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Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Sortiervorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung einer Faserstoffsuspension.
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Derartige Sortiervorrichtungen sind zum Beispiel unter der Bezeichnung Combisorter CSM und IntegraCombisorter bekannt. Diese Sortiervorrichtungen weisen ein erstes horizontal angeordnetes Sieb mit einem Scheibenrotor und ein vertikal angeordneten Siebkorb auf. Radial innerhalb des Siebkorbes ist ein über einen Riementrieb angeordneter Rotor vorgesehen. Zwischen horizontalem Sieb und Siebkorb ist eine Blende angeordnet. In jeder Siebstufe wird Störstoff und Gutstoff abgeführt. Vorteilhaft an Kombisortern ist ihre kompakte Bauweise. Nachteilig ist jedoch, dass die Effizienz von Sortierern von der Beschickung mit Faserstoffsuspension und dem Störstoffgehalt der Fasersuspension abhängen und bei Combisortern aufgrund ihres Aufbaus in Abhängigkeit von der Güte der Faserstoffsuspension und von der Menge der Zuführung an Faserstoffsuspension in die erste Sortierstufe abhängen. So kann es vorkommen, dass Störstoffe wie zum Beispiel Kunststoffteile aufgrund einer langen Aufenthaltsdauer insbesondere in der ersten Sortierstufe unter Einwirkung des Rotors Zerrieben werden und so als Kleinstteile in den Gutstoff gelangen.
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Aus der
DE 197 02 043 C2 ist eine Vorrichtung zum Reinigen einer Faserstoffsuspension bekannt. Diese Vorrichtung dient dazu stippenreiche und einen hohen Schwerschmutzanteil aufweisende Faserstoffsuspensionen zu reinigen. Für eine Extraktion von Schwerschmutz ist ein Wirbeslsichter unterhalb des Einlaufes der Fasersuspension vorgesehen. Der Schwerschmutz kann so über diesen Wirbelsichter nach unten abgeführt werden. Oberhalb des Faserstoffsuspensionseinlasses ist ein Zentrifugalsichter angeordnet. Durch eine Gutstoffabführung wird durch das Sieb gelangter Gutstoff abgeführt. Oberhalb des Zentrifugalsichters ist eine Entstippungsstation mit einer Siebscheibe angeordnet. Der diese Siebscheibe passierte Faserstrom wird einer weiteren Gutstoffabführung zugeführt. Das Rejekt der Entstippungsstation kann dem Wirbelsichter zugeführt werden. Der Wirbelsichter, Zentrifugalsichter und die Entstippungsstation sind unmittelbar in Reihe geschaltet. Dadurch wird eine kompakte Bauweise erreicht. Nachteilig ist, dass bei Faserstoffsuspensionen die einzelnen Gehalte an Störstoffen schwanken können. Dadurch kann es vorkommen, dass einzelne Sichter oder Stationen mit anfallenden Rejekt überlastet werden oder aufgrund von einer zu geringen Menge an einlaufender Faserstoffsuspension nicht optimal arbeiten.
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Aus der
EP 1 245 724 A2 ist ein Drucksortierer zum Entfernen von Störstoffen bekannt, wobei der Drucksotierer hintereinander geschaltete Siebe aufweist und der Gutstoff nach dem ersten Sieb als Faserstoffeinlauf in das zweite Seib geführt wird. Auch hier sind die Siebe übereinander angeordnet und Zulauf in den zweiten Siebkorb hängt von der Gutstoffmenge aus dem ersten Siebkorb ab. Damit variiert der Faserstoffeinlauf in die zweite Siebstufe in Anhängigkeit von der Faserstoffgüte in den Kombisortierer. Bei zu großen Mengen an Störstoffen kann ein Verstopfen auftreten. Ist der Gutstoffgehalt in der jeweiligen Stufe recht hoch, und eine Beaufschlagung mit Faserstoffsuspension hoch, so wird der in der Suspension vorhandene Gutstoff zum Teil mit dem Störstoff wieder abgeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde bei einer kompakten mehrstufigen Sortiervorrichtung zur Reinigung einer Faserstoffsuspension die Effizienz der nachfolgenden Reinigungsstufe zu optimieren.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Maßnahme bei der zweiten Sortierstufe eine Füllstandserkennung vorzusehen, ist es möglich, die Sortiervorrichtung im Betrieb zu optimieren. Wie zuvor beschrieben ist die Effizienz einer Sortierstufe von dem Füllstand abhängig. So kann durch Veränderung des Zulaufes in die Sortiervorrichtung die Effizienz der zweiten Sortierstufe gesteigert werden. Veränderungen bei der Zusammensetzung der einlaufenden Faserstoffsuspension können berücksichtigt werden.
