DE4017274A1 - Vorrichtung zum erkennen und ausscheiden von metallteilchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Metallteilchen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Rieselfähige Schüttgüter sind häufig mit Metallteilchen verunreinigt. Solche Metallteilchen kommen in das Schüttgut durch Unachtsamkeit des Bedienungspersonals, durch verschmutzte Lager- oder Transportbehälter, durch mechanischen Abrieb bei Produktionsmaschinen oder - besonders bei Kunststoff- Recycling-Materialien - durch Schäden bei Aufbereitungs­ maschinen o. ä. Diese unerwünschten Teile können aus den verschiedenartigsten Metallen bestehen.

Metallteilchen im Schüttgut können entweder das Produkt selbst unbrauchbar machen oder können bei nachfolgenden Bearbeitungsmaschinen Betriebsstörungen hervorrufen bzw. Maschinenausfälle verursachen.

Es ist daher zwingend erforderlich, metallverseuchte, rieselfähige Schüttgüter von metallischen Verunreinigungen zu befreien.

Bei bekannten Metallausscheidern fällt das Schüttgut durch einen Fallschacht, der durch eine meist ringförmige induktive Sonde mit nachgeschalteter Auswerteelektronik geführt ist. Befindet sich in dem Schüttgut ein Metall­ teilchen, so wird in der induktiven Sonde ein Impuls ausgelöst, der nach entsprechender Aufbereitung eine Sortierweiche betätigt.

Derartige Metallausscheider sind bekannt, vgl. z. B. US-PS 24 44 751, DE-PS 29 44 192 oder DE-OS 26 45 819.

Um eine bestimmte Menge Schüttgut pro Zeiteinheit ent­ metallisieren zu können, ist - ausreichende Rieselfähigkeit des Schüttgutes vorausgesetzt - ein Metallseparator mit bestimmter Größe der ringförmigen induktiven Sonde erforderlich. Bei größer werdenden Schüttgutmengen müssen entsprechend größere Sonden verwendet werden, um den Durchsatz des Materialstroms zu gewährleisten.

In Abhängigkeit von diesem Durchmesser der induktiven Sonde ergibt sich daraus eine bestimmte Suchempfindlichkeit gegenüber Metallteilen.

In der Praxis hat sich durchgesetzt, daß man die Empfind­ lichkeit eines Metallsuchgerätes anhand von Kügelchen bestimmt, die gerade noch in der Mitte der Sonde erkannt werden. Die somit definierte maximale Empfindlichkeit (z. B. bezogen auf eine Stahlkugel) besagt, daß alle Teilchen, die kleiner als das "Grenzteilchen" - das gerade noch erkannt wird - sind, nicht erkannt werden, alle größer als dieses Teilchen werden erkannt.

Zur Charakterisierung der Empfindlichkeit eines Metall­ separators mit beliebig geformter Suchspulengeometrie läßt sich eine dimensionslose Kennzahl E einführen, die definitionsgemäß dem Quotienten aus wirksamer Fläche der Suchspule und der wirksamen Fläche des Metallteiles errechnet wird. So beträgt beispielsweise bei einem Metallseparator mit 100 mm Spulendurchmesser und einer Empfindlichkeit von 1 mm (bezogen auf Stahlteilchen) diese Kennzahl E = 10 000.

Die Empfindlichkeit eines Metallseparators läßt sich also durch diese Kennzahl "normieren". Diese Kennzahl besagt ebenfalls, daß bei größer werdendem Durchmesser die Suchempfindlichkeit gegenüber Metallteilen immer weiter absinkt, d. h., das Ganzteilchen, das gerade noch erkannt wird, wird bei größer werdender Spule immer größer. Sind je Zeiteinheit immer größere Mengen von verunreinigtem Schüttgut zu kontrollieren, so werden Ringsonden großen Durchmessers benötigt, deren Empfindlich­ keit jedoch stark herabgesetzt ist. Dies führt zu einem ungenügenden Ausscheidungsgrad.

