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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Siebvorrichtung mit in Clustern angeordneten Unwuchterregereinheiten sowie eine entsprechende Siebvorrichtung.
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Aus der
DE 10 2017 218 371 B3 und aus der
DE 10 2018 205 997 A1 sind Siebsysteme mit gruppenweise angeordneten Schwingungsanregern bekannt. Diese gruppenweise Anordnung ermöglicht eine starke Anpassungsfähigkeit der Betriebsweise der Siebvorrichtung, welche bei den klassischen Linearschwingern, Ellipsenschwingern oder Kreisschwingern nicht möglich ist. Diese Gruppe von Siebvorrichtungen ermöglicht damit ganz neue Ansteuerschemata.
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Aus der
DE 10 2019 204 845 B3 ist ein Verfahren zum Einstellen und Regeln wenigstens einer Schwingungsmode einer Siebvorrichtung bekannt.
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Die Verwendung mehrerer Unwuchterregereinheiten innerhalb eines Clusters ermöglichen es gezielt eine Modifikation der über den Kopplungspunkt des Clusters eingebrachte Kraft zu steuern und ermöglicht so neue Ansteuerschemata.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein zuverlässiges Ansteuerverfahren für eine Siebvorrichtung bereitzustellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie die Siebvorrichtung mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Siebvorrichtung. Entsprechende Siebvorrichtungen werden beispielsweise beim Abbau von Material, insbesondere aber in Kombination mit einem vorgelagerten Brecher oder einer vorgelagerten Mühle verwendet. Die Siebvorrichtung dient typischer Weise dazu eine Grobfraktion und eine Feinfraktion abzutrennen. Die Grobfraktion läuft hierbei über das Sieb, während die Feinfraktion durch das Sieb hindurch nach unten geführt wird. Beispielsweise kann eine Siebvorrichtung auch zwei übereinander angeordnete Siebe aufweisen. Das obere Sieb ist entsprechend grob, das untere feiner. In diesem Fall wird eine zusätzliche Mittelfraktion abgetrennt. Die Siebvorrichtung weist wenigstens vier Cluster von Unwuchterregereinheiten auf. Die Unwuchterregereinheiten dienen dazu, das Sieb der Siebvorrichtung in Bewegung zu versetzen und so das Siebgut auf dem Sieb zu bewegen. Jeder Cluster weist wenigstens zwei Unwuchterregereinheiten auf, wobei jeder Cluster jeweils über einen Kopplungspunkt zur Beaufschlagung der Siebvorrichtung mit Schwingungen ausgebildet ist. Durch die gemeinschaftliche Einkopplung in einen gemeinsamen Kopplungspunkt wird die aus den Unwuchterregereinheiten resultierende Gesamtbeschleunigung am Kopplungspunkt auf das System übertragen, wodurch sich vielfältige Steuerungsmöglichkeiten ergeben. Die zwei vorderen Cluster sind näher zum Materialauftrag angeordnet und die zwei hinteren Cluster sind näher zum Materialaustrag angeordnet. Zusätzlich kann die Siebvorrichtung weitere Cluster aufweisen, beispielsweise können Siebvorrichtungen auch sechs oder acht Cluster aufweisen, die bevorzugt äquidistant zueinander sich jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß wird zur Ansteuerung der Unwuchterregereinheiten eine theoretische Referenzkurve für die Unwuchterregereinheiten vorgegeben. Ausgehend von dieser Referenzkurve werden für jede einzelne Unwuchterregereinheit eine Steuervorgabe relativ zur Referenzkurve vorgegeben.
