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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln eines Schüttgutes in einer drehbaren Trommel, die durch eine Tür verschlossen ist, wobei die Tür einen Einlass für das Schüttgut aufweist, sowie ein entsprechendes Verfahren.
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Stand der Technik
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Horizontale Trommelwasch- und Reinigungsmaschinen sowie Trockner sind gängige und günstige Maschinen, um vorwiegend Textilien von Schmutz zu befreien. Der Vorteil liegt unter anderem in der guten Waschmechanik die einen erheblichen Vorteil zum Waschen, Reinigen oder Trocknen der schmutzigen Ware bietet. Wenig optimal an der Technik sind die horizontale Anordnung der Trommel und der mögliche Automatisierungsgrad der Technik. Die Maschinen haben den wesentlichen Nachteil, dass sich die zu reinigende Ware nur schwer automatisierbar durch die vordere Tür einbringen lässt. Vereinzelt wurden und werden neben Textilien auch andere Güter in sogenannten Waschsäcken von Hand abgefüllt und können programmabhängig von Hand in die Maschine eingebracht und wieder herausgeholt werden.
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Maschinen mit vertikaler Trommel funktionieren ähnlich bei wenig optimaler Waschmechanik und wenig optimaler Schleuderfunktion im Vergleich zur horizontal angeordneten Trommel.
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Ein weiterer Nachteil der bestehenden Technik ist die fehlende Effizienz für Schüttgüter im Vergleich zu durchlaufenden kontinuierlichen Prozessen. Die kontinuierlichen Durchlaufprozesse haben oft den Nachteil eines hohen Investments und dass grosse Mengen an Schüttgütern bereitgestellt werden müssen, ab etwa ca. 1000 - 6000 kg/h und mehr. Solche Mengen sind, speziell wenn ein Unternehmen gegründet wird oder regional bedingt, nicht genügend verfügbar, so dass eine hochwertige Grossanlage nicht lohnt.
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Kontinuierliche Durchlaufprozesse haben auch keine effiziente Schleuderfunktion. Beim Schleudern mit hoher Umdrehungszahl der Trommel wird aber gerade der grösste Teil der Wasch- oder Reinigungsflüssigkeit effizient entfernt und die nachfolgende Trocknung kann so schneller erfolgen.
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In kontinuierlichen Durchlaufprozessen ist je ein Anlagenteil optimiert für jeden Prozessschritt. Bei der hier vorliegenden Anlage kann in der einen Trommel mehr als ein Prozeßschritt realisiert werden wie z.B. Vorwaschen, Reinigen und Trocknen. Somit benötigt diese automatisierte Anlage vergleichsweise weniger Platz im Vergleich zu den kontinuierlichen Durchlaufprozeßen.
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Aufgabe
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Die Erfindung versucht den Mangel zu beheben, um eine wirtschaftlichere Nutzung für Schüttgüter zu ermöglichen.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führt, dass der Trommel auch ein Auslass zugeordnet ist.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Auslass an einer anderen Stelle der Trommel, insbesondere gegenüber dem Einlass, angeordnet ist. Eine weitere Möglichkeit besteht aber, dass der Auslass und der Einlass in der Tür bzw. einer entsprechenden Türöffnung angeordnet sind. Dabei kann der Auslass für das Schüttgut die Türöffnung vollständig abdecken.
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Die Schüttgüter werden z.B. am Anfang des Prozesses zerkleinert oder aufbereitet und dann direkt oder über ein vorgeschaltetes Lager (auch Aufgabe genannt) automatisch aufbereitet und in einem automatischen Ablauf gewaschen oder gereinigt. Noch direkt nach dem Waschen oder Reinigen kann geschleudert werden. Danach erfolgt wieder die automatische Eingabe in einen Zwischenspeicher, die Trocknung oder die direkte Weiterverarbeitung in einem nachgeschalteten Prozessschritt.
