DE4417226C1 - Metallseparator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Metallseparator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der bevorzugt für den nachträglichen Einbau in Maschinen der kunst­ stoffverarbeitenden Industrie geeignet sind. So sind insbesondere Metallteile, die sich im Zufuhrstrom von Ausgangsmaterial für Extruder oder Spritzgußmaschinen befinden gefährlich, da sie häufig Zerstörungen her­ vorrufen, die Ausfall- und zusätzliche Werkzeugkosten hervorrufen.

Aus diesem Grunde gibt es bereits verhältnismäßig lange Bestrebungen automatisch arbeitende Einrichtun­ gen in den Förderstrom einzubauen, die zuverlässig alle Metallteile separieren und trotzdem nur eine kurzzeitige Unterbrechung des Förderstromes bei gleichzeitiger sparsamer Materialseparierung, also Vermeidung unnötiger Verluste an Ausgangsmaterial, aufweisen.

Dabei werden Metalldetektoren in oder in der Nähe des Förderstromes angebracht, deren Signale zur Betäti­ gung eines Ausscheidungselementes genutzt werden. In DE 33 23 162 A1 und EP 0 202 356 A1 sind Lösungen beschrie­ ben, bei denen das Signal eine Betätigungseinrichtung aktiviert, die den Förderstrom rein mechanisch mit­ tels einer Klappe unterbricht und kurzzeitig umleitet oder der Förderstrom durch andere mechanische Mittel umgelenkt wird, in dem zumindest ein Teil der Förder­ leitung verschwenkt wird.

Diese mechanisch wirkenden Ausscheidungselemente ha­ ben aber den Nachteil, daß sie sehr stark verschleiß­ anfällig sind und entweder mit hohem Aufwand dagegen geschützt werden müssen oder regelmäßige Wartungsin­ tervalle in Kauf genommen werden müssen, wenn nicht unerwünschte Produktionsausfälle auftreten dürfen.

Außerdem sind solche mechanischen Elemente auch bei Überlastung stark gefährdet und können in solchen Fällen nicht nur selbst zerstört werden, sondern auch zum Ausfall der gesamten Anlage führen.

Bei einem nachträglichen Einbau in bereits bestehen­ den Anlagen in den Förderkreis, wirkt sich weiter ne­ gativ aus, daß ein entsprechend großer Bereich in Förderrichtung gesehen benötigt wird, um die Schwenk­ bzw. Sperreinrichtung wirksam einbauen zu können. Da eine Mindesteinbaulänge bereits durch den erforderli­ chen Abstand zwischen Metalldetektor und Ausscheidee­ lement auf Grund der vorhandenen Zeitkonstante des gesamten Systems vorgegeben ist.

Insbesondere bei leichten Kunststoffgranulaten oder Folienschnitzeln ergeben sich bei den bekannten, mit mechanisch betätigten Klappen, versehenen Separier­ einrichtungen, Probleme dadurch, daß beim schnellen umschwenken die Teilchen zurückgetrieben werden und Staub- bzw. Schnitzelwolken entstehen.

Aus der US 4,753,353 ist eine Zuführeinrichtung für Granulate bekannt, bei der eine Induktionsspule mit einer Steuereinheit verbunden ist und eine Auswurf­ klappe zum Entfernen von Metallpartikeln, aus dem Ma­ terialstrom verwendet werden.

Die DE 32 39 567 C2 betrifft eine Vorrichtung zum Sor­ tieren von Trockenfrüchten, bei der eine Abtastein­ richtung über einem Sortierband angeordnet und mit einem Rechner verbunden ist, der über eine Steuerung mit einer pneumatischen Vorrichtung einer Reihe von dort angeordneten Düsen, die die Trockenfrüchte un­ terschiedlichen Sammelpunkten zuführen, verbunden ist. Die Überwachung erfolgt mit einer Videokamera und pneumatische Vorrichtungen in einer Absaugbatte­ rie sorgen für das Sortieren der Trockenfrüchte.