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Ist zum Beispiel der Schwerstoffanteil gestiegen, so kann durch eine Erhöhung des Druckes beim Einlauf der zugeführten Faserstoffsuspension die Stauhöhe nachgeführt werden.
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Auch kann durch die Füllstandserkennung ein Überlaufen der zweiten Sortierstufe verhindert werden. Unter einem Überlaufen wird eine Abführung von Fasersuspension mit Stoffdichten deutlich kleiner 15% Gewichtsprozent durch einen Rejektüberlauf der zweiten Sortierstufe verstanden.
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In einer Ausführungsvariante ist eine Druckerfassung für eine Erfassung des vorherrschenden Druckes auf der der zweiten Sortierstufe zugewandten Seite der Blende vorgesehen ist. Dadurch kann die Stauhöhe durch einen Drucksensor ermittelt werden.
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Um einer Verschmutzung des Drucksensors entgegenzuwirken, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt den Drucksensor an einer Position anzuordnen, wobei diese Position von Spülwasser zur Verdünnung der Fasersuspension in der zweiten Sortierstufe umspült wird. Dadurch wird einer Verschmutzung des Drucksensors entgegengewirkt. Durch eine Verschmutzung des Drucksensors könnten fehlerhafte Stauhöhen resultieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Spülwasserzulauf mit einem Drucksensor versehen ist. Diese Anordnung ist in einer Zuleitung und muss nicht innerhalb des Gehäuses der Sortiervorrichtung vorgesehen werden. Damit ist diese Lösung konstruktiv kostengünstig. Der Sensor kann auch im Anschlussflansch der Sortiervorrichtung vorgesehen sein oder auch mittels eines T-Stückes in die Zuleitung eingefügt werden. Dieser Drucksensor wird als zur Sortiervorrichtung gehörig angesehen.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass als Drucksensor ein Sensor vorgesehen ist, wobei dieser Sensor auch Unterdrücke erfassen kann. Dadurch kann die Stauhöhe auf bei Unterdruck in der Spülwasserszuleitung mit hoher Genauigkeit und zuverlässig ermittelt werden. Es ist möglich die dynamischen Drücke aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit in der Spülwasserzuführung zu eliminieren.
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Als besonders geeignet haben sich Drucksensoren herausgestellt, die Drücke im Bereich von -0,5 bar bis +0,5 bar, vorzugsweise mit einer Genauigkeit von kleiner0,2%, erfassen können.
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In einigen Anwendungsfällen hat sich eine Füllstandserkennung mittels einer Temperaturerfassung als besonders geeignet herausgestellt. Eine Erfassung der Gehäusetemperatur ist konstruktiv einfach realisierbar. Eine Füllstandserkennung durch Temperaturerfassung bei einem Einsatz, bei dem die Temperatur der Fasersuspension deutlich von der Umgebungstemperatur abweicht zuverlässig und mit einfachen Mitteln möglich. So kann durch Erfassung des Temperaturprofiles des Gehäuses der zweiten Sortierstufe auf die Stauhöhe geschlossen werden. Der Temperatursensor kann in das Gehäuse integriert sein oder außerhalb des Gehäuses, wie Beispielsweise eine Erfassung der Gehäusetemperatur mittels IR-Sensor, vorgesehen sein.