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Es ist bisher üblich, dass eine Unwuchterregereinheit als Master definiert wird und die anderen Unwuchterregereinheiten relativ dazu gesteuert werden. Dieses ist vergleichsweise einfach, da mur relative Beziehungen erfasst und ausgewertet werden. Dieses Verfahren hat jedoch auch einen Nachteil. Durch die Schwankungen des Masters kann es dazu kommen, dass sich Schwankungen aufschaukeln. Der erfindungsgemäße Wechsel weg von einem realen Referenzsystem zu einem abstrakten Referenzsystem, von dem dann alle Unwuchterregereinheiten abhängig sind, ist zwar in der Steuerung aufwändiger, verhindert aber beispielsweise ein solches Aufschaukeln.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist im Regelbetrieb die Referenzkurve eine konstante Drehzahl und eine konstante Drehrichtung auf. Jede Phasenverschiebung wird relativ zur Referenzkurve angegeben.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist beim Hochfahren die Referenzkurve eine konstant steigende Drehzahl und eine konstante Drehrichtung auf. Jede Phasenverschiebung wird relativ zur Referenzkurve angegeben.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist beim Herunterfahren die Referenzkurve eine konstant sinkende Drehzahl und eine konstante Drehrichtung auf. Jede Phasenverschiebung wird relativ zur Referenzkurve angegeben.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird für jede Unwuchterregereinheiten eine Phaseninformation an eine Steuereinheit gemeldet. Die Phaseninformation kann entweder von den Unwuchterregereinheiten oder von mit den Unwuchterregereinheiten verbundenen Sensoren gemeldet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung steuert eine Steuereinheit die Antriebe der Unwuchterregereinheiten an. Beispielsweise und insbesondere steuert die Steuereinheit direkt den zu den Motoren der Unwuchterregereinheiten fließenden Strom.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sagt eine Steuereinheit für jede Unwuchterregereinheit den vorgegebenen Zustand vorher und gleicht diesen Vorhersagewert mit realen Messwerten ab. Aus der Differenz zwischen Vorhersage und Messwert nimmt die Steuereinheit eine Anpassung der Ansteuerung vor. Stellt die Steuereinheit beispielsweise fest, dass eine Unwuchterregereinheit eine vorgegebene Position zu spät erreicht, so wird kurzfristig beispielsweise die Drehzahl angehoben, bis die Unwuchterregereinheit innerhalb der Messgenauigkeit im Bereich des Vorgabewertes liegt. Ebenso kann die Steuereinheit beispielsweise feststellen, dass eine Unwuchterregereinheit eine vorgegebene Position zu früh erreicht, so wird kurzfristig beispielsweise die Drehzahl reduziert, bis die Unwuchterregereinheit innerhalb der Messgenauigkeit im Bereich des Vorgabewertes liegt. Der Vorhersagewert ergibt sich aus der Referenzkurve zuzüglich der Steuervorgabe für die entsprechende Unwuchterregereinheit.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an jeder Unwuchterregereinheit ein Initialsensor angeordnet. Die Initialgeber senden den Zeitpunkt an die Steuereinheit senden, an dem die Unwuchterregereinheit eine bestimmte Rotationsposition einnimmt. Somit wird pro Umdrehung der Unwuchterregereinheit einmal ein exakter Zeitpunkt ermittelt. Aus dieser zeitlichen Angabe kann dann im Vergleich auf die Phasenlager der Unwuchterregereinheiten untereinander geschlossen werden. Über das Zeitintervall zwischen zwei Zeitpunkten kann ferner die Rotationsgeschwindigkeit (Drehzahl) ermittelt werden. Die Steuereinheit sagt die Zeitpunkte der Initialsensoren vorher und gleicht diesen Vorhersagewert mit den realen Messwerten der Initialgeber ab. Aus der Differenz zwischen Vorhersage und Messwert nimmt die Steuereinheit eine Anpassung der Ansteuerung vor. Liegt der reale Messwert beispielsweise hinter dem Vorhersagewert, so kann kurzfristig zur Angleichung die Drehzahl erhöht werden. Liegt der reale Messwert alternativ beispielsweise zu früh, so kann die Drehzahl zur Angleichung erniedrigt werden. Üblicherweise ist somit eine Korrektur in 1 bis 5 Umdrehungen möglich. Daher ist die Steuereinheit bevorzugt dazu ausgebildet, eine Veränderung der Phasenverschiebung einer Unwuchterregereinheit durch eine kurzzeitige Änderung der Drehzahl der Unwuchterregereinheit vorzunehmen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren mit einer Zeitauflösung von 0,2 ms bis 5 ms durchgeführt.