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Derartige Vorrichtungen werden bevorzugt zur Separation von ausgewählten Rohstoffen, wie z.B. Kupfer, aus einem Stückgutstrom eingesetzt. Der Stückgutstrom kann dabei z.B. aus einer Müllverbrennungsanlage oder einer Anlage zum Recycling von Schrott bzw. Abfallstoffen stammen. Das Ziel dabei besteht darin, Bruchstücke in dem z.B. auf einem Fördergurt geführten Stückgutstrom, welche einen möglichst großen Anteil des jeweils gewünschten Rohstoffs aufweisen, zu detektieren und durch Ansteuerung von Separationsmitteln gezielt auszuleiten.
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Hierzu ist es bekannt, den Stückgutstrom mit Röntgenstrahlung zu beaufschlagen. Die daraufhin von den Partikeln im Materialgutstrom zurückgeworfene Strahlung wird mit Hilfe eines oder mehrerer XRF-Detektoren, d.h. X-Ray-Fluoreszenz-Detektoren, auch RFA-Detektoren genannt, d.h. Röntgen-Fluoreszenz-Detektoren, erfasst. Damit können die einzelnen Partikel des Materialgutstroms auf den Gehalt an Rohstoffen analysiert werden. Auf diese Weise können Teile mit einer gewünschten Stoffzusammensetzung, z.B. einem hohe Gehalt an Kupfer oder anderen Metallen, im Materialgutstrom erkannt und durch Ansteuerung von Austragsvorrichtungen, z.B. Druckluftdüsen, gezielt von anderen, unerwünschten Stoffen im Materialgutstrom abgetrennt werden.
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Beim Einsatz der oben genannten Röntgenbestrahlung von Materialgutströmen in so genannten sensorgestützten Sortiermaschinen tritt das Problem auf, dass in der Regel die Partikel im Materialgutstrom nur grob aufgelöst werden können, d.h. deren Abmessungen und deren Positionen im Materialgutstrom nur ungenau bestimmt werden können. Die Ursache hierfür liegt in dem im Vergleich zu anderen Sensortechnologien begrenzten Rastermaß von Fluoreszenz-Detektoren. Aus diesem Grund können derart ausgestattete Sortiermaschinen nur dann ausgewählte Partikel sicher separieren, wenn diese im Materialgutstrom stark vereinzelt sind. Bei einem z.B. auf einem Fördergurt geführten Materialgutstrom müssen die einzelnen Bruchstücke somit möglichst stark vereinzelt sein. Die Erhöhung des Durchsatzes einer Sortiermaschine verursacht in der Regel einen höheren Fehlaustrag, da die Partikel einen zu geringen Abstand im Materialgutstrom aufweisen. Es wird also auch ein zu großer Anteil von unerwünschten Partikeln mit erfasst.
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Wird zur Separation von Partikeln eine pneumatische Auswurfeinheit mit Druckluftdüsen eingesetzt, so können die Ventile ebenfalls nur ungenau angesteuert werden.
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Durch die nur annähernd erzielbare räumliche Auflösung, d.h. die nur unscharfe Bestimmbarkeit der Größe und Lage der einzelnen Partikel im Materialgutstrom, müssen mehr Düsen angesteuert und mehr Druckluft aufgewendet werden, als dies bei einer präzisen Größen- und Positionsbestimmung erforderlich wäre.
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Zur Lösung dieses Problems ist es zwar bekannt, zusätzlich zu den XRF-Detektoren eine zweite Detektionseinrichtung mit einer höheren Ortsauflösung einzusetzen, um die Abmessungen und/oder Positionen von Partikeln in einem Materialgutstrom, z.B. von auf einer Fördereinheit verteilten Objekten, genauer erfassen zu können. Eine solche Anordnung wird z.B. in der
EP 2 335 837 A1 beschrieben, bei der als eine zweite Detektionseinrichtung ein Laser eingesetzt wird. Dieser strahlt eine Beleuchtungszeile quer über das Förderband auf den Materialgutstrom auf, um die Abmessungen der Partikel genauer erfassen und eine Auswurfeinheit damit präziser ansteuern zu können. Eine mögliche Ausführung für einen derartigen Laser ist in
WO 2012/089185 A1 beschrieben. Eine solche wird auch als Laserschnittverfahren bezeichnet.