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Die Vorrichtung ist im Wesentlichen an den vorangehenden Prozessschritt oder eine Lagereinheit angebunden. Der Eintrag des Schüttgutes in die horizontale Trommel erfolgt entweder durch die eine Tür hinein und dieselbe Tür wieder hinaus oder durch einen Einlass hinein und einen separaten Auslass hinaus, und zwar vollautomatisch gesteuert durch die Waschanlage, eine andere Anlageneinheit oder eine separate Anlagensteuerung. Die Steuerung der Waschmaschine und/oder der Reinigungsanlage und alle vor- und nachgeschalteten Förder- und Prozessschritte sollten mitgesteuert werden. Es ist alternativ auch möglich über die Gesamtanlage die Wasch- und Reinigungsanlage mit ihren Fördereinheiten direkt anzusteuern.
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Die Nutzung der Tür einer Horizontal-Trommel-Waschmaschine oder Horizontal-Trommel-Reinigungsmaschine zur automatischen Materialein- und Materialausgabe zum Zweck der Reinigung oder des Waschens ist das wesentliche Merkmal der Erfindung. Somit kann bei horizontal angeordneter Trommel der Wasch-Prozess für Schüttgüter oder andere automatisch transportierbare Ware automatisiert werden.
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Dabei werden das Schüttgut (z.B. Agrargüter oder zerkleinerte Kunststoffe) oder andere automatisch transportierbare Güter via mechanische Förderung, via Band oder Kettenförderung oder Spiralförderung, oder durch Blasen (Luftüberdruck) oder durch Saugen (Vakuum/Luftunterdruck) oder mit Vibration in die Trommel hinein oder aus der Trommel heraus befördert. Mit dem ersten Eintrag oder kurz zuvor beginnt das Waschen (mit Wasser und Waschmittel, wie z.B. NaOH) oder die Reinigung (mit Lösemitteln, wie z.B. Alkoholen) der eingetragenen Schüttgüter. Nachdem die Ware gewaschen oder gereinigt ist, wird der automatische Austrag der Ware zur Lagerung oder für den nächsten Prozessschritt, wie z.B. das Trocknen begonnen.
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Es wäre auch vorstellbar, alternativ eine Wasch- oder eine Reinigungsmaschine mit einem automatischen Türwechsel zu versehen. Dabei könnte eine drehbare Automation oder ein Knickarmroboter die Wascheinheit mit mehr als einer Tür verschliessen. Eine Tür ermöglicht dabei den automatischen Eintrag der Schüttgüter, eine andere Tür verschliesst die Maschine dicht und eine weitere Tür enthält die Automation für die Entnahme der Schüttgüter. Diese Lösung wäre denkbar bei kleinen Türen oder beschränktem Bauraum, um die automatischen Funktionen in mehr als nur einer Tür unterzubringen.
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Der automatische Austrag wird z.B. durch eine geänderte Drehrichtung der Trommel erreicht, indem die Ware über eine leisten- oder becherförmige Art Wulst oder Schaufel mit Hinterschnitt über den unteren Rand der Tür hinaus nach oben und über ein innen an der Tür angebrachtes Sammelbecken- oder - behälter raus aus dem Innenraum der Maschine durch die Tür (über eine der beschriebenen Förderungsarten) befördert wird. Dies geschieht je nach Ausgestaltung der Mitnehmer (1+N -mehr als zwei, üblicherweise drei Stück). Die Schüttgüter werden vom Tiefpunkt der Trommel von den Leisten über etwa die Mittelachse der Trommel hinaufbefördert. Die Schüttgüter fallen in Richtung des innen an der Tür oder Türöffnung angebrachten Sammelbehälters hinein etwa in Richtung der Mittelachse der Trommel, wo sich ein nach oben offener röhrenartiger Sammelbehälter befindet. Im Sammelbehälter werden die Schüttgüter gesammelt und abtransportiert (V/t oder M/t). Der Abtransport wird je nach Schüttgut durch eine eingebrachte Neigung/Fallhöhe, Unterdruck, Überdruck oder mechanisch durch eine Schnecke realisiert.
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Denkbar wäre auch der Austrag aus der Trommel durch eine wechselnde Neigung der Waschmaschine- oder Reinigungsmaschine.