Die Hersteller von Kunststoffgranulaten, Chemikalien oder Arzneimitteln benötigen hier jedoch aus Qualitäts­ gründen möglichst metallfreie Rohstoffe bzw. Granulate. Da bei der Rohstoffproduktion große Mengen von Material entmetallisiert werden müssen, reicht die mit derzeitigen Meallsuchgeräten erreichbare Suchempfindlichkeit von ca. E = 4000 ...... 10 000 nicht aus, um zufriedenstellend entmetallisierte Produkte zu erhalten.

Eine gewisse Verbesserung der Empfindlichkeit wird mit einem Metallseparator gemäß der Patentschrift 29 44 192 erreicht, bei dem eine schlitzförmige induktive Sonde verwendet wird. Während die Ansprechempfindlichkeit induktiver Ringsonden wegen des Feldverlaufs bzw. der Kraftliniendichte im Inneren der Suchspule stark durch­ messerabhängig ist, hängt bei einer nahezu schlitzförmigen Ausbildung der induktiven Sonde die Empfindlichkeit im wesentlichen nur von der Schlitzbreite ab.

Unter Beibehaltung einer konstanten Schlitzbreite kann die Länge des Schlitzes in gewissem Maße vergrößert werden, wie das für die Erzielung eines gewünschten Durchsatzes erforderlich ist. Trotz der hierdurch erzielten großen Durchsatzfläche sinkt die allein von der Schlitzbreite abhängige Empfindlichkeit auf hindurchgehende Metallteilchen nicht ab.

Aus praktischen und fertigungstechnischen Gesichtspunkten kann diese Schlitzbreite jedoch nicht beliebig groß gemacht werden, um beispielsweise auch den Durchsatz von mehreren Tonnen Graunulat pro Stunde zu ermöglichen.

Eine andere Möglichkeit zur Steigerung der Empfindlichkeit wird in der Patentanmeldung P 39 24 566.7 beschrieben. Dabei verwendet man eine Metallsuchspule, die aus mehreren kleineren Einzelspulen aufgebaut ist. Der gesamte Schütt­ gutstrom wird auf mehrere Kanäle aufgeteilt, die jeweils von einer Spule eines "Untersensors" umgeben sind. Da die Empfindlichkeit von Metallsensoren - wie oben beschrie­ ben - von dem Durchmesser der Spulen abhängig ist und in der Regel nur Metallteile mit Durchmessern bis hinab zu 1% des Spulendurchmessers erfaßt werden können, ist ersichtlich, daß ein solcher aus mehreren Untersensoren aufgebauter Metallsensor erheblich empfindlicher ist als ein Sensor, der die gleiche Durchlaßfläche in einem einzigen Sensor vereinigt.

Nachteilig bei der letztgenannten Ausführung ist, daß wegen des runden Durchlaßquerschnittes der Einzelsensoren die erzielbare Empfindlichkeit bei vorgegebener Durchlaß­ fläche pro Sensor ebenfalls nur im Bereich E = 4000 .... 10 000 liegt. Wenn man die zur Entmetallisierung einer bestimmten Schüttgutmenge erforderliche Suchspule mit 100 mm Durchmesser beispielsweise aufteilt in vier Einzelspulen zu je 50 mm Durchmesser, so steigt die in der Praxis realisierbare Empfindlichkeitskennzahl von vorher 10 000 auf Werte zwischen 15 000 und 40 000.

Es können somit also wesentlich kleinere Metallteilchen herausgeholt werden.

Nachteilig bei der letztgenannten Ausführungsform ist, daß aufgrund des Aufbaus und der Geometrie der Suchspulen sehr große Abstände zwischen einzelnen Spulen auftreten.