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Der Einsatz einer separaten, von den XRF-Detektoren getrennten zweiten Detektionseinrichtung hat auch Nachteile. Da in einem solchen Fall von einer Verarbeitungseinheit umfangreiche Datenströme von zwei Detektionseinheiten, d.h. sowohl von den XRF-Detektoren als auch dem Abmessungs- und Lagedetektor erfasst, verarbeitet und miteinander datentechnisch korreliert werden müssen, können besondere bei hohen Durchsatzraten Problem auftreten. Besondere wenn mehrere Partikel im Erfassungsfeld eines XRF-Detektors liegen ist es auch beim Einsatz einer zweiten Detektionseinrichtung nicht immer möglich, Partikel mit den gewünschten Bestandteilen von Objekten mit unerwünschten Bestandteilen zu unterschieden. Es werden beide Objekte ausgeworfen, was eine Beeinträchtigung der Materialreinheit in der Menge der separierten Partikel zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine sensorgestützte Sortiermaschine, welche mit zumindest einer Röntgenquelle und zumindest einem XRF-Detektor ausgestattet ist, so weiterzubilden, dass auch ohne den Einsatz einer zweiten, separaten Detektionseinrichtung eine Verbesserung der örtlichen Auflösung innerhalb des Detektionsbereichs eines XRF-Detektors erreicht werden wird, d.h. die Position und Ausdehnung der Partikel in einem Materialgutstrom erfassbar sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein XRF-Detektor an einer Sortiermaschine der oben beschriebenen Art so weitergebildet, dass aus den von diesem bereitgestellten Messwerten sowohl Daten über die Materialzusammensetzungen der einzelnen Partikel als auch Daten über die Lagen und Ausdehnungen der jeweiligen Partikel, d.h. Ortsinformationen, abgeleitet werden können. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass pro Zeiteinheit jeweils nur ein kleiner Teil der Oberfläche der Partikel eines Materialgutstromes mit der Röntgenstrahlung beaufschlagt wird. Die Oberflächen der Partikel werden somit erfindungsgemäß sektorartig von einem kleinen Röntgenstrahl abgetastet, nachfolgend auch Röntgenspot genannt. Dies hat zur Folge, dass punktuell Röntgenfluoreszenzstrahlung von den jeweils bestrahlten Oberflächenbereichen emittiert wird. Ist die Position des zu einem Zeitpunkt mit der Röntgenquelle bestrahlten Segmentes auf der Oberfläche eines Partikels bekannt, so kann die zu diesem Zeitpunkt vom Erfassungssektor eines XRF-Detektors detektierte Materialzusammensetzung der Position zugeordnet werden, die bestrahlt wurde. Es ist somit bekannt, an welcher Stelle der Materialgutstrom welche Materialzusammensetzung aufweist, d.h. welche Ausdehnungen und Lagen die einzelnen Partikel im Materialgutstrom aufweisen. Unter Berücksichtigung der quasi zeitgleich zur Verfügung stehenden Daten über die jeweiligen Stoffeigenschaften kann nun eine Auswurfvorrichtung, z.B. eine Düsenzeile im Abwurfbereich eines Förderbandes, äußerst selektiv und energiesparend angesteuert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei als Lochblende zur Abschattung der Röntgenstrahlung und zur Ausbildung von kleinflächigen Röntgenspots zur Abtastung der Oberfläche der Materialflussebene eine einzige rotierende, kreisförmige Lochblendenscheibe mit einem die Breite der Materialflussebene bzw. eines Förderbandes überschreitenden Durchmesser dient,
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2 eine vertikale Längsschnittdarstellung durch die Ausführung von 1 entlang einer Detektionsspur in Bewegungsrichtung der Materialflussebene durch eine zusammengehörige Gruppe aus einer Röntgenquelle, einer Blendenöffnung in der Lochblende, dem davon erzeugten Röntgenspot auf einem beispielhaften Partikel eines Materialgutstromes und einem dazugehörigen XRF-Detektor,
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3 einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine mit dem Beispiel von 1 vergleichbare Ausführung der Erfindung, wobei am Beispiel von zwei Partikeln eines Materialgutstromes die Ausblendung der Röntgenspots und deren Verlauf in Form von Abtastzeilen gezeigt ist, welche die darunter befindliche Oberfläche der Materialflussebene möglichst lückenlos überstreichen,
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4 die im Beispiel der 4 bei der Abtastung der beiden Partikel in den ersten drei Detektorspuren auftretenden und von den XRF-Detektoren erfassten Verläufe an Röntgenfluoreszenzstrahlung, wobei eine erste Kurve in durchgezogener Linie die insgesamt erfassbare Strahlungsenergie und eine zweite Kurve in strichlierter Linie die einem Anteil von Kupfer in den Partikel zuordenbare Strahlungsenergie anzeigt,
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5 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei als Lochblende zur Abschattung der Röntgenstrahlung und zur Ausbildung von kleinflächigen Röntgenspots zur Abtastung der Oberfläche der Materialflussebene eine Vielzahl von rotierenden, kreisförmigen und fächerartig nebeneinander quer über der Materialflussebene angeordneten Lochblendenscheiben dient, und wobei jeder Lochblendenscheibe eine Gruppe aus Röntgenquelle und XRF-Detektor zugeordnet sind,
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6 eine vertikale Längsschnittdarstellung durch die Ausführung von 5 in Bewegungsrichtung der Materialflussebene durch zwei zusammengehörige Gruppen aus einer jeweils einer Röntgenquelle, einer Lochblende mit den Blendenöffnungen der Lochblende, den davon erzeugten Röntgenspots und einen beiden dazugehörigen XRF-Detektoren,
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7 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei als Lochblende zur Abschattung der Röntgenstrahlung und zur Ausbildung von kleinflächigen Röntgenspots zur Abtastung der Oberfläche der Materialflussebene ein ringförmig geschlossenes Lochband dient, welches quer über die Materialflussebene verläuft und mit einer Reihe von Blendenöffnungen versehen ist,
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8 eine vertikale Querschnittsdarstellung durch die Ausführung von 7 quer zur Materialflussebene.
