DE2461492A1

DE2461492A1 - Vorrichtung und verfahren zum trennen von teilchen mit verschiedenen reibungskoeffizienten

Info

Publication number: DE2461492A1
Application number: DE19742461492
Authority: DE
Inventors: Richard D Stafford
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-12-27
Publication date: 1975-07-10
Also published as: JPS5736029B2; US3910835A; JPS50117061A; CA1015697A; SE418461B; SE7416313L

Description

UEXKÜLL & STOI.aeRU PATENTANWÄLTE

2 HAMBURG 52

BESELERSTRASSE 4 DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLL

DR. ULRICH GRAF STOLBERG 246149 2 DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE

Richard D. Stafford (Prio: 26. Dezember 1973

Nashville, Tennessee, V.st.A. ^{US 427 675} " ¹¹⁹³³⁾

Hamburg, den 27. Dezember 1974

Vorrichtung und Verfahren zum Trennen von Teilchen mit verschiedenen Reibungskoeffizienten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Sortieren oder Trennen von Teilchen, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trennen von Teilchen aufgrund ihrer verschiedenen Reibungskoeffizienten.

Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Trennen von Teilchen bekannt. Zahlreiche dieser Sortier- oder Trennverfahren basieren auf den Gewichts-, Dichte- oder Größenunterschieden der zu trennenden Teilchen.

Es wurden auch bereits spiral- oder schraubenförmige Gleitebenen zur Teilchentrennung vorgeschlagen. Diese Gleitebenen wurden jedoch von Sieben oder von durchlöcherten Bereichen gebildet, deren Lochgrößen oder Maschenweiten entsprechend der Größe der auszusondernden Teilchen gewählt war.

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Es ist weiterhin bekannt, Vorrichtungen mit Spiralführungen und Zyklonen zu verwenden, bei denen die Teilchentrennung aufgrund der auf die unterschiedlichen Teilchenmassen oder -formen ausgeübten Zentrifugalkraft erfolgt.

Alle bekannten Vorrichtungen zum Trennen von Teilchen weisen gewisse Nachteile auf. Beispielsweise können sich die Siebmaschen oder die Löcher in der Gleitbahn mit Teilchen vollsetzen, An gewissen Stellen der Gleitbahn müssen die auszusortierenden Teilchen durch die Gleitbahn fallen, sie können jedoch durch ein anderes, größeres Teilchen abgelenkt werden und über diesen Bereich hinausschießen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum schnelleren und besseren Trennen von Teilchen in Abhängigkeit von ihren Reibungskoeffizienten vorzusehen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, welche gekennzeichnet ist durch eine schraubenförmige, feststehende Rutsche, durch Haltevorrichtungen zur senkrechten Anordnung der Schraubenachse der Rutsche, durch die Neigung der Rutsche zwischen 0 und 90 zur Horizontalebene, durch Einrichtungen zum Einfüllen der Teilchen

am oberen Ende der Rutsche, durch eine Mindestanzahl von Schraubenwindungen, die auf unter Gleitreibung abwärts rutschende

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Teilchen in gleichen Abständen zur Schraubenachse verlaufende, stabile Trajektorien einprägen, durch eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen im unteren Bereich der Rutsche unterhalb der Mindestzahl von Schraubenwindungen zum Einrichten von stabilen Trajektorien und durch die Verbindung jeder der Auslaßöffnungen in unterschiedlichem radialem Abstand zur Schraubenachse mit der Rutsche entsprechend der radialen Trajektorie eines auszusondernden Teilchens.