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Alternative Prozesse/Vorrichtung:
- Einwurf von zersetzbaren Waschsäcken! Einsparung der Entnahme der Waschsäcke. D.h. Austrag über die Vorrichtung.
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Knickarmroboter mit Türschluss oder eine andere Automatik zum Wechseln der Türen, Ein- und Ausgabe. D.h. Ein Knickarmroboter legt für jede Funktion eine Türvorrichtung an die Reinigungsmaschine an (Eingabetür und Ausgabetür).
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Eine Alternative zur Automatisierung könnte sein, mittels eines Industrieroboters die jeweilige Funktion „Material einfüllen, Maschine verschliessen (während des Wasch- oder Reinigungsvorgangs) oder Materialaustrag“ abzubilden. Oder mittels direkter automatisierter direkter Linienanbindung an eine Transportlinie. Z.B. ein längslaufendes Band für Eintrag und ein weiteres parallel laufendes Band für den Austrag mit jeweils einem Verschlussmechanismus.
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Der so automatisierte Waschprozess ermöglicht eine mannlose Produktion in die nächste Schicht, da die Anlage länger laufen kann als der Bediener vor Ort ist. Das bedeutet eine z.B. vorangestellte Beschickung kann in einen Sammelbehälter erfolgen und später mannlos d.h. ohne Bediener der Anlage erfolgen. Beispielsweise kann in einem Recyclingverfahren das Gut in eine Zerkleinerungsvorrichtung gegeben werden, die mit einer grösseren Menge/Zeit erfolgt z.B. 300 Kg/h, während der Waschvorgang je nach Verschmutzungsgrad langsamer mit 100kg/h abläuft. Da die Mühle die günstigere Maschine ist, kann ein Mitarbeiter in diesem Beispiel in einer Schicht etwa 2,4 to Ware zerkleinern und als zerkleinertes Schüttgut mit 100kg/h in einem optimalen Wasch-Prozess waschen und in einem Silo oder Auffangstation sammeln, um so einen wirtschaftlichen Prozess zu erhalten.
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Beim Reinigungsprozess kann die Lösemitteldestillation je Waschgang optional abgekoppelt werden. Die Trübungsmessung, d.h. der Verschmutzungsgrad, gibt den Destillationszyklus vor. Beim Reinigen von flächigen Schüttgütern, die keine oder kaum Flüssigkeiten aufnehmen, ist mit einer Energieeinsparung zu rechnen, da Enthalpie, Verdunstungsrate und Siedepunkt von Lösemitteln (Alkohole, Hexan uvm) oft günstiger als die Vergleichswerte von Wasser liegen.
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Z.B. beim Reinigen von Kunststoffabfällen kann kostengünstig mit sehr gutem Ergebnis gereinigt werden. Über die Destillation des Lösemittels verbleibt der Schmutz, inklusive dem sogenannten Mikroplastik, in der Destillation der Anlage und kann separat entsorgt werden. Diese Bestandteile gelangen nicht mehr über das Abwasser in die Umwelt.
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Anhaftende Lösungsmittelreste, unterhalb der Gesetzlichen Grenzwerte, werden im nächsten Prozessschritt verdampft. Dies geschieht ähnlich wie bei der Lebensmittelextraktion, z.B. chemische Maisölextraktion für die Margarineherstellung. Die mit Lösemitteln wie Hexan chemisch extrahierten Öle werden im nachfolgenden Prozesschritt destilliert und verbleiben in einem separaten Behälter zum Abtransport und Weiterverarbeitung.
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Ferner können über eine Trübungsmessung in der Waschmaschine oder der Reinigungsmaschine die Waschmittel oder Lösemittel je nach Verschmutzungsgrad direkt und automatisch ausgetauscht werden, um so ein optimales Waschergebnis zu erzielen.
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Ein weiterer Vorteil der Anlage ist bei einem mechanischen Trommelwäscher die gute Waschmechanik, die zu einem optimalen Waschergebnis beträgt.