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Jeder XRF-Detektor weist in der Materialflussebene einen annähernd rechteckförmigen RFA-Erfassungssektor auf, der nachfolgend als Detektionsfeld bezeichnet wird. Werden zur Erfassung der Röntgenfluoreszenzstrahlung mehrere XRF-Detektoren eingesetzt, so sind diese über einer Materialflussebene, z.B. der Oberfläche eines Förderbandes, vorteilhaft so angeordnet, dass sich die Detektionsfelder der Detektoren nicht überschneiden, sondern möglichst direkt aneinander grenzen.
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Bei der Erfindung wird pro Zeiteinheit nur ein kleiner Bereich eines jeden Detektionsfeldes mit Fluoreszenzstrahlung bestrahlt, welche von einem so genannten Röntgenspot emittiert wird. Dabei wird mit Röntgenspot ein Flächensegment auf der Oberfläche einer Fördereinheit bezeichnet, welches pro Zeiteinheit aktuell mit Röntgenstrahlung beaufschlagt wird. Erfindungsgemäß werden Röntgenspots bevorzugt im Wesentlichen quer zur Materialförderrichtung zyklisch und möglichst kontinuierlich über eine Materialflussebene und die darauf befindlichen Partikel geführt. Erfindungsgemäß sind dabei die Vorschubgeschwindigkeit der Materialflussebene, z.B. die Laufgeschwindigkeit eines Förderbandes, sowie Abstand und Querungsgeschwindigkeit der Röntgenspots so aufeinander abgestimmt, dass die Oberfläche der Materialflussebene von annähernd quer darüber verlaufenden und in Vorschubrichtung möglichst nahtlos aneinander liegenden Abtastzeilen laufender Röntgenspots vollständig überdeckt wird. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft sowohl die Lage und Ausdehnung der Partikel als auch die Art und Verteilung einzelner Materialbestandteile in diesen Partikeln flächenmäßig mit einer einzigen Detektionseinrichtung erfasst werden, welche auf der Auswertung des physikalischen Phänomens der Röntgenfluoreszenz beruht.
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In der Praxis kann zwischen einer Fokuslinie des Detektionsfeldes eines XRF-Detektors und einer Fokuslinie der Bestrahlung durch eine zugeordnete Röntgenstrahlungsquelle ein Winkel auftritt. In einem solchen Fall ist zu berücksichtigen, dass sich beim Durchlauf von Objekten auf der Oberfläche einer Materialflussebene unter den XRF-Detektoren und unter der mindestens einen Röntgenstrahlungsquelle die Position des Bestrahlungsbereiches innerhalb eines Detektionsfeldes abhängig von diesem Winkel und der Objekthöhe verändert. Als Ausgleich hierfür ist es vorteilhaft, wenn das Detektionsfeld eines jeden XRF-Detektors in Förderrichtung entsprechend größer ist als der durch die quer darüber verlaufenden Röntgenspots bestrahlte Bereich.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die zyklisch und annähernd quer über eine Materialflussebene laufenden Röntgenspots durch eine Röntgenquelle erzeugt, welche eine zwischen der Röntgenquelle und der Oberfläche einer Materialflussebene befindliche Lochblende bestrahlt. Die Lochblende besteht aus einem Material, welches Röntgenstrahlung absorbiert, z.B. mit Blei kaschiertes Stahlblech. Die Röntgenstrahlung kann somit nur durch die Löcher in der Lochblende bis auf die darunter befindliche Materialflussebene hindurchtreten und darauf die oben beschriebenen Röntgenspots bilden. Erfindungsgemäß sind die Löcher in der Lochblende in einer Linie oder einem leichten Bogen so angeordnet, dass sich bei einer möglichst kontinuierlichen Bewegung der Lochblende in Richtung der Linie bzw. des Bogens möglichst nahtlos aneinander liegende Abtastzeilen aus den laufenden Röntgenspots auf die Oberfläche der Materialflussebene projiziert werden. Vorteilhaft ist der Abstand der Löcher auf der Oberfläche der Lochblende gleich oder größer als die Breite einer RFA-Detektionsspur.