In der DE 38 08 798 A1 ist eine Vorrichtung zum Zählen, Klassieren und Sortieren von in einer strömenden Flüssigkeit suspendierten Partikeln und die Verwen­ dung dieser Vorrichtung beschrieben. Hierbei erfolgt die Erfassung der mikroskopischen Teilchen auf opti­ schem Wege und die Aussortierung identifizierter Teilchen mit einer piezoelektrisch erzeugten Druck­ welle.

Aus diesen genannten Gründen stellt sich das Problem einen Metallseparator so auszubil­ den, daß keine mechanisch wirkenden und betätigten Ausscheideelemente verwendet werden und nur ein ge­ ringer Platzbedarf erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen.

Mit der Anordnung einer Absaugdüse durch die Mantelfläche der Fördereinrichtung, die über geeignete noch zu beschreibende Mittel mit einem Druck beaufschlagbar ist, der beträchtlich un­ terhalb des in der Fördereinrichtung vorhandenen Druckes liegt, reicht auch bei einer Saugförderung des Fördergutes das Druckgefälle zwischen Absaugdüse und Förderleitung aus, um den mit Metall ver­ unreinigten Teil des Gutstromes zu separieren. Zur Beeinflussung der Zeitkonstante, also einem möglichst schnellen Ansprechen des Separators, was zu einer Verringerung des entfernten Gutes und damit zu Ein­ sparungen führt, ist der freie Querschnitt im Absaug­ düsenbereich kleiner als im weiteren Verlauf der Ab­ saugleitung. Dies führt dazu, daß beim direkten Ab­ saugen aus der Förderleitung eine möglichst hohe Sauggeschwindigkeit, unter Berücksichtigung der Grundgleichungen der Strömungslehre, erreicht werden kann. Damit verbunden ist, daß auch schwerere Verunreinigungen auf Grund der entsprechend hohen Kraftwirkung sicher entfernt werden.

Für die Erzeugung des entsprechend niedrigen Druckes an der Absaugdüse im weiteren Bereich der Absaugein­ richtung kommen verschiedene Möglichkeiten in Frage.

So kann beispielsweise eine bereits vorhandene Saug­ fördereinrichtung kombiniert mit genutzt, eine vor­ handene Unterdruckanlage gekoppelt oder ein gesonder­ tes Saugaggregat angeschlossen werden.

Für ein schnelles Ansprechen ist die Zwischenschal­ tung eines Druckspeichers günstig, der bei aus­ reichend großem Volumen und einem entsprechend klei­ nem Druck mit der Absaugdüse verbunden und mittels eines Magnetventiles freigebbar ist. Das Magnetventil wird von der Steuer- und Auswerteeinheit geöffnet, wenn vom Metalldetektor ein entsprechendes Signal geliefert wird und nur solange offen gehalten, bis die Verunreinigung sicher aus dem Förderstrom ent­ fernt ist. Der Druckspeicher kann anschließend in ausreichend großer Zeit wieder auf das erforderliche Druckniveau gebracht werden und konstruktiv so ausge­ bildet werden, daß er gleichzeitig als Auffangbehäl­ ter dient.

Da es in der Industrie häufiger zentrale Hochdruck­ versorgungsanlagen als Leitungssysteme mit niedrigem Druckniveau zum Saugen gibt, kann der erfindungsgemä­ ße Metallseparator auch mit einer Hochdruckleitung verbunden werden und die Absaugdüse unter Ausnutzung des Venturieffektes aktiviert werden. Hierbei gibt das von der Auswerte- und Steuereinheit angesteuerte Magnetventil die Druckleitung frei und schließt sie wieder.

Weiter kann sowohl das Ansprechverhalten, wie auch die Sicherheit der Separation dadurch gesteigert wer­ den, daß zusätzlich Luft in Richtung der Absaugdüse in die Fördereinrichtung gedrückt bzw. geblasen wird und sich eine geschlossene Strömung quer zum Förder­ strom ausbildet, die wie eine Sperre wirkt. Dabei kann der Lufteintritt in Förderrichtung unterhalb der Absaugdüse angeordnet werden und die Strömung schräg gegen diese gerichtet sein. Dies verbessert das An­ sprechverhalten und kann dazu ausgenutzt werden, den Abstand zwischen Metalldetektor und Absaugdüse zu verringern, da der Förderstrom durch diese Strömung abgebremst wird.