Dadurch muß der Schüttgutstrom sehr stark umgelenkt werden, die gesamte Spuleneinheit ist auch sehr groß und die Fertigung eines solchen Systems ist sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Metall­ separator der in Rede stehenden Art dahingehend zu ver­ bessern, daß bei vorgegebener Durchtrittsfläche für das zu untersuchende Schüttgut eine wesentliche Steigerung der Suchempfindlichkeit gegenüber Metallteilchen erzielt wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demgemäß wird der Förderstrom des zu untersuchenden Granulats oder Schüttgutes auf mehrere einzelne, schlitzförmige Suchspulen aufgeteilt, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Die Anordnung der Suchspule erfolgt dabei in Form einer Matrix.

Um eine verbesserte Aufteilung des Förderstroms zu erhalten, sind zwischen den einzelnen Suchspulen konisch zulaufende Stege untergebracht, die für jede Suchspule eine Art Trichter bilden.

Die Suchspulen selbst sind im gemeinsamen Gehäuse fest eingegossen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines elektronischen Allmetall-Separators für freien Fall;

Fig. 2a einen Querschnitt durch eine Metallsuchspule mit rundem Durchlaßquerschnitt;

Fig. 2b einen Querschnitt durch einen Multisensor gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Multisensor;

Fig. 4a bis 4c verschiedene Ausführungsbeispiele von schlitzförmigen Spulen eines Multisensors;

Fig. 5 eine schematische Aufsicht auf einen Multisensor;

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Empfindlichkeit eines Sensors in Abhängigkeit des Spulendurchmessers.

Ein rieselfähiges Schüttgut 1, z. B. ein Kunststoffgranulat, befindet sich in einem Einlauftrichter oder Vorratsbehälter 2. Durch Schwerkraft betrieben fällt das nicht verunreinigte Schüttgut 3 z. B. in einen Auffangbehälter 4, während das durch Metallteilchen 5 verunreinigte Granulat 6 in einen weiteren Auffangbehälter für Schlechtmaterial 7 umgelenkt wird.

Der Transport des rieselfähigen Schüttgutes 1 erfolgt im vorliegenden Fall durch Schwerkraft, es ist aber auch möglich, bei anderen Ausführungsformen eines der­ artigen Metall-Separator-Systems den Transport durch Saug- oder Druckluft zu bewerkstelligen.

Das zu untersuchenden Granulat fällt aus dem Vorratsbehälter 2 durch einen Metallsensor 8, durch ein Reduzierstück 9 in den Abscheideteil 10.

Der Metallsensor 8 besteht aus mehreren in Förderrichtung parallel angeordneten Einzelsensoren, die als von einem Oszillator angeregte Hochfrequenzspulen ausgebildet sind, die mit unterschiedlicher Frequenz arbeiten.

Dieser Metallsensor wird weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 bis 5 näher beschrieben.

Enthält der Schüttgutstrom Metallteilchen, so wird die Schwingungsamplitude eines der Einzelsensoren geschwächt. Diese Schwäche der Schwingungsamplitude wird durch eine Auswerteelektronik 12 erkannt und an eine Steuerelektronik 13 gemeldet. Diese Steuerelektronik 13 gibt über eine Steuerleitung 19 ein Schaltsignal zu einem Stellorgan, das in diesem Falle aus einem Druckluftventil 14 und einem Druckluftzylinder 15 besteht. Die Steuerelektronik 13 kann in dem Gehäuse des Metallsensors 8 oder in einem Schaltschrank angeordnet werden.

Nach Metallerkennung betätigt der Druckluftzylinder 15 über einen Hebel 20 eine Sortierweite 18, die in den im Förderkanal 10 befindlichen Produktstrom geschwenkt wird. Das verunreinigte Material wird nun umgelenkt und rutscht über den Auswurfschacht 17 in den Vorratsbehälter 7 für verunreinigtes Material 6.

Aus praktischen Gründen werden sämtliche Einzelteile des Metallseparators üblicherweise in einem Gehäuse 11 eingebaut.

In Fig. 2a ist der Querschnitt durch eine Metallsuchspule 8 dargestellt.