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Erfindungsgemäß wird der zeitliche Verlauf der Löcher der Lochblende, d.h. der Verlauf der davon erzeugten Röntgenspots auf der Materialflussebene in Querrichtung über die Materialflussebene und in Form der Abtastzeilen entlang der Bewegungsrichtung der Materialflussebene erfasst. Dies kann z.B. mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung durch Messung oder Kalkulation der aktuellen Position der Lochblende erfolgen. Es ist somit zu jedem Zeitpunkt bekannt, welche Position ein Röntgenspot über der Materialflussebene aktuell einnimmt. Zugleich steht das in möglichst kurzen Zeitabständen aufgenommene Fluoreszenz-Messsignal des XRF-Detektors zur Verfügung und kann besonders vorteilhaft mit der Lageinformation korreliert werden. Erfindungsgemäß kann somit der Information über die stoffliche Zusammensetzung von auf der Materialflussebene geförderten Partikeln eine Positionsinformation auf der Fördereinheit zugeordnet werden.
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Auf Grund der zu jedem Zeitpunkt bekannten Position des bestrahlten Bereichs auf der Materialflussebene, d.h. der Röntgenspots, kann die Lage von detektiertem Material genauer bestimmt werden als dies allein durch ein Rastern mit Hilfe von XRF-Detektoren möglich wäre. Je nach gewünschter Detektionsgeschwindigkeit, Auslesefrequenz und Genauigkeit können die Anzahl der XRF-Detektoren, deren Detektionsfelder und damit deren örtliche Erfassungsgenauigkeit und/oder die Fördergeschwindigkeit eines Materialgutstromes in der Materialflussebene auf eine jeweils vorliegende Recyclinganwendung angepasst werden.
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Die zwischen der Röntgenquelle und der Oberfläche der Materialflussebene angeordnete Lochblende ist bei einer ersten Ausführung der Erfindung in Form von zumindest einer sich drehenden, runden Lochblendenscheibe ausgeführt. Dabei sind die Löcher der Lochblende, d.h. die Blendenöffnungen, in der Nähe des äußeren Randes und in einem möglichst gleichmäßigen Abstand kreisförmig angeordnet.
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1 zeigt eine Draufsicht auf Beispiel für eine solche erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei dient als Lochblende L zur Abschattung der von beispielweise zwei Röntgenstrahlungsquellen R11 und R12 emittierten Röntgenstrahlung und zur Ausbildung von kleinflächigen Röntgenspots RS zur Abtastung der Oberfläche der Materialflussebene M eine einzige rotierende, kreisförmige Lochblendenscheibe. Deren Teller weist einen Durchmesser auf, der die Breite der darunter liegenden Materialflussebene M bzw. eines Förderbandes überschreitet. Der Umfang ist mit einem Ring O an Blendenöffnungen versehen, der unter den Röntgenstrahlungsquellen entlangläuft. Röntgenstrahlung kann somit nur durch die vorbeilaufenden Blendenöffnungen bis auf die Oberfläche der darunter befindlichen Materialflussebene gelangen. Im Beispiel der 1 befinden sich gerade die Blendenöffnungen O11 bis O15 in einer solchen Position, so dass kleine Röntgenbestrahlungsfelder, nachfolgend auch kurz Röntgenspots RS genannt auf die Materialflussebene M und auf gegebenenfalls dort vorbeigeführte Objekte projiziert wird.
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Mit den Abmessungen aller Komponenten von 1, der Drehgeschwindigkeit der Lochblendenscheibe L und der Vorschubgeschwindigkeit der Materialflussebene in Förderrichtung F kann ermittelt werden, zu welchem Zeitpunkt welcher Flächenbereich auf der Materialflussebene von einem Röntgenspot RS bestrahlt worden ist. Parallel dazu wird die Materialflussebene von XRF-Detektoren X11 bis X15, welche am Rand der Lochblendenscheibe L möglichst nahe zu dem Ring der vorbeilaufenden Blendenöffnungen O anordnet sind, in den Detektionsfeldern A11 bis A15 daraufhin überwacht, ob Röntgenfluoreszenzstrahlung von vorlaufenden Objekten zurückgeworfen wird. Dabei sind die XRF-Detektoren X11 bis X15 so angeordnet, dass deren Detektionsfelder A11 bis A15 die Materialflussebene möglichst lückenlos in Querrichtung überdecken und die mit Hilfe der Lochblendenscheibe L ausgeblendeten Röntgenspots in den Detektionsfeldern A11 bis A15 verlaufen. Auf Grund dieser Anordnung bilden sich so genannte Detektorspuren S1 bis S9 aus.
