsrichtung in den Luftstrom aufgegeben wird, dass eine Startgeschwindigkeit des Partikelgemischs beim Aufgeben in den Luftstrom eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms übersteigt. Der von der Luftströmung unabhängige Impuls bewirkt eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Luftstrom und Partikeln und damit eine (näherungsweise) zur Querschnittsfläche - also zum Quadrat der Korngröße - proportionale Luftreibung, die die Partikel in der Strömungsrichtung nach Korngröße trennt. Größere Partikel werden von der Luftreibung im Verhältnis zum masseabhängigen (also der dritten Potenz der Korngröße proportionalen) Impuls weniger stark abgebremst und legen daher in der Strömungsrichtung einen weiteren Weg zurück. Die alternativ mögliche Umkehrung der Geschwindigkeitsverhältnisse mit demselben Effekt der Trennung der Partikelgrößen (nur in umgekehrter Reihenfolge) erfordert eine im Verhältnis sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms.
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Grundsätzlich werden die Trennergebnisse mit steigendem Unterschied zwischen den Strömungs- und Partikelgeschwindigkeiten besser. Wenn die Startgeschwindigkeit der Partikel die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms um mindestens das Doppelte übersteigt, werden bereits gute Trennergebnisse erzielt. Ein Unterschied von einer Größenordnung oder mehr ist technisch mit vertretbarem Aufwand gleichfalls möglich.
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Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren das Partikelgemisch portioniert und in Portionen in den Luftstrom aufgegeben. Die diskontinuierliche Aufgabe des Partikelgemischs setzt einen ständigen Wechsel der auf das Partikelgemisch einwirkenden Kräfte voraus, der die Desagglomeration der Partikel unmittelbar bei der Aufgabe begünstigt.
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Vorzugsweise umfassen in einem erfindungsgemäßen Verfahren die Fraktionen des Partikelgemischs zumindest Grobgut und Feingut, wobei das Feingut im Mittel eine geringere Korngröße als das Grobgut aufweist. Die Trennung in Grob- und Feingut - also in das gewünschte Endprodukt und Abfall - ist für die Einstellung des Fülleranteils von Feinsand für die Beton- oder Asphaltherstellung ausreichend. Für andere Anwendungen können mit erfindungsgemäßen Verfahren weitere Fraktionen in der Strömungsrichtung des Luftstroms getrennt werden.
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Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Fraktion Schwebstoffe aus dem Sichterraum abgesaugt. Das Absaugen der Schwebstoffe aus dem Sichterraum vermeidet das Ausdringen dieser Stoffe aus dem Sichterraum in die Umgebung.
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Vorzugsweise besteht in einem erfindungsgemäßen Verfahren das Partikelgemisch aus Feinsand mit Füller, wobei der Feinsand eine Korngröße bis 2 oder bis 5 mm und der Füller eine Korngröße bis 63 µm aufweist. Ein solches Partikelgemisch liegt typischer Weise als Ausgangsprodukt aus der Natursteinindustrie vor und muss für die Beton- und Asphaltherstellung aufbereitet werden.
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Ausgehend von den bekannten Windsichtern wird erfindungsgemäß das Partikelgemisch mittels der Aufgabeeinrichtung in der Strömungsrichtung derart in den Sichterraum beschleunigt, dass eine Startgeschwindigkeit des Partikelgemischs beim Aufgeben in den Luftstrom eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms übersteigt. Ein solcher Windsichter erlaubt die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und zeichnet sich gleichermaßen durch deren vorstehend genannte Vorteile aus.
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Vorzugsweise weist die Aufgabeeinrichtung in einem erfindungsgemäßen Windsichter mindestens ein Paddel auf, das radial aus einer quer zu der Strömungsrichtung ausgerichteten Achse ragt und um die Achse rotierbar ist, wobei das Partikelgemisch mittels des mindestens einen Paddels in den Sichterraum beschleunigt wird. Das Paddel des erfindungsgemäßen Windsichters schlägt einerseits diskontinuierlich auf jeweils eine Portion des Partikelgemischs und unterstützt dessen Desagglomeration. Andererseits wirft es die Portion mit einer der Umfangsgeschwindigkeit entsprechenden Startgeschwindigkeit in den Sichterraum. In einem solchen erfindungsgemäßen Windsichter kann die Aufgabeeinrichtung zugleich als Strömungsmaschine dienen und den Luftstrom erzeugen, in den das Partikelgemisch aufgegeben wird.