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Beansprucht wird auch ein Verfahren zum Behandeln eines Schüttgutes in einer drehbaren Trommel, die durch eine Tür verschlossen wird, wobei die Tür einen Einlass für das Schüttgut aufweist und das Schüttgut durch einen Auslass aus der Trommel transportiert wird. Hierdurch wird das gesamte Verfahren des Behandelns des Schüttgutes automatisiert, beschleunigt und verbilligt. Zum Ein -und Austragen des Schüttgutes soll bevorzugt die Drehrichtung der Trommel gewechselt werden. Denkbar ist aber auch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung bzw. Anordnung der Trommel und/oder auch eine Ausgestaltung von Leisten in der Trommel.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung werden somit eine horizontale aber auch schräge oder vertikale Wasch- oder Reinigungsmaschinen so modifiziert, dass der Eintrag und der Austrag des Waschgutes automatisch erfolgen können. Je nach Beschaffenheit des Schüttgutes wird die Ware über eine Fördereinheit automatisch (auf Signal) durch eine Öffnung an der Tür (oder Front der Trommel) in die Waschmaschine eingebracht. Durch die gleiche oder eine andere Öffnung wird das Material an der Tür aus der Maschine automatisch ausgetragen. Der Austrag aus dem Inneren der Maschine erfolgt durch die Änderung der Drehrichtung, wobei die Schüttgüter mindestens über den unteren Rand der Trommel über einen leistenförmigen Mitnehmer angehoben werden und von der Förderung aus der Maschine befördert werden. Der Austrag erfolgt ebenfalls gesteuert und automatisch aus der Maschine heraus.
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Nachdem die Maschine geleert ist, kann die nächste automatische Füllung erfolgen. Im Fall der Reinigung mit Lösungsmitteln ist das Einbringen wie auch das Ausbringen mit einem Verschluss versehen, der über den Waschvorgang geschlossen bleiben muss, so lange bis z.B. die gesetzlichen Vorgaben einer Restfeuchte erfüllt sind. Ebenso machbar ist die Versorgung der Reinigungsmaschine mit Schüttgut und die Förderung der Ware in ein geschlossenes Lagerbehältnis, sodass keine Lösemittel den Prozessschritt verlassen können.
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Der Waschvorgang und der Tausch des Waschmediums sind automatisiert z.B. durch Trübungsmessung. Im Fall der Reinigung mit Lösungsmittel ist der Vorgang Tausch oder Destillation des Lösungsmittels vollautomatisch. Dies ist ein wesentlicher Vorteil dieses Wasch- oder Reinigungskonzeptes. Da z.B. im Fall der Reinigung von Kunststoffen oder Kunstoffflakes das Lösungsmittel destilliert wird und etwaige Reste wie Mikroplastik vollständig in der Maschine gesammelt und getrennt werden.
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Die Beschaffenheit des Schüttgutes kann bezüglich seiner Grösse, Rieselfähigkeit oder Restfeuchtegehalt unterschiedlich sein.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigen in den 1 - 6 einen horizontalen Trommelwäscher/Trommelreinigungsanlage/ Trommeltrockner a mit Fronttür c, die von vorne mit Schüttgut beschickt werden. Sehr ähnlich zu den haushaltsüblichen Waschmaschinen als sogenannte Frontlader. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine sehr gute Waschmechanik, eine Schleuderfunktion und aufgrund der produzierten hohen Menge mit günstigen Fertigungskosten und einen niedrigen Maschinenpreis aus.
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Dabei sind die wesentlichen Komponenten wie folgt:
- a = Trommelwäscher, Reinigungsmaschine oder Trockner (alle dargestellt mit horizontal angeordneter Trommel, wobei sich die Erfindung aber auch auf vertikal oder schräg angeordnete Trommeln bezieht)
- b = Trommel
- c = Tür (oder Türöffnung)
- d1 = rohrförmiger Auslass zur Materialentnahme (an der Tür oder durch die Türöffnung)
- d2 = rohrförmiger Einlass zur Materialeingabe (an der Tür oder durch die eine Türöffnung)
- e = Sammelbehälter (an der Tür angebracht)
- f = Leisten an der Trommel
- g = Schüttgut in der Anlage. Schüttgüter können sein Kunststoffflakes (oder Pellets wie z.B. PET, PE, PP), Landwirtschaftliche Erzeugnisse wie z.B. Mais, Kartoffel oder Äpfel oder Papierschnitt, Holzschnitt, Elektroschrott uvm.