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Ein XRF-Detektor kann eine von einem darunter vorlaufenden Partikel zurückgeworfene Röntgenfluoreszenzstrahlung detektieren. Wird nach deren Auswertung in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit einen ausreichender Gehalt an einem gewünschten Inhaltsstoff, z.B. an Kupfer, festgestellt, so kann eine Auswurfeinheit, z.B. eine Düsenleiste, welche an dem links von dem Ausschnitt in 1 befindlichen Ende der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist, diesen Partikel aus dem Strom der übrigen Partikel separieren.
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Die Erfindung bietet nun den Vorteil, dass ein Auswurfbefehl nicht nur dann ausgeführt wird, wenn eine auf einer Detektionsspuren S1 bis S5 befindlicher Partikel erkannt wurde. Vielmehr wird die Breite einer jeden Detektionsspur S1 bis S5, welche der Ausdehnung der Detektionsfelder A11 bis A15 der XRF-Detektoren X11 bis X15 entspricht, durch die erheblich kleineren Röntgenspots RS abgetastet. Die Position eines jeden Röntgenspots zu jedem Zeitpunkt bekannt ist, können Ausdehnung und Lage auch von erheblich kleineren Partikeln erfasst werden. Ist die Auswurfeinheit am Ende der Separationsvorrichtung von 1 entsprechend fein abgestuft, so können auch solche kleinen Partikel bei Bedarf, d.h. entsprechendem Gehalt an gewünschten Inhaltsstoffen, gezielt ausgeworfen werden, während benachbarte, nicht interessierende Partikel, selbst wenn dieser in der gleichen Detektorspur liegen, nicht ausgesondert werden.
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2 zeigt eine vertikale Längsschnittdarstellung durch die Ausführung von 1 entlang einer Schnittlinie II. Diese folgt beispielhaft der Detektionsspur S4 in Bewegungsrichtung MF der Materialflussebene M durch eine zusammengehörige Gruppe aus der Röntgenquelle R12 in dem abgeschirmten Gehäuse G12, einer Blendenöffnung O14 in der Lochblendenscheibe O, dem davon erzeugten und aus der Röntgenstrahlung RG ausgeleiteten Röntgenspot RS auf einem beispielhaften Partikel P1 eines Materialgutstromes und dem dazugehörigen XRF-Detektor X14. Bei ist besonders deutlich zu erkennen, dass der Röntgenspot eine Flächenbereich auf der Oberfläche des Partikels P1 abtastet, der erheblich kleiner ist als das gesamte Detektionsfeld A14 des XRF-Detektors X14. Die Auflösung und damit Trennschärfe einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist somit erheblich verbessert, ohne dass zur Erfassung der Abmessungen und der Lage des Partikels P1 eine zusätzliche Detektionseinheit benötigt werden würde.
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3 zeigt einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine mit dem Beispiel von 1 vergleichbare Ausführung der Erfindung. Dabei ist am Beispiel von zwei Partikeln P2 und P3 eines Materialgutstromes die Ausblendung der Röntgenspots RS und deren Verlauf in Form von Abtastzeilen Z1 bis Z8 gezeigt, welche die darunter befindliche Oberfläche der Materialflussebene M möglichst lückenlos überstreichen. Dabei sei beispielhaft angenommen, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Partikeln mit einem möglichst großen Kupfergehalt gesucht wird. Weiterhin soll zum Zwecke der Veranschaulichung angenommen werden, dass der Partikel P3 über einen solch hohen Gehalt an Kupfer verfügt, während der Partikel P2 keinen Anteil an Kupfer aufweist. Nach Abtastung der von diesen Objekten zurückgeworfenen Röntgenfluoreszenzstrahlungen tritt ein Messwerteverlauf wie im Beispiel der 4 gezeigt auf. So zeigt 4 die im Beispiel der 4 bei der Abtastung der beiden Partikeln P2, P3 in den ersten drei Detektorspuren SP1 bis SP3 auftretenden und von den XRF-Detektoren erfassten Verläufe an Röntgenfluoreszenzstrahlung. Dabei zeigt eine erste Kurve „cps ges“ in durchgezogener Linie die insgesamt erfassbare Strahlungsenergie und eine zweite Kurve „cps Cu“ in strichlierter Linie die einem Anteil von Kupfer in den Partikeln P2, P3 zuordenbare Strahlungsenergie an. Mögliche weitere Verläufe der Messkurven in den Detektorspuren SP4 und SP5 sind aus Gründen der besseren Übersicht nicht weiter dargestellt.