Hierdurch wird erreicht, daß die Teilchen durch Einwirkung der Schwerkraft die schraubenförmige Rutsche hinuntergleiten. Nach dem Herunterrutschen über einen entsprechenden Bereich und nach dem Erreichen einer Mindestgeschwindigkeit prägt sich jedem sich bewegenden Teilchen eine stabile Trajektorie oder Bahn ein, die radial in gleichem Abstand zur Schraubenachse verläuft. Dieser radiale Abstand zur Schraubenachse hängt vom Rexbungskoeffizienten des zugehörigen Teilchens ab. Teilchen mit hohen Rexbungskoeffizienten weisen enge, ringförmige Trajektorien nahe zur Schraubenachse auf, während für Teilchen . mit geringem Rexbungskoeffizienten die stabilen Trajektorien radial weiter entfernt von der Schraubenachse verlaufen. Nachdem sich für die auszusondernden Teilchen stabile Trajektorien ergeben haben, werden die Teilchen durch Auslaßrutschen zur Trennung entsprechend ihrer Rexbungskoeffizienten aus der Vorrichtung herausgeführt.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Figur 2 eine Seitenansicht der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung in teilweise geschnittener Darstellung; und

Figur 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 aus Figur 2.

Die Sortiervorrichtung 10 weist eine schraubenförmige Rutsche mit fester Oberfläche 13 von gleichförmiger Breite auf.

Obgleich die Rutsche 12 auf verschiedenste Weise angebracht sein kann, muß ihre Schraubenachse jedoch immer senkrecht stehen. In den Figuren liegt die Innenkante 14 der Rutsche 12 an der Außenfläche einer konzentrisch in der Mitte der Vorrichtung liegenden zylindrischen Säule 15 und ist an dieser befestigt. Der Oberteil der Säule 15 kann abgetrennt sein, so daß die Innenkante 14 des oberen Bereiches der Rutsche 12 mit dem Inneren der Säule 15 in Verbindung steht. Wie Figur 2 zeigt, kann die Zylinderwand der Säule 15 weiter unten zur Ausbildung eines Schlitzes oder einer öffnung 16 Ausschnitte aufweisen, die außerdem eine Verbindung zwischen der Innenkante 14 der Rutsche 12 und dem Inneren der Säule 15 einrichten.

Die Außenkante 18 der Rutsche 12 ist ebenfalls schraubenförmig ausgebildet und liegt an der Innenfläche der äußeren Zylinderwand 20. Die Rutsche 12 kann zwischen der Säule 15 und der äußeren Zylinderwand 20 durch Träger, wie beispielsweise die

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Dreiecksplatten 22, in ihrer Lage befestigt sein. Die Dreiecksplatten sind mit der Unterseite 23 der Rutsche 12 und der Innenseite der zylindrischen Außenwand 20 verschweißt oder verlötet. Eine Einlaßrutsche 25 ist im oberen Bereich der Vorrichtung 10 in Form einer tangentialen Verlängerung des oberen Endbereiches der Rutsche 12 zur Aufnahme der zu trennenden Teilchen ausgebildet.

Das untere Ende der Säule 15 endet höher als die Unterseite der zylindrischen Außenwand 20 und steht mit einer Auslaßrutsche in Verbindung, so daß alle aus der Rutsche 12 über die Innenkante 14 in den Innenraum der Säule 15 tretenden Teilchen über die Auslaßrutsche 27 aus der Vorrichtung 10 entfernbar sind. Teilchen, die so weit herunterlaufen, sind Teilchen mit hohen Reibungskoeffizienten, wie beispielsweise Gummi. Eine innere Auslaßrutsche 28, eine mittlere Auslaßrutsche 29 und eine äußere Auslaßrutsche 30 setzen an verschiedenen radialen Punkten der Rutsche 12 im unteren Bereich der Vorrichtung 10 an. Die Lage der Ansatzpunkte der Auslaßrutschen·28, 29 und ist bezüglich ihren Höhen zueinander unwesentlich.