Insbesondere bei leichten Kunststoffgranulaten oder Folienschnitzeln eignet sich der Metallseparator, wenn mindestens eine Venturidüse über eine Auswerte- und Steuereinheit aktiviert wird, wenn ein parallel zum Förderstrom angeordneter Metalldetektor ein Me­ tallteil erkannt hat. Dabei wird in der Venturidüse ein Druck erzeugt, der unterhalb des atmosphären Druckes liegt und ausreicht, das bzw. die Metallteile aus dem Förderstrom in die Düse zu bewegen. Von dort werden sie in einen Auffangbehälter geleitet, aus dem die angesaugte Luft entweichen kann.

Diese Ausführung kommt bevorzugt in Fördereinrichtun­ gen zur Anwendung, bei denen das Fördergut über den geneigt angeordneten Metalldetektor geführt wird. Die Venturidüse ist dabei entweder im Bereich des Metall­ detektors oder direkt anschließend angeordnet.

Die Ansaugöffnung der Venturidüse ist in einem Winkel zum Förderstrom geneigt, der bevorzugt im Bereich von 45 bis 90° liegt.

Eine weitere Verbesserung des Me­ tallseparators bietet sich dadurch an, daß der Metalldetektor in eine Vielzahl von parallel zum För­ derstrom angeordnete Einzelsegmente, in Form von Me­ tallsuchspulen, unterteilt ist, deren Signale einzeln von der Auswerte- und Steuereinheit erfaßt und ausge­ wertet werden. Die Auswerte- und Steuereinheit akti­ viert dann, den jeweiligen Segmenten zugeordnete Ma­ gnetventile, die bewirken, daß eine dem Segment eben­ falls örtlich zugeordnete Venturidüse mit einem Saug­ druck beaufschlagt wird und das Metallteil aus dem Förderstrom entfernt wird.

Hierbei kann der Förderstrom im Bereich der Segmente des Metalldetektors und der Venturidüsen durch Trenn­ wände kanalisiert werden.

Die Öffnungszeit der Magnetventile ist variabel ein­ stellbar, um die Materialverluste so gering wie mög­ lich zu halten.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Aus­ führungsbeispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen in eine Förderleitung eingebauten Metallseparator;

Fig. 2 eine schematische Darstellung mit einer Absaugvorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung mit Anschluß an eine Hochdruckleitung;

Fig. 4 die Anordnung einer zusätzlichen Luftzu­ fuhreinrichtung;

Fig. 5 eine weitere Möglichkeit zur Anordnung ei­ ner zusätzlichen Luftzufuhr und

Fig. 6 einen Metallseparator der bevorzugt für leichte Kunststoffe einsetzbar ist.

Um die in Fig. 1 als Teil des Separators ausgebildete Förderleitung 1, durch die in diesem Beispiel Kunst­ stoffgranulat gefördert wird, ist eine ringförmig ausgebildete Induktionsspule 2 als Metalldetektor in einem Gehäuse 3 mit einer Aufhängung 4 angeordnet, deren Empfindlichkeit ausreicht auch kleinste metal­ lische Partikel zu erfassen und ein Auslösesignal zu liefern.

Durch die Mantelfläche der Förderleitung 1 ist in einem gewissen erforderlichen Abstand von der Spule 2 die Absaugdüse 5 geführt, deren Öffnung in das Innere der Förderleitung 1 reicht. Der freie Querschnitt der Absaugdüse 5, der in das Innere der Förderleitung 1 ragt, ist kleiner als sich der an die Absaugdüse 5 anschließende Bereich der Absaugleitung 6. Dies be­ wirkt eine höhere Strömungs- und damit Ansaugge­ schwindigkeit zur Verbesserung des Ansprechverhal­ tens.