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Bei einer besonders breiten Materialflussebene können auch mehrere Lochblenden in einer Ebene nebeneinander quer über die Materialflussebene angeordnet sein.
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5 zeigt eine Draufsicht auf eine derartige zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei dienen als Lochblenden zur Abschattung der Röntgenstrahlung der Röntgenstrahlungsquellen R51 bis R59 und zur Ausbildung von kleinflächigen Röntgenspots RE zur Abtastung der Oberfläche der Materialflussebene eine Vielzahl von rotierenden, kreisförmigen und fächerartig nebeneinander quer über der Materialflussebene angeordneten Lochblendenscheiben L1 bis L9. Diese sind wiederum jeweils mit Ringen O1 bis O9 von Blendenöffnungen an deren Umfängen ausgestattet. Zudem ist jeder Lochblendenscheibe L1 bis L9 eine Gruppe aus einer Röntgenstrahlungsquelle und XRF-Detektor mit Detektionsfeld zugeordnet, d.h. die Gruppen R51, X51, A1 bis R59, X59, A9.
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6 zeigt eine vertikale Längsschnittdarstellung durch die Ausführung von 5 in Bewegungsrichtung MF der Materialflussebene M durch zwei zusammengehörige Gruppen aus einer jeweils einer Röntgenstrahlungsquelle R51 bzw. R52, einer Lochblendenscheibe L1 bzw. L2 mit den Blendenöffnungen O1 bzw. O2, den davon erzeugten Röntgenspots RS und einen beiden dazugehörigen XRF-Detektoren X51 bzw. X52 mit den Detektionsfeldern A1 bzw. A2.
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Weiterhin kann die Lochblende auch als eine drehende Trommel ausgeführt sein, wobei sich die Blendenöffnungen am Umfang befinden und die Röntgenquelle vor, hinter oder innerhalb der Trommel angebracht ist.
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Weiterhin kann die Lochblende auch in Form eines endlosen Lochbandes mit einer Reihe von Blendenöffnungen oder in Form einer endlosen bandförmigen Lochblendengliederkette, d.h. eines Kettenbandes aus in der Art einer Gleiskette gelenkig miteinander verbundenen Blendenplatten, ausgeführt sein.
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In den 7 und 8 ist eine beispielhafte praktische Umsetzung für die zweite Variante dargestellt. Dabei besteht jede Blendenplatte LPx aus einem Röntgenstrahlung absorbierenden Material. Je nach Abmessungen der Blendenplatten können diese zumindest eine Blendenöffnung Ox aufweisen. Andererseits ist es auch nicht ausgeschlossen, dass zwischen den Blendenplatten mit Blendenöffnungen auch Zwischenglieder ohne Blendenöffnungen eingefügt sind. Ein hieraus gebildetes endloses Kettenband L10 verläuft in Querrichtung über die Materialflussebene M, wird an beiden Seiten der Materialflussebene z.B. über Rollen umgelenkt und insbesondere unter der Materialflussebene wieder zurückgeführt. Auch bei dieser Ausführung wird der oberhalb der Materialflussebene befindliche Teil dauerhaft und mit möglichst gleichmäßigen Geschwindigkeit unter einer oder mehreren Röntgenquellen entlanggeführt, so dass sich die zeilenförmigen Projektionen der Röntgenspots in Form der bereits beschriebenen Abtastzeilen ergeben. Die auf diese Weise von den Oberflächen darunter entlanggeführter Partikel emittierten Röntgenfluoreszenzstrahlen können wiederum von zugeordneten XRF-Detektoren aufgefangen und in der oben beschriebenen Weise ausgewertet werden.
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So zeigt 7 eine Draufsicht auf diese weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei als Lochblende zur Abschattung der Röntgenstrahlung der Röntgenstrahlungsquellen R61, R62, R63 und zur Ausbildung von kleinflächigen Röntgenspots zur Abtastung der Oberfläche der Materialflussebene ein ringförmig geschlossenes Lochband L10 dient, welches quer über die Materialflussebene verläuft und mit einer Reihe von Blendenöffnungen Ox versehen ist. 8 zeigt schließlich eine vertikale Querschnittsdarstellung durch die Ausführung von 7 quer zur Materialflussebene.