Im Betriebsfall, wie beim Sortieren von Kraftfahrzeugschrott, werden beispielsweise Gummi 31, isolierte Kupferdrähte 32, Aluminium und Kupfer 33, sowie Zink 34, die alle verschiedene ■Reibungskoeffizienten haben, durch irgendeine geeignete Fördervorrichtung auf die Einlaßrutsche 25 gebracht, so daß sich die Teilchen 31 bis 34 aufgrund der Schwerkraft auf der

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schraubenförmigen Rutsche 12 nach unten bewegen. Hierbei trachten sie, eine stabil verlaufende Bahn entsprechend ihren Reibungskoeffizienten einzunehmen. Jedes der Teilchen 31 bis unterliegt im Grunde zwei Kräften, nämlich der Schwerkraft und der Reibungskraft. Die Normalkomponente der Schwerkraft drückt die Teilchen gegen die Rutsche 12, während die zur Rutsche 12 parallele Komponente die Teilchen die Rutsche hinunterbewegt. Die Reibungskraft wirkt zwischen der Oberfläche 13 der Rutsche 12 und der Eingriffsfläche der Teilchen. Sie wirkt parallel und entgegengesetzt zur Bewegungskomponente der Schwerkraft. Dementsprechend bewegt sich jedes Teilchen auf einer stabilen Bahn, nachdem sich die anfänglichen Hin- und Herbewegungen der Teilchen gelegt haben. Der stabile Bahnverlauf oder die stabile Trajektorie jedes Teilchens wird mathematisch durch die Gleichung R = H/2 xT χ <J^ definiert, wobei R der Bahnradius der stabilen Trajektorie des Teilchens ist, also der radiale Abstand des Teilchen von der Schraubenachse der Vorrichtung 10; h ist die Steigung der Schraubenlinie; undo^der Reibungskoeffizient des jeweiligen Stoffes.

Somit ist für jede gegebene Vorrichtung 10 die radiale Lage jedes Teilchens 31 bis 34 nach Einstellung eines stabilen Bahnverlaufes lediglich eine Funktion des jeweiligen Reibungskoeffizienten des einzelnen Teilchens, da h eine Konstante ist.

In Figur 2 wird der stabile Bahnverlauf des Teilchens 33 durch den Radius r, und die Steigung der Rutsche 12 durch h angegegeben. Figur 3 zeigt außerdem die Teilchen 32, 33 und 34 auf ihren jeweiligen stabilen Bahnen.

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Will man daher Teilchen in Gruppen mit Reibungskoeffizienten entsprechend den stabilen Trajektorien der Teilchen 32, 33 und 34 aus Figur 3 sortieren, dann sind die Auslaßrutschen 28, 29 und 30 zur Entnahme der Teilchen in den Radien dieser Trajektorien angesetzt. Alle Teilchen mit dem gleichen oder ähnlichen Reibungskoeffizienten wie das Teilchen 32 treten durch die innere Auslaßrutsche 28 aus. Teilchen mit den gleichen oder ähnlichen Reibungskoeffizienten wie das Teilchen 33 treten « durch die Auslaßrutsche 29 aus, während Teilchen mit dem kleinsten Reibungskoeffizienten wie das Teilchen 34 verlassen die Vorrichtung über die äußere Auslaßrutsche 30.

Teilchen mit sehr hohen Reibungskoeffizienten, wie beispielsweise ein Gummiteilchen 31, versuchen eine Bahn außerhalb der Innenkante 14 der Rutsche 12 einzunehmen und fallen daher über die Innenkante 14 an irgendeinem Punkt ihrer Abwärtsbewegung entweder in die obere öffnung der Säule 15 oder durch den Schlitz 16, und werden durch die Mittelrutsche 27 entnommen.

Ein wesentliches Merkmal der Rutsche 12 liegt auch darin, daß ihre Oberfläche 13 in jedem Punkt mit einer horizontalen Ebene einen größeren Winkel als 0°, jedoch einen kleineren Winkel als 90 einschließt. In einer bevorzugten Ausführungsfor-m beträgt dieser Winkel der Rutsche 12 zur Horizontalen etwa 45 , wie in Figur 2 gezeigt wird. Im allgemeinen muß bei 45°-iger Anordnung der Oberfläche 13 zur Horizontalen die Rutsche 12 mindestens zwei oder drei Windungen aufweisen, um den Teilchen genügend

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Zeit und Laufstrecke zum Dämpfen der Anfangsschwingungen, also des Hin- und Herlaufens zu geben und einen stabilen Bahnverlauf einzurichten, ehe eine Trennung vorgenommen werden kann.