Die Form der Öffnung der Absaugdüse 5 kann oval ge­ wählt werden, so daß sie zwar eine relativ große Man­ telfläche der Förderleitung 1 freilegt, jedoch durch die geringe Ausweitung in Förderrichtung ausreichend platzsparend ausgebildet ist. Mit einer solchen Form kann wegen der in Umfangsrichtung großen Ausdehnung ein relativ großer Bereich des Fördergutes erreicht werden und trotzdem gezielt nur der verunreinigte Teil des Fördergutes entfernt werden.

In dieser Darstellung ist zusätzlich ein Luftkanal 7 vorgesehen, der aus Platzgründen innerhalb der För­ derleitung 1 geführt ist. Die freie Öffnung 8 des Luftkanals 7 liegt im Bereich der Absaugdüse 5. Wird nach Erkennen eines metallischen Partikels ein ent­ sprechend niedriger Druck, beispielsweise durch Ein­ schalten einer nicht dargestellten Saugeinrichtung oder Öffnen eines Ventiles an der Absaugdüse 5 er­ zeugt, bildet sich bereits allein auf Grund der Sog­ wirkung eine Strömung zwischen Austritt 8 und Absaug­ düse 5 aus, die eine Sperrwirkung für den Förderstrom hat und diesen zumindest abbremst. Die Wirkung der Strömung verbessert neben dem Ansprechverhalten auch die Betriebssicherheit des Separationssystems.

Aus der schematischen Darstellung in Fig. 2 ist neben der Anordnung der ringförmigen Spule 2 um die Förder­ leitung 1, der Absaugdüse 5 auch die Verbindung einer Auswerte- und Steuereinheit 9 zu Spule 2 und einem in der Absaugleitung eingebauten Magnetventil 10 erkenn­ bar. Das Magnetventil 10 wird geöffnet, wenn die Spu­ le 2 einen metallischen Partikel im Förderstrom er­ faßt und an die Auswerte- und Steuereinheit 9 gemel­ det hat. Die Aktivierung des Magnetventiles 10 er­ folgt dann von der Auswerte- und Steuereinheit 9 ab­ hängig von der Fördergeschwindigkeit des Fördergutes, so daß nur eine kleine, jedoch ausreichende Menge aus dem Förderstrom entfernt wird.

In diesem Fall ist die Absaugdüse 5 mittels des Ma­ gnetventiles 10 von der eigentlichen den Unterdruck erzeugenden Einrichtung 11 getrennt, das in der Ab­ saugleitung 6 zwischengeschaltet ist. Die Einrichtung 11 kann jede beliebige Saugeinrichtung sein, die aus­ reicht ein Druckgefälle herzustellen, das eine siche­ re Separation erreicht. Es können Industrie­ staubsauger, Gebläse, Saugförderer oder auch die Saugseite eines Verdichters ausgenutzt werden. Ebenso bietet sich der Anschluß an eine bereits in­ stallierte Saugleitung an. Bei dem in der Fig. 2 dar­ gestellten Beispiel könnte in diesem Fall die Ein­ richtung 11 ein Druckspeicher sein, der über ein nicht dargestelltes Ventil mit der Saugleitung oder auch mit einer anderen Saugeinrichtung verbunden ist. Durch das relativ große Volumen des Druckspeichers gegenüber dem ansonsten zur Verfügung stehenden Volu­ mens in den Leitungen wird das System erstens schnel­ ler und zweitens kann die erforderliche Saugeinrich­ tung kleiner dimensioniert werden. Die Spitzenwerte werden durch die Pufferwirkung des Druckspeichers reduziert. Die Anordnung des Druckspeichers kann je nach Erfordernis und den vorhandenen Einbaugegeben­ heiten relativ variabel gewählt werden.