In einem Gehäuse 25 befindet sich eine kreisförmige Metallsuchspule 26, die die freie Querschnittsfläche 27 hat und deren Betrag A0 beträgt. Der Durchlaß-Querschnitt 27 mit dem Durchmesser D ist erforderlich, um eine definierte Menge Schüttgutes passieren zu lassen.

Setzt man eine ausreichende Rieselfähigkeit des zu ent­ metallisierenden Schüttgutes voraus, kann man entsprechend Fig. 2b die in Fig. 2a aufgezeichnete Spulenfläche 27 mit dem Flächeninhalt A0 aufteilen in vier Einzelspulen 30, 31, 32, 33 mit dem Gesamtflächeninhalt A = A1 + A2 + A3 + A4 = A0.

Während bei der Spule 26 die maximale Empfindlichkeit vom Durchmesser D bestimmt wird, wird bei den Spulen 30, 31, 32, 33 die maximale Empfindlichkeit von der Spulenbreite B bestimmt.

Zwischen den Spulen 30 bis 33 ist noch ein Einlaufgitterrost 34 vorgesehen, der aus dachförmigen Stegen besteht, so daß das Schüttgut etwa in gleichen Anteilen durch die Einzelspulen geführt wird.

Bei runden Suchspulen entsprechend Fig. 2a beträgt die Empfindlichkeit E = 5000 ..... 10 000, d. h., bei einem vorgegebenen Durchmesser D der Suchspule kann ein Metall­ teilchen gerade noch erkannt werden, wenn sein Durchmesser etwa 1-2% des Durchmessers D beträgt.

Dieser Zusammenhang zwischen Spulenausdehnung und Empfind­ lichkeit läßt sich auf Fig. 2b übertragen. Es ist technisch möglich, Spulen mit einer Empfindlichkeit herzustellen, bei denen der kleinste erkennbare Teilchendurchmesser etwa 1-2% der Abmessung B beträgt.

Errechnet man aufgrund dieser hohen Empfindlichkeit die Empfindlichkeitskennzahl bezogen auf die Gesamtfläche A1 + A2 + A3 + A4, so erhält man eine Empfindlichkeitskenn­ zahl, die zwischen 20 000 und 70 000 liegt.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch einen derartigen Multisensor. Die Einzelspulen 40, 41, 42 sind nahezu identisch aufgebaut. Sie bestehen aus einem Kunststoffkern 43 mit stützförmigem Durchlaß, um den herum die Spule 44 gewickelt ist. Die Spule 44 bildet zusammen mit dem Kondensator 46 ein schwingungsfähiges System, ein sog. LC-Glied. Zur Abschirmung der Spule 44 wird ein Ferrit­ käfig 45 verwendet.

Zwischen den einzelnen Spulen 44, 41, 42 sind Abschirm­ bleche 51 angeordnet, die ein "Übersprechen" der Elektro­ magnetfelder der einzelnen Spulen in die danebenliegende Spule verhindern sollen.

Außerdem ist es möglich, durch Variationen der Kondensatoren 46 bei den einzelnen Spulen unterschiedliche Schwingungs­ frequenzen herzustellen, so daß eine gegenseitige Beein­ flussung, die bei synchronschwingender Spulen möglich wäre, ausgeschlossen wird. Alle Spulen befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse 47. Sie sind dort mit Hilfe einer Vergußmasse 50 fest eingegossen.

Die Aufteilung des Produktstromes erfolgt, ähnlich wie bei Fig. 2b, durch dachförmige Stege, die konische Einlauf­ stücke 48 bilden und die bevorzugt aus Edelstahl bestehen, um eine ausreichende Abriebfestigkeit auch gegenüber aggressiven Werkstoffen zu ermöglichen.

Um den Einlauf des zu untersuchenden Schüttgutes zu vereinfachen, verwendet man einen Einlauftrichter 2 und einen Auslauftrichter 9.

Je nach Ausführungsform der Spule werden die Auswerte­ elektroniken 52, 53, 54, die zu den Spulen 40, 41, 42 gehören, im Inneren des Gehäuses 47 untergebracht. Als Ausgangssignal wird dann ein Schaltimpuls an die überge­ ordnete Steuerung 13 gegeben.