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Siebvorrichtung. Die Siebvorrichtung ist bevorzugt zur Durchführung des Erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Entsprechende Siebvorrichtungen werden beispielsweise beim Abbau von Material, insbesondere aber in Kombination mit einem vorgelagerten Brecher oder einer vorgelagerten Mühle verwendet. Die Siebvorrichtung dient typischer Weise dazu eine Grobfraktion und eine Feinfraktion abzutrennen. Die Grobfraktion läuft hierbei über das Sieb, während die Feinfraktion durch das Sieb hindurch nach unten geführt wird. Beispielsweise kann eine Siebvorrichtung auch zwei übereinander angeordnete Siebe aufweisen. Das obere Sieb ist entsprechend grob, das untere feiner. In diesem Fall wird eine zusätzliche Mittelfraktion abgetrennt. Die Siebvorrichtung weist wenigstens vier Cluster von Unwuchterregereinheiten auf. Die Unwuchterregereinheiten dienen dazu, das Sieb der Siebvorrichtung in Bewegung zu versetzen und so das Siebgut auf dem Sieb zu bewegen. Jeder Cluster weist wenigstens zwei Unwuchterregereinheiten auf, wobei jeder Cluster jeweils über einen Kopplungspunkt zur Beaufschlagung der Siebvorrichtung mit Schwingungen ausgebildet ist. Durch die gemeinschaftliche Einkopplung in einen gemeinsamen Kopplungspunkt wird die aus den Unwuchterregereinheiten resultierende Gesamtbeschleunigung am Kopplungspunkt auf das System übertragen, wodurch sich vielfältige Steuerungsmöglichkeiten ergeben. Die zwei vorderen Cluster sind näher zum Materialauftrag angeordnet und die zwei hinteren Cluster sind näher zum Materialaustrag angeordnet. Zusätzlich kann die Siebvorrichtung weitere Cluster aufweisen, beispielsweise können Siebvorrichtungen auch sechs oder acht Cluster aufweisen, die bevorzugt äquidistant zueinander sich jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß weist die Siebvorrichtung eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit ist zur Speicherung einer Referenzkurve ausgebildet. Weiter ist die Steuereinheit zur Speicherung einer Ansteuerposition für jede Unwuchterregereinheit relativ zur Referenzkurve ausgebildet. Der Vorteil einer Referenzkurve mit einer Drehzahl, einer Drehrichtung und als Referenz für die Phasenverschiebung zwischen den Unwuchterregereinheiten praktisch der Referenzpunkt für den Winkel 0 ° und dann für jede einzelne Unwuchterregereinheit eine Ansteuerposition, wobei die Ansteuerposition die Information umfasst, ob die Unwuchterregereinheit die gleiche oder die entgegengesetzte Drehrichtung wie die Referenzkurve aufweist und welche Phasenverschiebung die Unwuchterregereinheit relativ zur Referenzkurve aufweist, ist, dass eine von Systemschwankungen oder Messungenauigkeiten unabhängige Referenz verwende wird. Herkömmlich wird eine bestimmte Unwuchterregereinheit als Master gewählt und die weiteren Unwuchterregereinheiten relativ zu dieser gesteuert, was die Regelung vereinfacht, aber durch Schwankungen in der Master-Unwuchterregereinheit zu einem Aufschaukeln des Systems führen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Siebvorrichtung eine Beladungserkennungsvorrichtung (80) auf. Die Beladungserkennungsvorrichtung kann beispielsweise ein Beschleunigungssensor sein. Der Beschleunigungssensor erfasst die Beschleunigung des Siebes. Dieses kann kontinuierlich oder in Intervallen geschehen. Je höher die Beschleunigung ist, umso geringer ist die Beladung (Trägheit der Masse). Um eine Kalibrierung vorzunehmen, können beispielsweise Beschleunigungswerte bei bekannten Beladungen gemessen und so eine Korrelationskurve erstellt werden.