Die Nutzung einer Anschlußmöglichkeit an eine bereits vorhandene Hochdruckleitung 12 ist der Fig. 3 zu ent­ nehmen. Dabei wirkt das durch die Hochdruckleitung 12 über eine Venturidüse 13 geführte Medium über die Absaugleitung 6 bis zur Absaugdüse 5 und der durch den Venturieffekt erzeugte niedrige Druck wird in der bereits beschriebenen Weise für die Metallseparierung genutzt. Das von der Auswerte- und Steuereinheit 9 geschaltete Magnetventil 14 ist jedoch im Gegensatz zu den vorgenannt beschriebenen Lösungen in die Hoch­ druckleitung 12 aufgenommen.

Aus den Fig. 4 und 5 ist die Möglichkeit der Zufuhr zusätzlicher Luft in die Förderleitung 1 im Bereich der Absaugdüse 5 dargestellt. Dabei entspricht die gewählte Ausführung der Fig. 4 in wesentlichen Ele­ menten, der die bereits mit Fig. 2 beschrieben wurde. Lediglich der zusätzlich in die Förderleitung einge­ baute Luftkanal 7 ist mit der Druckseite der Saugein­ richtung 11 verbunden. Die Möglichkeit der Luftfüh­ rung besteht durch die Verbindungsleitung 17. Sie wird von dort zum Luftkanal 7 über ein zusätzliches Magnetventil 16, das ebenfalls von der Auswerte- und Steuereinheit 9 gesteuert wird, gebracht. Günstig ist es, wenn eine geringe Voreilung der Öffnung des Magnetventiles 16 gegenüber dem Magnetventil 10, das für den niedrigen Druck zum Absaugen zuständig ist, mit der Steuerung bewirkt wird. Ganz besonders dann, wenn der Luftaustritt 8 in Förderrichtung des Förder­ gutes nach der Absaugdüse angeordnet ist. Dies ist insbesondere auch der Darstellung in Fig. 5 zu ent­ nehmen.

Hierbei erfolgt die Zusatzluftzufuhr von außen, also einen nicht in die Förderleitung eingebauten Luftka­ nal. Dabei ist die Strömung durch die Neigung des Eintrittsstutzens 15 gegen die Förderrichtung gerich­ tet. Dies führt zu dem bereits beschriebenen Brems­ effekt des Fördergutes, der gemeinsam mit der dadurch hervorgerufenen Erhöhung des Druckgefälles die Sepa­ riersicherheit erhöht.

Ein Metallseparator, der besonders zur Separierung bei leichten Kunststoffgranulaten oder Folienschnit­ zel geeignet ist, ist in der Fig. 6 dargestellt.

Der Förderstrom gelangt hierbei von einer Förderein­ richtung 16, beispielsweise einem Förderband, auf eine Vibrorinne 17 und wird von dieser auf einen nach unten geneigt angeordneten Metalldetektor 18 gegeben, auf dem das zu überwachende Gut entlang rutscht. Die Metallsuchspule des Metalldetektors 18 leitet bei erfassen eines Metallteiles ein Signal an eine Aus­ werte- und Steuereinheit 19. Die Auswerte- und Steu­ ereinheit 19 aktiviert dann ein Magnetventil 20 und in der Venturidüse 21 wirkt ein Druck, der es erlaubt den verunreinigten Materialfluß abzusaugen. Der me­ tallisch kontaminierte Teil gelangt in einen Auffang­ behälter 22, der zumindest teilweise luftdurchlässig ist und filternd wirkt.

Nach dem Schließen des Magnetventiles 20, was nach ca. 10 bis 40 ms erfolgt, kann der Förderstrom wieder ungehindert in einen Auffangbehälter 23, für sauberes Gutmaterial gelangen.

Aus dieser Darstellung ist nicht zu entnehmen, daß der Metalldetektor 18 in mehrere parallel zum Förder­ strom angeordnete Segmente unterteilt sein kann, die in Breitenrichtung gesehen, nur jeweils einen Teilbe­ reich des Förderstromes überwachen. Jedem Segment, das eine gesonderte Metallsuchspule ist, ist dabei eine eigene Venturidüse 21 zugeordnet, die nur von ihm ausgelöst werden kann. Mit dieser Segmentierung kann die Erfassungsgenauigkeit vergrößert und der Materialverlust verringert werden.