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Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßer Windsichter zwei Paddel auf, die in entgegengesetzten Richtungen aus der Achse ragen. Ein solcher erfindungsgemäßer Windsichter zeichnet sich gegenüber nur einem Paddel durch einen ruhigeren Lauf aus, weil die Unwuchten der Paddel sich gegenseitig ausgleichen. Alternativ sind andere, insbesondere zu der Achse rotationssymmetrische Anordnungen mit drei, vier oder mehr Paddeln denkbar.
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Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßer Windsichter ein Absaugelement zum Absaugen von Schwebstoffen aus dem Sichterraum auf. Das Absaugen der Schwebstoffe aus dem Sichterraum vermeidet das Ausdringen dieser Stoffe in die Umgebung. Alternativ kann ein erfindungsgemäßer Windsichter an eine vorhandene, beispielsweise zentrale Absaugung angeschlossen sein.
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Weiter vorzugsweise weist ein solcher Windsichter ein Umlenkelement auf zum Umlenken des Luftstroms mit den Schwebstoffen vor Eintritt in das Absaugelement entgegen der Erdbeschleunigung. Das Umlenken des Luftstroms verringert den Anteil größerer Partikel in dem abgesaugten Luftstrom: Diese prallen aufgrund ihres Impulses in der Strömungsrichtung an dem Umlenkelement ab und fallen zurück in den Sichterraum.
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Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßer Windsichter unter dem Sichterraum ein Förderelement auf zum Fördern einer Fraktion des Partikelgemischs aus dem Sichterraum. Das Förderelement ermöglicht den kontinuierlichen Betrieb des erfindungsgemäßen Windsichters. Weiter vorzugsweise besteht ein solches Förderelement aus mindestens einem Bandförderer. Bandförderer sind zur Förderung von Sand und seinen Fraktionen besonders geeignet.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen skizzenhaft
- 1 einen ersten erfindungsgemäßen Windsichter und
- 2 einen zweiten erfindungsgemäßen Windsichter.
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Der in 1 gezeigte erste erfindungsgemäße Windsichter 1 weist einen Sichterraum 2 und an dem Sichterraum 2 eine Strömungsmaschine 3 auf, die zugleich als Aufgabeeinrichtung 4 dient, sowie ein Absaugelement 5 und ein in das Absaugelement 5 führendes Umlenkelement 6 und ein Förderelement 7 unter dem Sichterraum 2.
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Der Sichterraum 2 ist nach unten offen und weist eine Höhe 8 und eine nicht dargestellte Breite von je 60 cm und eine Länge 9 von 2 m auf. Die Strömungsmaschine 3 ist dem Sichterraum 2 an einer Aufgabeseite 10 in einer Strömungsrichtung 11 vorgelagert. Sie weist einen Rotor 12 mit einer quer zu der Strömungsrichtung 11 liegenden Achse 13 auf, aus der zwei Paddel 14 mit einer Länge 15 von je 15 cm radial herausragen, sowie einen Düsenring 16.
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Eine innere Wandung 17 der Strömungsmaschine 3 umschließt tonnenförmig den Rotor 12 und weist einen oberen Zulauf 18, einen unteren Ablauf 19 und seitlich in den Sichterraum 2 eine Aufgabeöffnung 20, sowie auf beiden Seiten 21 je vier Lufteinlässe 22 auf. Der Zulauf 18 und der Ablauf 19 sind jeweils derart gegen eine Radialrichtung 23 des Rotors 12 geneigt, dass die Paddel 14 beim Vorbeistreichen in einer Drehrichtung 24 des Rotors 12 einen Sog erzeugen, der ein Herausdringen von Staub aus der Strömungsmaschine 3 durch den Zulauf 18 und den Ablauf 19 vermeidet.
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Die Wandung 17 weist einen in der Drehrichtung 24 abnehmenden Abstand 25 von einem von dem Rotor 12 überstrichenen Umkreis 26 auf.
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In der Strömungsrichtung 11 schließt das Umlenkelement 6 den Sichterraum 2 an einer Absaugseite 28 ab und mündet oberhalb des Sichterraums 2 in das Absaugelement 5. Das Förderelement 7 ist ein in der Strömungsrichtung 11 laufendes Förderband.