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In einer Ausführungsvariante einer Füllstandserkennung mit Temperatursensor ist vorgesehen einen Teil des Gehäuses zu kühlen. Dadurch ist es möglich unabhängig von der Umgebungstemperatur und unabhängig von der Temperatur der Faserstoffsuspension eine Stauhöhe durch eine Temperaturmessung zuverlässig ermitteln zu können. In einigen Anwendungsfällen ist es auch möglich eine Kühlung nur zeitweise zur Erhöhung der Messgenauigkeit einzusetzen.
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Bei einer Ausführungsvariante einer Füllstandserkennung ist die Verwendung eines kapazitiven Sensors vorgesehen. Durch einen Bereich des Gehäuses mit einem nicht ferromagnetischen Material ist eine Füllstandserkennung einfach möglich. So kann beispielsweise ein aus einem Kunststoff bestehendes Sichtfenster für die Messung genutzt werden. Alternativ kann auch eine Optische Erfassung des Füllstandes mit einem optischen Sensor vorgesehen sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die Berücksichtigung der mittels der Füllstandserkennung ermittelten Stauhöhe bei dem Betrieb der Sortiervorrichtung aus. Durch das verfahren werden Veränderungen in der zugeführten Faserstoffsuspension dynamisch berücksichtigt. Dadurch kann eine erhöhte Effizienz erreicht werden.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt einen Sollfüllstand in der Steuerung zu hinterlegen und bei einer eine vorbestimmte Abweichung überschreitende Abweichung von der Sollstauhöhe, oder auch als Sollfüllstand bezeichnet, den Fasersuspensionszulauf schrittweise für eine Einstellung des Sollfüllstandes anzupassen.
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Es hat sich als vorteilhaft für eine verbesserte Erfassung der Stauhöhe bei einer Füllstandserkennung mittels einer Druckerfassung in dem zulaufenden Spülwassers, dass der mit der Zulaufmenge des Spülwassers verbundene dynamische Druckanteil bestimmt wird und dieser Druckanteil bei der Bestimmung der Stauhöhe berücksichtigt wird.
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Bei einem verbesserten Verfahren ist vorgesehen bei einer Bestimmung der des Füllstandes eine Glättung der Pulsierenden Drucksignale vorzusehen. Dadurch wird die Messgenauigkeit erhöht. Die Glättung kann in der Steuerung oder bereits von dem eingesetzten Drucksensor vorgenommen werden.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
- 1 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sortiervorrichtung
- 2: Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Sortiervorrichtung in einer möglichen Betriebseinbindung
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Anhand von 1 wird zunächst eine erfindungsgemäße Sortiervorrichtung 1 beschrieben. Der Sortiervorrichtung wird eine Faserstoffsuspension in die erste Sortierstufe 3 durch einen Einlauf 9 oberhalb eines ersten als Scheibensiebes 43 ausgebildeten Siebes tangential zugeführt. Verunreinigungen werden am Scheibensieb 43 zurückgehalten. Der bereits hier gesäuberte Suspensionsanteil gelangt durch das Scheibensieb 3 in den ersten Gutstoffraum 13 und verlässt als über die erste Gutstoffabführung 23 die Sortiermaschine 1. Oberhalb des Scheibensiebes 43 befindet sich die Schwerschmutzabführung 33. Der Schwerschmutz wird entweder über eine Kegelschleuder oder über einen periodisch arbeitenden, pneumatisch betätigten Absperrschieber abgezogen. Auf diese Weise wird eine Schwerschmutzanreicherung und damit ein extremer Verschleiß an der Sortiervorrichtung 1 verhindert. Das Scheibensieb 43 wird vom Scheibenrotor als ersten Rotor 53 der ersten Sortierstufe 3 freigehalten. Dieser Scheibenrotor sorgt zusammen mit den auf dem Scheibensieb 43 aufgeschweißten Stegen für einen Entstippungseffekt in der Suspension. Der Einlaufraum 31 wird nach oben hin von einer Blende 7 begrenzt, diese hat in der Mitte eine Öffnung. Durch die tangentiale Einströmung und die Rotordrehung entsteht eine Wirbelströmung. Spezifisch leichtere Teile als die Suspension gelangen im Zentrum des Wirbels durch die Blende 7 in die Auswasch- und Entwässerungszone der zweiten Sortierstufe 5.