- h = Schlitten
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1 ist ein Querschnitt, die 2 und 3 sind Längsschnitte durch eine Trommelwasch- oder Trommelreinigungsmaschine.
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In 1 und 2 wird das Prinzip beim Austrag der Schüttgüter aus der Anlage gezeigt. Die Schüttgüter werden durch eine an sich geschlossene oder fest anliegende Tür c mit einer rohrförmigen Öffnung d2 in die Anlage hinein befördert. Die Schüttgüter werden in einer Drehrichtung der Trommel b z.B. gegen den Uhrzeigersinn gewaschen. Die Leisten f haben in dieser Drehrichtung eine reguläre wulstartige Ausformung, um die Schüttgüter während der Behandlung oder des Reinigens zu mischen und gegeneinander zu bewegen (mechanische Bewegung).
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Am Ende des Waschens, der Reinigung, dem Schleudern, der Trocknung oder der Behandlung der Schüttgüter ändert sich die Drehrichtung der Trommel (von gegen Uhrzeigersinn auf mit dem Uhrzeigersinn).
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Wenn sich die Trommel im Uhrzeigersinn dreht (1) werden die Schüttgüter am Ende des Wasch- oder Reinigungsvorgang durch 1+N (in der Skizze mit 4) hinterschnittige Leisten (auch Leisten in Schaufelform oder im archimedischen Prinzip) mit der Drehrichtung nach oben befördert. Ab einer gewissen Höhe fallen die Schüttgüter aus der Leistenmulde in den Sammelbehälter e (offenes Rohr, Trichter oder Becken), der an der Tür angebracht ist. Das gewaschene oder gereinigte Material, das in den nach oben offenen Sammelbehälter e fällt, wird dort gesammelt und über Vakuum abgesaugt oder z.B. mit einem Spiralförderer d1 (3) weggefördert.
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Die Drehrichtung kann prinzipiell vertauscht sein, jedoch ist eine Richtung immer zum Waschen oder Reinigen gedacht, während die andere Drehrichtung zur Förderung des Materials aus der Maschine heraus dient.
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Bei der Erfindung werden durch die eine Tür c, die im Prozess immer geschlossen bleibt, über die Öffnung d2 Material hineinbefördert. Nach dem Eintrag wird das Schüttgut in einer Drehrichtung der Trommel gewaschen, gereinigt oder behandelt und danach durch die gleiche Tür über die Öffnung d1 in einem automatisierten Vorgang über die geänderte Drehrichtung der Trommel, über die Öffnung d1, aus der Trommel befördert.
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4 zeigt, dass die Schüttgüter aus einem vorgeschalteten Vorgang wie z.B. ein Wasch- oder Separationsvorgang gefördert werden. Von dem vorgeschalteten Vorgang, der z.B. auch eine Zerkleinerung in einer Zerkleinerungsmühle sein kann, werden die Schüttgüter direkt und automatisiert in die Trommelwaschmaschine, Trommelreinigungsmaschine oder Trockner über den Einlass d2 eingetragen. Es wäre vorstellbar, dass diese Förderung bzw. der Eintrag auch aus einem Lager, Silo oder einer Aufgabe als Zwischenspeicher erfolgt.
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Nach dem Waschen oder Reinigungsvorgang wird das Schüttgut automatisch über den Auslass d1 in die nachfolgende Prozesseinheit zur weiteren Behandlung oder in eine Aufgabe j über einen Spiralförderer verbracht. Die Steuerung des automatisierten Prozess kann eine separate Prozesssteuerung sein oder die auf den Prozess angepasste oder erweiterte Steuerung der Waschmaschine (oder Reinigungsmaschine/Trockner).