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Im Betrieb des ersten Windsichters 1 werden 60 kg/min nicht dargestellter Feinsand mit Korngrößen bis zu 5 mm und einem „Fülleranteil“ von 21 % mit Korngrößen kleiner als 63 µm durch den Zulauf 18 auf den Rotor 12 bzw. die Paddel 14 zugeführt. Die Paddel 14 werfen die Partikelmischung mit hohem Impuls durch die Aufgabeöffnung 20 in der Strömungsrichtung 11 in den Sichterraum 2.
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Der Rotor 12 wird mit einer Drehzahl von 60 Hz angetrieben, die Startgeschwindigkeit des Partikelgemischs beträgt so bis zu 57 m/s. Über den Düsenring 16 wird 36 m3/h Zuluft in den Sicherraum zu- und durch das Absaugelement 5 ein Luftstrom von 1400 m3/h als mit Schwebstoffen belastete Abluft aus dem Sichterraum 2 abgeführt, die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms beträgt so etwa 1,1 m/s. Der Luftstrom wird im Wesentlichen durch die zugleich als Strömungsmaschine 3 dienende Aufgabeeinrichtung 4 erzeugt, das Absaugelement 5 wird mit einer Leistung von lediglich 0,8 kW betrieben.
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Die über den Ablauf 19 und aus dem Sichterraum 2 auf das Förderelement 7 fallende Fraktion des Partikelgemischs weist noch einen Fülleranteil von ca. 6 % auf. Der Fehlkornanteil im Feingut (sog. „Spritzkorn“) liegt bei weniger als 1 %.
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Der erste erfindungsgemäße Windsichter 1 erlaubt die Überprüfung der Vorüberlegungen der Erfindung im Labormaßstab. Erfindungsgemäße Windsichter für die industrielle und großtechnische Nutzung verarbeiten 15 bis 90 t/h einer solchen Partikelmischung.
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Der in 2 dargestellte zweite erfindungsgemäße Windsichter 29 entspricht im Wesentlichen dem ersten Windsichter 1, unterscheidet sich aber zunächst durch das Förderelement 30, das hier aus drei Trichtern 31 und vier quer zur Strömungsrichtung 32 verlaufenden Förderbändern 33 für vier verschiedene Fraktionen des Partikelgemischs besteht. Praktische Untersuchungen haben gezeigt, dass die aus dem Ablauf 34 der Strömungsmaschine 35 dringende Fraktion eine besonders hohe Reinheit in Bezug auf die Korngrößenverteilung aufweist.
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Der Zulauf 36 weist nach Außen einen Trichter 37 auf. Über dem Zulauf 36 endet in einem Abstand 38 von 35 cm von dem Rotor 39 senkrecht über der Achse 40 eine um einen Winkel 41 von 60 ° zur Horizontalen 42 geneigte Schurre 43, über die im Betrieb dem zweiten Windsichter 29 Feinsand zugeführt wird.
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In einem nicht dargestellten weiteren erfindungsgemäßen Windsichter kommen anstelle der vier Förderbänder des zweiten Windsichters 29 Auffangbehälter zum Einsatz, die je nach Füllstand regelmäßig ausgetauscht werden.
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In den Figuren sind
- 1
- Windsichter
- 2
- Sichterraum
- 3
- Strömungsmaschine
- 4
- Aufgabeeinrichtung
- 5
- Absaugelement
- 6
- Umlenkelement
- 7
- Förderelement
- 8
- Höhe
- 9
- Länge
- 10
- Aufgabeseite
- 11
- Strömungsrichtung
- 12
- Rotor
- 13
- Achse
- 14
- Paddel
- 15
- Länge
- 16
- Düsenring
- 17
- Wandung
- 18
- Zulauf
- 19
- Ablauf
- 20
- Aufgabeöffnung
- 21
- Seite
- 22
- Lufteinlass
- 23
- Radialrichtung
- 24
- Drehrichtung
- 25
- Abstand
- 26
- Umkreis
- 28
- Absaugseite
- 29
- Windsichter
- 30
- Förderelement
- 31
- Trichter
- 32
- Strömungsrichtung
- 33
- Förderband
- 34
- Ablauf
- 35
- Strömungsmaschine
- 36
- Zulauf
- 37
- Trichter
- 38
- Abstand
- 39
- Rotor
- 40
- Achse
- 41
- Winkel
- 42
- Horizontale
- 43
- Schurre