Auf der Oberfläche des Metalldetektors 18 können Wän­ de ebenfalls parallel zum Förderstrom angebracht sein, die die einzelnen Segmente und den Förderstrom voneinander trennen. Dies verhindert, daß auch seit­ lich an der Öffnung der Venturidüse 21 vorbei­ strömendes, nicht mit Metallteilen versehenes Gut eingesaugt wird.

Die Segmente können in einer Breite von 30 bis 100 mm ausgeführt sein, so daß auf einer Erfassungsbreite von 50 bis 2000 mm, zwischen 1 bis 40 Düsen 21 einge­ setzt werden.

Auch bei einer Ausführung des Metallseparators in dieser Form kann der Druckaufbau im Bereich der Düse 21, wie bei den anderen Beispielen erfolgen.

Claims (12)

1. Metallseparator für den Einbau in eine Förder­ einrichtung zur Förderung nichtmetallischer Stoffe in Form von Pulvern, Granulaten oder Flu­ iden, bei dem ein Metalldetektor in Förderrich­ tung vor einer Ausscheideeinrichtung angeordnet und mit einer Auswerte- und Steuereinheit ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausscheideeinrichtung aus einer durch die Mantelfläche der Fördereinrichtung (1) geführten Absaugdüse (5) gebildet ist, die nach Erfassen eines Metallstückes mittels des Metalldetektors (2) über die Auswerte- und Steuereinheit (9) mit einem Druck beaufschlagt wird, der unterhalb des in der Fördereinrichtung (1) herrschenden Druck­ wertes liegt.

2. Metallseparator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absaugdüse (5) mit der Saug­ leitung eines Saugfördergerätes (11) verbunden ist.

3. Metallseparator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absaugdüse (5) mit einer Un­ terdruckleitung verbunden ist.

4. Metallseparator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absaugdüse (5) über eine Un­ terdruckleitung (6) mittels einer Venturidüse (13) mit einer Hochdruckleitung (12) verbunden ist, wobei ein mit der Auswerte- und Steuerein­ heit (9) verbundenes Magnetventil (14) die Hoch­ druckleitung (12) zur Unterdruckleitung (6) in Abhängigkeit vom Signal des Metalldetektors (2) freigibt oder sperrt.

5. Metallseparator nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Luftkanal (7) vorgesehen ist, dessen Austrittsöffnung (8) gegenüber der Ab­ saugdüse (5) angeordnet ist.

6. Metallseparator nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luftkanal (7) innerhalb der Fördereinrichtung (1) parallel zum Förderstrom angeordnet ist.

7. Metallseparator nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (7) mit einer Hochdruckleitung (12) verbunden ist, die mittels eines Magnetventiles (14), das von der Auswerte- und Steuereinheit (9) angesteuert ist, in Rich­ tung des Luftkanals (7) freigebbar oder sperrbar ist.

8. Metallseparator nach einem der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Absaugdü­ se (5) ein Druckspeicher nachgeschaltet ist, der zur Absaugdüse (5) hin über das gesteuerte Magnetventil (10) geöffnet werden kann und an­ derseitig mit einem Saugsystem verbunden ist.

9. Metallseparator nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Metalldetektor (18) in parallel zum Förderstrom angeordnete Segmente unterteilt ist, die getrennt voneinander mit einer Auswerte- und Steuereinheit (19) verbunden sind und die Auswerte- und Steuereinheit (19) jeweils ein zugeordnetes Magnetventil (20), ei­ ner dem Segment zugeordneten Venturidüse (21), öffnet, wenn vom zugeordneten Segment ein Metallteil erfaßt ist.

10. Metallseparator nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Öffnung der Venturidüse(n) (21) zum Förderstrom geneigt ist.

11. Metallseparator nach einem der Ansprüche von 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit des/der Magnetventile(s) (20) va­ riabel einstellbar ist.

12. Metallseparator nach einem der Ansprüche von 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Förder­ strom im Bereich des Metalldetektors (18) und der Venturidüsen (21) mit Trennwänden kanali­ siert ist.