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Anstelle eines Beschleunigungssensors kann die Siebvorrichtung auch eine Mehrzahl an Beschleunigungssensoren aufweisen. Dieses kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn aufgrund der starken mechanischen Belastung der Siebvorrichtung und damit auch des Beschleunigungssensors auf günstige handelsübliche Komponenten zurückgegriffen werden soll. Hierbei wird der Ausfall einzelner Beschleunigungssensor in Kauf genommen. Somit werden Verfahrenstechnisch Beschleunigungssensoren nicht berücksichtigt, von denen keine Daten erhalten werden oder die Beschleunigung einen konstanten Wert, insbesondere 0, aufweist. Über die übrigen Beschleunigungssensoren erfolgt dann bevorzugt eine einfache Mittelung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Beladungserkennungsvorrichtung derart ausgebildet, dass die Beladung mittelseiner Auswertevorrichtung aus den Strömen der Unwuchterregereinheiten ermittelt wird. Hierzu wird im Leerlauf ein erster Strom gemessen und bei Volllast ein zweiter Strom gemessen. Die Beladung wird dann anschließend durch die Auswertevorrichtung zwischen diesen Werten extrapoliert. Beispielsweise wäre der erste Strom 1 und der zweite Strom 2, so würde die Auswertevorrichtung bei einem gemessenen realen Strom von 1,5 auf eine Beladung von 50 % schließen, bei 1,25 auf 25 % und bei 1,75 auf 75 %. Diese Werte sind sehr grob und ungenau, dafür aber einfach und verschleißfrei erfassbar.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Beladungserkennungsvorrichtung in der Form einer kontaktlosen Erfassung der Beladung des Siebes ausgebildet, beispielsweise in Form eines optischen Erfassungssystems, beispielsweise einer oder mehrerer Kameras, eines Radarsystems oder eines Ultraschallsystems. Somit wird zwar nicht die gewichtsmäßige Beladung, aber die volumenmäßige Beladung erfasst. Bei einer bekannten oder wenigstens einigermaßen konstanten Dichte kann aber auch diese als Information der Beladung verwendet werden.
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Die Ermittlung der Beladung mittels der Beladungserkennungsvorrichtung kann kontinuierlich oder in Intervallen geschehen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Siebvorrichtung für jede Unwuchterregereinheit einen Initialsensor auf. Ein Initialsensor ist ein Sensor, der einmal pro Umdrehung den exakten Zeitpunkt der Position des Sensors an ein Steuersystem meldet. Nachteil eines solchen Initialsensors gegenüber Inkrementalgebern oder Absolutgebern, welche mehrere Positionen oder jeweils die exakte Position der Unwuchterregereinheit an ein Steuersystem melden können, ist die sehr viel geringere Datendichte, da nur pro Umdrehung eine einzige Information zur Verfügung steht, wodurch eine Regelung schwieriger ist. Dieser Nachteil ist aber in Kauf zu nehmen, da ein Initialsensor im Vergleich zu den anderen Sensorarten wesentlich robuster ist und der Initialsensor an der Unwuchterregereinheit und damit im mechanisch stark belasteten Bereich der Siebvorrichtung angeordnet ist. In einer Ausführungsform wird der Defekt einer Unwuchterregereinheit dadurch detektiert, dass Zeitspanne seit dem letzten Signal mehr als doppelt so lang wie das erwartete Zeitintervall für eine Umdrehung ist.
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Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- 1 erstes Beispiel, erste Ansteuerung
- 2 erstes Beispiel, zweite Ansteuerung
- 3 zweites Beispiel
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In 1 ist ein erstes Beispiel in einer ersten Ansteuerung gezeigt. Die Siebvorrichtung 10 acht Unwuchterregereinheiten 61, 62, 71, 72 in vier Clusters auf, wobei die beiden hintern Cluster in der Abbildung durch die beiden vorderen Cluster aus dieser Perspektive verdeckt sind. Für die beiden hintern Cluster gilt das im Folgenden für die vorderen Cluster gesagte identisch.