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Das Wirkungsprinzip dieser Sortiervorrichtung mit den mindestens zwei Sortierstufen beruht auf der Ausnutzung des radialen Druckgefälles in der Wirbelströmung: Die Sortiervorrichtung 1 arbeitet im Scheibenteil der ersten Sortierstufe 3 mit Überdruck und erreicht dadurch einen relativ hohen Durchsatz. Im zylindrischen Teil in der zweiten Sortierstufe 5 erfolgt durch die Transport- und Entwässerungselemente des zweiten Rotors 55 in Form eines Zylinderrotors ein druckloses, kontinuierliches Auswaschen der in diese Sortierstufe einlaufenden Faserstoffsuspension. Gleichzeitig findet eine Entwässerung des als Rejekts bezeichneten Störstoffes statt. Diese zweite Sortierstufe, auch als Auswasch- und Entwässerungszone bezeichnet, besteht aus einem zylindrischen Siebkorb 45 und einem zylindrischen Rotor 53. Unterhalb des Siebkorbes 43 wird Verdünnungswasser, auch als Spülwasser bezeichnet, über den Spülwasserzulauf 17 eingeleitet. Verdünnungswasser und noch vorhandene Fasern treten durch den Siebkorb 45 aus und verlassen als über die zweite Gutstoffabführung 25 die Sortiervorrichtung 1. Noch vorhandene Verunreinigungen werden vom Siebkorb 45 zurückgehalten und vom Zylinderrotor 55 nach oben gefördert. Sie verlassen als Auswurf mit einem hohen Trockengehalt über den Rejektüberlauf 35 Sortiervorrichtung.
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Für die Einstellung der Stauhöhe 21, die sich oberhalb der Blende 7 am oberen Siebkorb 45 einstellt gilt:
- • Ist diese zu niedrig, erreichen die Störstoffe nicht den oberen Teil der Sortiervorrichtung 1 und es wird kein Rejekt, auch als Störstoff bezeichnet, ausgetragen.
- • Ist diese zu hoch, steigen Faserverluste und es kann zu einem Überlaufen kommen.
- • Ideal ist eine Stauhöhe in einem mittleren Bereich des Siebkorbes 45. Die Stauhöhe 21 kann auch über die installierte Inspektionsöffnung, nicht dargestellt, eingesehen und eingestellt werden. Bewährt hat sich eine Stauhöhe auf halber Höhe des Sichtfensters. Dabei sollte der Bereich zwischen Siebkorb und Gehäuse durch Gutstoff nicht überflutet werden. Als überflutet wird ein Füllen dieses Spaltes zwischen Siebkorb und Gehäuse über die Oberkante der Gutstoffabführ hinaus angesehen.
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Über die Inspektionsöffnung kann man den oberen Siebkorb 45 teilweise einsehen, dort kann über den austretenden Gutstoff die Stauhöhe 21 festgestellt werden. Diese wird üblicherweise über die Anpassung des Zulaufdrucks in 0,05 bar Schritten angepasst, bis die Sortiervorrichtung Gutstoff mit möglichst kleinem Störstoffanteil und Störstoff beim Rekjektüberlauf möglichst „Faserfrei“ austrägt. Ausgeleitete Rejekte beim Rejektüberlauf weisen nur noch Faseranteile von maximal 10 bis 15% Gewichtsprozent auf.
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Dabei sind der Druckabfall über das Scheibensieb und der notwendige Staudruck für den Störstoffaustrag von der Stoffdichte und Störstofffracht abhängig. Ändert sich die Stoffdichte und/oder die Störstoffanteil, ändert sich der Durchsatz der Sortiervorrichtung 1 und auch der erforderliche Staudruck für den Störstoffaustrag ändert sich. Daher ist die Sortiervorrichtung 1 stark abhängig von äußeren Einflüssen und muss regelmäßig beobachtet und nachjustiert werden.