Für einen erfolgreichen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist es darüber hinaus von Bedeutung, daß alle Teilchen 31 bis 34 eine Form haben, die Gleitreibung zwischen der Oberfläche 13 und den Teilchen auftreten läßt. Bewegt sich irgendein Teilchen so schnell, oder ist es so geformt, daß Rollreibung zwischen diesem und der Oberfläche 13 auftritt, dann reduziert sich die Gleitreibung zwischen Teilchen und Rutsche 12 so stark, daß es sich nicht langer entsprechend der angegebenen Gleichung für eine stabile Trajektorie bewegt. Hierbei wird das rollende Teilchen durch die Zentrifugalkraft gegen die Außenkante 18 der Rutsche 12 geführt; an der es an der Innenseite der Außenwand 20 bis zum Boden der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchläuft und schließlich unabhängig von seinem Reibungskoeffizienten durch die untere Auslaßrutsche 30 austritt. Solch rollende Teilchen müssen noch einmal sortiert werden, indem man sie entweder der Einlaßrutsche 25 unter Einrichten von Gleitreibung aufs Neue zuführt, oder die Teilchen zur Verhinderung von Rollreibung umformt.

Es ist klar, daß die entsprechend ihren Reibungskoeffizienten getrennten und sortierten Teilchen über ihre Auslaßrutschen bis 30 geeigneten Lagerstellen, Behältern oder Förderbändern zugeführbar sind.

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Claims

2 46H9 2 Ansprüche .

1. Vorrichtung zum Trennen von Teilchen entsprechend ihren Reibungskoeffizienten, gekennzeichnet durch eine schraubenförmige, feststehende Rutsche (12) , durch Haltevorrichtungen zur senkrechten Anordnung der Schraubenachse der Rutsche (12) , durch Neigung der Rutsche zwischen 0 und 90 zur Horizontalebene, durch Einrichtungen (25) zum Einfüllen der Teilchen am oberen Ende der Rutsche (12), durch eine Mindestanzahl von Schraubenwindungen, die auf unter Gleitreibung abwärts rutschende Teilchen in gleichen Abständen zur Schraubenachse verlaufende _t stabile Trajektorien einprägen, durch eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen (28, 29, 30) im unteren Bereich der Rutsche (12) unterhalb der Mindestzahl von Schraubenwindungen zum Einrichten von stabilen Trajektorien und durch die Verbindung jeder der Auslaßöffnungen (28, 29, 30) in unterschiedlichem radialen Abstand zur Schraubenachse mit der Rutsche (12) entsprechend der radialen Trajektorie eines auszusondernden Teilchens.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Rutsche (12) eine im Abstand zur Schraubenachse angeordnete Innenkante (14)_;sowie eine mit mindestens einem Teil der Innenkante (14) in Verbindung stehende Auslaßöffnung (27) aufweist, aus der Teilchen mit relativ hohen Reibungskoeffizienten entnehmbar sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche (12) eine Außenkante (18) aufweist, die. durch eine senkrechte Wand (20) abschließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (28, 29, 30) tangential von der
Rutsche (12) auslaufen.

5. Verfahren zum Trennen von Teilchen verschiedener Reibungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Teilchen mit verschiedenen Reibungskoeffizienten zum Gleiten unter Einwirkung von Schwerkraft in Bewegung gesetzt werden, daß die gleitenden Teilchen unter Gleitreibung auf einer Schraubenlinie über mehrere Schraubenwindungen bis zum Einrichten einer stabilen und im gleichen, radialen Abstand zur Schraubenachse verlaufenden Trajektorie geführt werden, und daß Gruppen von Teilchen mit verschiedenen Reibungskoeffizienten aus den verschiedenen radialen Bahnen entnommen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinie aller möglichen Teilchenlagen auf ihrer Schraubenlinie in jeder radialen, senkrechten Ebene
einen Winkel von mindestens 0° und weniger als 90 zur
Horizontalen bildet.

su:hu:bü

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