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Über ein Förderband 50 wird Material am Materialauftrag 20 auf die Siebvorrichtung aufgegeben. Die durch das Sieb fallende Feinfraktion wird am Feinfraktionsaustrag 40 ausgetragen. Die oberhalb des Siebes verbleibende Grobfraktion verlässt das Sieb am Materialaustrag 30. Die Siebvorrichtung weist acht Unwuchterregereinheiten 61, 62, 71, 72 in vier Clustern auf, wobei nur die vorderen beiden Cluster zu sehen sind. Über die Unwuchterregereinheiten 61, 62, 71, 72 wird das Sieb bewegt. Die Unwuchterregereinheiten 61, 62, 71, 72 werden über eine Steuereinheit 100 angesteuert. Zur Erfassung der Beladung des Siebes weist die Siebvorrichtung 10 eine Beladungserkennungsvorrichtung 80 in Form eines Beschleunigungssensors auf.
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Die in der Steuereinheit 100 vorgegebene Referenzkurve sei beispielsweise Drehrichtung im Uhrzeigersinn aus der gezeigten Perspektive. Als Rotationsgeschwindigkeit wird beispielsweise eine Drehzahl von 900 Umdrehungen pro Minute (15 Hz) vorgegeben.
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Die in der Steuereinheit 100 vorgegebene Steuervorgabe für jede Unwuchterregereinheiten 61, 62, 71, 72 ist wie folgt:
| Unwuchterregereinheit | Drehrichtung | Phase | Drehzahl |
| Erste erste Unwuchterregereinheit 61 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Zweite erste Unwuchterregereinheit 62 | entgegengesetzt Referenzkurve | 90 ° | Gleich Referenzkurve |
| Erste zweite Unwuchterregereinheit 71 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Zweite zweite Unwuchterregereinheit 72 | entgegengesetzt Referenzkurve | 90 ° | Gleich Referenzkurve |
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Dieser Betriebsmodus entspricht einem Ellipsenschwinger.
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2 zeigt eine zweite Ansteuerung, die sich nur in der Steuereinheit 100 vorgegebene Steuervorgabe für jede Unwuchterregereinheiten 61, 62, 71, 72 unterscheidet. Die Steuervorgaben sind:
| Unwuchterregereinheit | Drehrichtung | Phase | Drehzahl |
| Erste erste Unwuchterregereinheit 61 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Zweite erste Unwuchterregereinheit 62 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Erste zweite Unwuchterregereinheit 71 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Zweite zweite Unwuchterregereinheit 72 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
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Dieser Betriebsmodus entspricht einem Kreisschwinger.
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In 3 ist ein zweites Beispiel gezeigt, welches sich vom ersten Beispiel dadurch unterscheidet, dass jeder Cluster drei Unwuchterregereinheiten 61, 62, 63, 71, 72, 73 aufweist.
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Im gezeigten Betriebsmodus als Ellipsenschwinger sind die in der Steuereinheit 100 gespeicherten Steuervorgaben:
| Unwuchterregereinheit | Drehrichtung | Phase | Drehzahl |
| Erste erste Unwuchterregereinheit 61 | entgegengesetzt Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Zweite erste Unwuchterregereinheit 62 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Dritte erste Unwuchterregereinheit 63 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Erste zweite Unwuchterregereinheit 71 | entgegengesetzt Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Zweite zweite Unwuchterregereinheit 72 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
| Dritte zweite Unwuchterregereinheit 73 | Gleich Referenzkurve | 0 ° | Gleich Referenzkurve |
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Siebvorrichtung
- 20
- Materialauftrag
- 30
- Materialaustrag
- 40
- Feinfraktionsaustrag
- 50
- Förderband
- 61
- erste erste Unwuchterregereinheit
- 62
- zweite erste Unwuchterregereinheit
- 63
- dritte erste Unwuchterregereinheit
- 71
- erste zweite Unwuchterregereinheit
- 72
- zweite zweite Unwuchterregereinheit
- 73
- dritte zweite Unwuchterregereinheit
- 80
- Beladungserkennungsvorrichtung
- 100
- Steuereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017218371 B3 [0002]
- DE 102018205997 A1 [0002]
- DE 102019204845 B3 [0003]
- DE 102019214864 B3 [0004]
- DE 102021204377 [0005]
- DE 102021204388 [0005]
- DE 102021204390 [0005]
- DE 102021204391 [0005]
- DE 102021204392 [0005]
- DE 102021204393 [0005]
- DE 102021204394 [0005]
- DE 102021204396 [0005]