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Pendelt sich ein Betrieb unterhalb des geringen Füllstandes 77 ein, um keine Fasern zu „verlieren“, so steigt dadurch der Verschleiß in der Sortiervorrichtung 1 selbst. Nachgeschaltete System werden mit erhöhten Störstoffgehalten durch die von der Sortiervorrichtung abgeführten Gutstoffen beaufschlagt, was speziell in Endstufen der Feinsortierung zu Problemen führt. Allgemein kann sich auch eine erhöhte Sticky und Schmutzfracht einstellen, da die Störstoffe, insbesondere in der ersten Sortierstufe 3, klein gemahlen und als Gutstoff vorwärts geführt werden.
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Daher ist nun vorgesehen eine Füllstandserkennung 11 einzusetzen. Durch die Füllstanderkennung 11 ist es möglich, den Füllstand in der zweiten Sortierstufe 5 permanent zu erfassen und erforderlichenfalls nachzuführen. Dadurch wird gewährleistet, dass eine vorbestimmte und in der Steuerung 61 hinterlegte als Sollstauhöhe in der zweiten Sortierstufe, insbesondere am oberen Siebkorb 45, dauerhaft beibehalten wird. Es können auch von weiteren Parametern, wie zum Beispiel der Stoffdichte der zugeführten Faserstoffsuspenion, abhängige Sollfüllstände 75 in der Steuerung 61 hinterlegt sein. Da die Güte der über den Einlauf zugeführten Faserstoffsuspension in geringem Maße schwanken wird, wird eine Schwankung des Füllstandes auftreten. Zulässig ist dabei ein Füllstand zwischen maximal zulässiger Höhe 79, als hoher Füllstand bezeichnet, und minimaler Höhe 77, als geringer Füllstand bezeichnet. Die maximale Höhe 79 ist auf Höhe der Oberkante des Sichtfensters. Die minimale Füllhöhe 77 befindet sich auf der Höhe der Unterkante des Sichtfensters. Ein als zu niedrig angesehener Füllstand ist unterhalb des geringen Füllstandes 77 und ein als zu hoch angesehener Füllstand ist oberhalb des hohen Füllstandes 79, in 1 beispielhaft eingetragen.
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Eine Füllstandserkennung 11 kann unterschiedlich realisiert sein. Im Folgenden werden die Folgende drei Möglichkeiten näher erläutert:
- 1. Druckmessung oberhalb der Blende, direkte Erfassung
- 2. Wärmeerfassung des Gehäuses, indirekte Erfassung
- 3. Kapazitive Erfassung des Spritzwassers, indirekte Erfassung
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Druckmessung:
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Die einfache Möglichkeit ist eine Druckerfassung oberhalb der Blende 7. Diese Messung ist dann von Einflüssen aus dem Einlaufraum 31 bereinigt. Eine Messung in der Zulaufleitung 9 der Faserstoffsuspension oder im Einlaufraum 31 hat sich aufgrund der hohen Dynamik innerhalb der Sortiervorrichtung 1 als ungeeignet herausgestellt.
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Da sich oberhalb der Blende 7 Ablagerungen bilden können und diese Ablagerungen eine Druckmessung erschweren können, kann der Druck z.B. am Spülwasserstutzen und in der Zuleitung mittels eines Drucksensors 63 ohne die Gefahr einer Verzehrung der Messwerte durch Ablagerungen erfasst werden. An dieser Stelle wird im Betrieb permanent Wasser zugegeben und so der Stutzen gespült. Hier muss aber darauf geachtet werden, dass der dynamische Druck berücksichtigt wird. Der dynamische Anteil kann über die Höhengleichung (Bernulli) und den bereits vorhanden Wert des FIC (Flow Indikation Control) Bezugszeichen 27 kompensiert werden.