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Die Erfindung ist die bei Bedarf in beide Richtungen „durch d1 oder d2 durchlässige“ Tür. Somit kann diese Trommelwasch- oder Reinigungstechnik automatisiert werden und erlaubt eine automatische Nutzung rund um die Uhr. Ausserdem wäre es denkbar, Funktionen der Vorrichtung der Tür auf einem Schlitten oder Wechseleinheit so zu platzieren, das die Tür automatisch und komplett von der Trommel - und dem Trommelgehäuse abgefahren werden kann (d.h. die Öffnungen d1 und d2 sitzen in zwei austauschbaren Türen). Somit ist es möglich, die Funktionen der Materialein- und Materialausgabe in separate Türeinheiten zu legen, als eine weitere Möglichkeit den Bauraum besser für eine Automatisierung zu nutzen.
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Die prinzipielle Funktion der automatisierte Ein- und Ausbringung von Schüttgütern kann prinzipiell so auch bei einer vertikal angeordneten Trommel durchgeführt werden, wobei durch d1 und d2 immer direkt auf den Boden gelangt wird, ohne Änderung der Drehrichtung und ohne den Zwischenschritt eines Sammelbehälters e. Vertikal angeordnete Trommeln verfügen im Vergleich zu horizontal angeordnete Trommeln über eine vergleichsweise schlechtere Waschmechanik.
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5 zeigt, dass die Tür c, wie oben erwähnt, auf einem Schlitten h abgefahren werden kann. Somit kann der Sammelbehälter e grösser und/oder länger gestaltet werden. Das Abfahren der Tür c wäre vorteilhaft für das Säubern der Vorrichtung und kann den automatischen Austausch von Funktionen für den Einlass oder Auslass vereinfachen.
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6 zeigt eine Variante für ein Durchlaufprinzip. Die Leisten werden so in einem Winkel α angestellt, dass das Material zum Ende der Trommel hin befördert wird. Die Trommel ist mit einem Hinterschnitt am Ende der Trommel ausgestattet. D.h. die Trommellänge des äusseren Durchmessers ist grösser und der Innere Durchmesser ist verkürzt sodass am Ende der Trommel der Sammelbehälter e angebracht werden und das das Material aufnehmen kann, um es in die nächste Maschine oder Aufgabe zu fördern (d1). Mit diesem Aufbau können mehrerer Maschinen hintereinandergeschaltet werden. Ein möglicher Aufbau für den Materialfluss könnte sein: Maschine 1 (vorwaschen und schleudern), Maschine 2 (reinigen, schleudern und trocknen) und Maschine 3 (schleudern und trocknen).
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Die mit der Vorrichtung ausgestattete Reinigungsanlage kann so voll automatisiert werden, um Schüttgüter zu reinigen. Der Schmutz des so gereinigten Schüttgutes verbleibt separiert in der Reinigungsmaschine. Bei der Reinigung von Kunststoffen verbleibt jegliche Mikroplastik in dem automatisierten Reinigungsvorgang in der Destillationsabscheidung zur Weiterbehandlung.
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Der Destillationsprozess je Waschgang wird in Verbindung mit einer Trübungsmessung abgekoppelt. Bei geringer Oberfläche des Schüttgutes (im Vergleich zu Textilien mit grosser Oberfläche und hoher Saugfähigkeit) kann sehr effizient und wesentlich weniger als bei der Textilreinigung destilliert werden. Somit wird wenig Energie verbraucht.
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Die so ausgestattete automatisierte Reinigungsmaschine kann abgewandelt für die automatisierte Lösemittelextraktion von Schüttgütern (als stoffliches Trennverfahren bei Nahrungsmittel, wie z.B. Maiskörner, Palmkerne zur Gewinnung von Ölen oder Margarine etc., eingesetzt werden.
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Die mit der Vorrichtung ausgestattete Waschanlage wird so voll automatisiert, um Schüttgüter in einer Maschine in einem oder mehreren Prozessschritten zu waschen und bei Bedarf zu schleudern.
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Der mit der Vorrichtung ausgestattete Trockner wird so voll automatisiert, um Schüttgüter auch zu trocknen.