Alternativ ist es möglich, diese Überwachungselektroniken über Anschlußstecker 55 mit separaten Auswerteelektroniken 12 zu verbinden.

Fig. 4 zeigt verschiedene Ausführungsformen der schlitz­ förmigen Spule. Es ist möglich, entsprechend Fig. 4a den rechteckigen Spulenschlitz aus zwei Kunststoffteilen 60 und 61 zusammenzustellen, die über Kunststoffstifte 62 miteinander verstiftet werden. Alternativ ist es möglich, entsprechend Fig. 4b den Spulenkörper aus einzelnen Platten 63, 64, 66 zusammenzusetzen. Von der Fertigungs­ technik her optimal ist die Lösung Fig. 4c, bei der in einem rechteckigen Grundkörper 67 ein länglicher Schlitz eingefräst wird.

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform einer derartigen Multi­ spule, hier bestehend aus acht Einzelspulen 70, 71, 72, 73, 74, 74, 76, 77, die in einem gemeinsamen Gehäuse 78 eingebaut sind. Durch ein Einlaufgitter 79 wird der Materialstrom auf die einzelnen Spulen aufgeteilt.

An dem Diagramm in Fig. 6 sind die eingangs erwähnten Zusammenhänge bezüglich der Entmetallisierungsleistung und der erreichbaren Empfindlichkeit anhand eines Diagramms dargestellt worden. Auf der Abszisse aufgetragen wird die Durchsatzmenge Q, auf der Ordinate der Teilchendurch­ messer Y des gerade noch erkennbaren Teilchens aufgetragen.

Es ergibt sich eine Treppenkurve in Abhängigkeit vom Suchspulendurchmesser D. Bei größer werdender zu ent­ metallisierender Durchsatzmenge Q muß eine größere Spule verwendet werden, so daß sich in der Empfindlichkeit ein Treppensprung ergibt. So ergeben sich für Suchspulen­ messer 25, 50, 70, 100 usw. unterschiedliche Empfindlichkeits­ stufen.

Teilt man den Förderstrom dagegen auf mehrere einzelne Suchspulen auf, so erhält man die Empfindlichkeitskurve 80. Es bedeutet, daß über den gesamten Durchsatzbereich mit konstanter, höchster Empfindlichkeit entmetallisiert werden kann.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Metall­ teilchen aus rieselfähigen Schüttgütern, die z. B. im freien Fall aus einem Vorratsbehälter zu einem Verbraucher gefördert werden, mit einem einen Förderkanal aufnehmenden Gehäuse, einem Metallsensor zum Detektieren von Metallteilchen in dem Schüttgutstrom, einer mit Hilfe der Ausgangssignale des Metallsensors erkennbaren Sortierweiche zum Verschließen des Förderkanals und zum Umlenken eines die Metallteilchen enthaltenden Schüttgutanteils durch eine Abscheideöffnung in einen Auffangbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallsensor (8) aus mehreren Einzelspulen (30 bis 33, 40 bis 42, 70 bis 77) mit Schlitzform besteht, und daß ein Einlaufgitterrost (34, 48, 79) zur Verteilung des Schüttgutstromes auf die Einzelspulen vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsensoren in einem gemeinsamen Gehäuse (35, 50, 78) fest eingebaut sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und unterhalb des gemeinsamen Gehäuses ein konischer Einlauf- bzw. Auslauftrichter (2, 9) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufgitterrost (34, 48, 79) aus dachförmigen Stegen aufgebaut ist, die sich zwischen den Einzelspulen (30 bis 34, 40 bis 43, 70 bis 77) erstrecken, so daß sich jeweils konische Einlauftrichter für die Einzelspulen ergeben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkerelektronik (13, 14) in dem gemeinsamen Gehäuse (8, 35, 50, 78) für die Einzelspulen (30 bis 33, 40 bis 43, 70 bis 77) angeordnet ist.