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Bei dieser weiteren Ausführung ist die Lochblende als eine umlaufende Gliederkette ausgeführt. Bei einer solchen Blendenkette werden einzelne, miteinander gelenkig verbundene Gliederplatten, in denen sich die Blendenöffnungen befinden, insbesondere quer über die Materialflussebene und unter der bzw. den Röntgenquellen vorbeigeführt. Die Gliederkette ist geschlossen, d.h. endlos. Der Rücklauf kann über oder unter der Fördereinheit der Materialflussebene erfolgen. Die Umlenkung der Gliederkette an den Längsseiten der Fördereinheit kann über Führungsschienen, Rollen und/oder Kettenräder erfolgen. Dieser Aufbau macht eine möglichst lineare Bewegung der Blendenöffnungen quer über die Materialflussebene und eine platzsparende Anordnung der beteiligten Komponenten möglich.
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Die als Blendenöffnungen dienenden Löcher in der Lochblende können als runde Durchbrüche ausgeführt sein, z.B. als Bohrungen. Bevorzugt kann weiterhin die Form der Durchbrüche in Förderrichtung der Partikel, d.h. in Bewegungsrichtung der Materialflussebene, rechteckförmig gestreckt sein. Eine Berücksichtigung der Materialflussgeschwindigkeit und einer bogenförmigen Bewegung der Blendenöffnung im Falle einer kreisförmigen Blendenscheibe ist durch eine Ausführung der Durchbrüche in Form eines Parallelogramms und/oder einer bogenförmigen Krümmung der Seitenkanten der Blendenöffnungen vorteilhaft möglich.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der Röntgenspots, d.h. des auf der Oberfläche der Materialflussebene jeweils bestrahlten Bereiches, eine Hauptkomponente quer zur Förderrichtung der Partikel auf der Materialflussebene aufweist. Bei einer Ausführung der Lochblende als eine kreisförmige Scheibe wird deren Durchmesser möglichst groß und abhängig von der Bandgeschwindigkeit so gewählt, dass Lücken und Überlappungen der annähernd quer über die Materialflussebene verlaufenden Abtastzeilen in Vorschubrichtung vermieden werden.
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Eine oder mehrere Röntgenquellen sind in einem Abstand über der Lochblende angeordnet. Parallaxenfehler der Position bestrahlter Bereiche können unter Berücksichtigung der Geometrie der Anordnung der Röntgenquellen, XRF-Detektoren und Abstände insbesondere zur Materialflussebene bei der Weiterverarbeitung der Daten kompensiert werden. Um Parallaxenfehler zu minimieren ist es günstig, entweder den Abstand zwischen Röntgenquellen und Lochblende groß zu wählen und/oder den Raum über der Lochblende in mehrere Kammern zur Aufnahme von je einer Röntgenquelle aufzuteilen. Die Stoßstellen zwischen der Kammern der Röntgenquellen sind dabei bevorzugt zwischen den Detektionsfeldern von benachbarten XRF-Detektoren platziert.
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Bei Verwendung einer einzelnen Lochblende in Form einer kreisförmigen Lochblendenscheibe sollte deren Durchmesser bevorzugt das 1,5- bis 5-fache der Breite der Fördereinheit in der Materialflussebene betragen. Die XRF-Detektoren sind dann auf einem Kreisabschnitt angeordnet, der die kreisförmige Blendenscheibe am Rand umfasst. Bei einer Fördereinheit mit einer größeren Breite, d.h. größer als 1m, zumindest jedoch 0,5 m, können an Stelle einer einzigen Lochblende aus Platzgründen auch mehrere kleinere kreisförmige Lochblendenscheiben eingesetzt werden. Dabei sind die Lochblendenscheiben höhenversetzt annähernd in einer Ebene angeordnet. Zudem sind jeder Lochblendenscheibe ein oder mehrere XRF-Detektoren zugeordnet. In einer bevorzugen weiteren Ausführung kann zudem jeder Blendenscheibe eine eigene Röntgenquelle zugeordnet sein.
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Besondern vorteilhaft stellen jeweils eine Röntgenquelle, eine Lochblendenscheibe und ein XRF-Detektor eine Baueinheit dar. Diese können in Querrichtung über der Materialflussebene nebeneinander angeordnet sein und möglichst deren gesamte Breite überdecken. Jede dieser Baueinheiten grenzt dabei eine Detektionsspur auf der Oberfläche der Materialflussebene ab.