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In Abhängigkeit von der erfassten Stauhöhe 21 kann durch die Steuerung 61 der Druck bei der Zuführung der Faserstoffsuspension geregelt werden. Für die Zuführung der Faserstoffsuspension ist eine Pumpe 19 vorgesehen, die durch die Steuerung 61 gesteuert wird. Es ist ein Drucksensor 69 in der Zuführung zum Einlauf 9 der Faserstoffsuspension vorgesehen, so dass in Abhängigkeit von der jeweils erfassten Stauhöhe die Zuführung der Fasersuspension, hier druckgeregelt, angepasst werden kann.
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Temperaturerfassung:
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Eine weitere Möglichkeit einer Füllstandserkennung ist mittels einer Temperaturerfassung möglich. Es hat sich gezeigt, dass durch „Handauflegen“ auf die Stauhöhe, auch als Füllstand bezeichnet, rückgeschlossen werden kann. Als indirekte Erfassung der Stauhöhe, kann die Temperatur des Gehäuses 29 im Bereich der zweiten Sortierstufe 5 herangezogen werden. Der Rotor drückt den Gutstoff durch das zweite Sieb, der Gutstoff spritzt dann an Wand des Gehäuses 29, läuft an der Wand herunter und wird über die zweite Gutstoffabführung 25 abgeführt. Für die Bestimmung der Stauhöhe mittels Temperaturerfassung ist auch eine Erfassung der Temperatur der Faserstoffsuspension erforderlich, um die Temperatur der Faserstoffsuspension als Referenztemperatur heranzuziehen.
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Ist die Umgebungstemperatur nahe an der Referenztemperatur, ist zum Beispiel der Temperaturabstand von Referenztemperatur und Umgebungstemperatur geringer als 5°C, so ist eine externe Kühlung erforderlich, um die Stauhöhe zuverlässig erfassen zu können. Es kann beispielsweise eine der Finnen der Gehäusewandung mittels kühlem Brauchwasser als Kühlung gekühlt werden.
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Für die Bestimmung der Stauhöhe mittels der Temperaturerfassung wird das Temperaturprofil des Gehäuses im Bereich der zweiten Sortierstufe 5 zugrunde gelegt. Dafür kann beispielsweise in IR-Sensor als Temperatursensor 71 eingesetzt werden.
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Kapazitive Erfassung:
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Ebenso kann an die Wandung spritzender Stoff über eine kapazitive oder vergleichbare Methode erfasst werden. Dafür wird ein Teil des Gehäuses 29 gegen nicht magnetisches Material, wie z.B. ein Inspektionsfenster aus Acryl ausgetauscht. Diese Methode eignet sich insbesondere bei wässrigen Gutstoffen, wobei die Gutstoffe aufgrund der Konsistenz gut an der Innenwandung des Gehäuses ablaufen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sortiervorrichtung
- 3
- 1. Sortierstufe
- 5
- 2. Sortierstufe
- 7
- Blende
- 9
- Einlauf Faserstoffsuspension
- 11
- Füllstandserkennung
- 13
- 1. Gutstoffraum
- 15
- 2. Gutstoffraum
- 17
- Spülwasserzulauf
- 19
- Pumpe Faserstoffsuspension
- 21
- Stauhöhe h
- 23
- 1. Gutstoffabführung
- 25
- 2. Gutstoffabführung
- 27
- Spülwasserregelung
- 29
- Gehäuse
- 31
- Einlaufraum
- 33
- Schwerstoffabführung
- 35
- Rejektüberlauf
- 37
- untere Lagerung
- 43
- 1. Sieb / Scheibensieb
- 45
- 2. Sieb / Siebkorb
- 53
- 1. Rotor
- 55
- 2. Rotor
- 57
- Antrieb Rotor
- 59
- Riementrieb
- 61
- Steuerung
- 63
- Drucksensor Spülwasserzulauf
- 65
- Spülwasser-
- 67
- Volumenstromerfassung Kapazitiver Sensor
- 69
- Drucksensor Suspensionseinlauf
- 71
- Temperatursensor
- 73
- Kühlung
- 75
- Sollfüllstand
- 77
- Geringer Füllstand
- 79
- Hoher Füllstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19702043 C2 [0003]
- EP 1245724 A2 [0004]