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Bezugszeichenliste
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- M
- Materialflussebene für Partikel, z.B. Oberfläche eines Förderbandes
- MF
- Förderrichtung, d.h. Förderrichtung für Partikel
- F
- endloses Förderband, ringförmig geschlossen
- FO
- oberer Bereich des Förderbandes, d.h. die Materialflussebene und Detektionsoberseite
- FU
- unterer Bereich des Förderbandes, d.h. Rücklaufbereich
- FS1, FS2
- seitliche Längsträger der Fördervorrichtung zur Führung des Förderbandes
- L
- Lochblende, z.B. eine rotierende Lochblendenscheibe mit einem Durchmesser, der größer ist als die Bereite der Materialflussebene gemäß Beispiel von 1
- LR
- Drehrichtung
- O
- Ring mit Blendenöffnungen am Umfang der Lochblendenscheibe
- O11–O15
- Blendenöffnungen über den Detektorspuren zur Projektion von Röntgenspots auf die darunter befindliche Oberfläche der Materialflussebene im Beispiel der 1
- O21–O23
- Blendenöffnungen über den Detektorspuren zur Projektion von Röntgenspots auf die darunter befindliche Oberfläche der Materialflussebene im Beispiel der 3
- X11–X15
- XRF-Detektoren im Beispiel der 1 bis 4
- A11–A15
- Detektionsfelder der XRF-Detektoren X11–X15 für die Röntgenspots auf der Oberfläche der Materialflussebene
- S1–S9
- Detektorspuren auf der Oberfläche der Materialflussebene, wobei deren Breiten den Ausdehnung des Detektionsfeldes A11–A15 der jeweils zugeordneten XRF-Detektoren X11–X15 entspricht
- R11–R12
- Röntgenstrahlungsquellen im Beispiel der 1, 2
- G11–G12
- abschirmende Gehäuse für die Röntgenstrahlungsquellen
- RG
- von einer Röntgenstrahlungsquelle emittierte Röntgenstrahlung
- RS
- mittels der Lochblende ausgeblendete, möglichst kleinflächige Bestrahlungsfelder auf der Oberfläche der Materialflussebene, kurz auch „Röntgenspots“ genannt
- Z1–Z5
- Abtastzeilen, d.h. die von Röntgenspots möglichst lückenlos überstrichenen Flächenbereiche der Materialflussebene
- P1
- ein beispielhafter Partikel im Materialgutstrom
- P2
- ein beispielhafter Partikel im Materialgutstrom ohne Kupferanteil
- P3
- ein beispielhafter Partikel im Materialgutstrom mit Kupferanteil
- F1, F2
- emittierte Röntgenfluoreszenzstrahlungen von den Oberflächen der Partikel P1, P2
- II
- Schnittlinie für Schnittdarstellung in 2
- VIII
- Schnittlinie für Schnittdarstellung in 8
- cps
- Maß für die Energie der mit den XRF-Detektoren erfassten Röntgenfluoreszenzstrahlung
- R51–R59
- Röntgenstrahlungsquellen im Beispiel der 5
- G51–G59
- abschirmende Gehäuse für die Röntgenstrahlungsquellen R51–R59
- X51–X59
- XRF-Detektoren
- L1–L9
- Lochblenden, z.B. rotierende Lochblendenscheiben
- O1–O9
- Ringe mit Blendenöffnungen an den Umfängen der Lochblendenscheiben L1 bis L9
- A1–A9
- Detektionsfelder der XRF-Detektoren für die Röntgenspots auf der Oberfläche der Materialflussebene im Beispiel der 5
- L10
- Lochblende, z.B. in Form eines ringförmig geschlossenen Lochbandes mit einer Reihe von Blendenöffnungen oder in Form einer endlosen bandförmigen Lochblendengliederkette
- LL
- Umlaufrichtung
- LPx
- Gliederplatten
- LVx
- Gelenkverbindungen
- Ox
- Blendenöffnungen in den Gliederplatten
- LO
- erster Kettenbereich, der unterhalb der Röntgenstrahlungsquellen bevorzugt quer über die Oberseite der Materialflussebene verläuft, insbesondere einem Förderband, und zur Projektion der laufenden Röntgenspots, d.h. der Ausblendung von kleinen Röntgenbestrahlungsflecken dient,
- LR
- zweiter Kettenbereich, der auf der Unterseite der Materialflussebene verläuft und zur Rückführung der Gliederplatten dient
- LU1, LU2
- dritte und vierte Kettenbereiche, die an den Längsseiten der Materialflussebene verlaufen und zur Umlenkung der Gliederplatten zwischen der Ober- und Unterseite der Materialflussebene dienen
- R61–R63
- Röntgenstrahlungsquellen im Beispiel der 7, 8
- G61–G63
- abschirmende Gehäuse der Röntgenstrahlungsquellen R61, R62, R63
- X51–X59
- XRF-Detektoren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2335837 A1 [0006]
- WO 2012/089185 A1 [0006]
