EP2145988A2

EP2145988A2 - Axialfraktionierer

Info

Publication number: EP2145988A2
Application number: EP09165552A
Authority: EP
Inventors: Christian FÜRLL; Ralf Pecenka; Bernd Bojdzinski
Original assignee: Leibnitz-Inst fur Agrartechnik-Potsdam-Bornim Ev
Current assignee: Leibnitz-Inst fur Agrartechnik-Potsdam-Bornim Ev
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: DE102008033789B4; EP2145988A3; EP2145988B1; DE102008033789A1

Abstract

Axialfraktionierer und ein dazugehöriges Verfahren zum fraktionierten Abtrennen von Schäben und kurzen Fasern aus Faserflocken beschreiben. Der Axialfraktionierer besteht aus mindestens einem länglichen Gehäuse, wobei an einem ersten seitlichen Ende des Gehäuses eine Einfüllöffnung und an einem zweiten seitlichen Ende des Gehäuses ein Auslass angeordnet ist, mindestens einer Austragung an der Unterseite des Gehäuses und mindestens einer in dem Gehäuse angeordneten Förderschnecke, die einen Transport der Faserflocken über die Austragung bewirkt, beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Axialfraktionierer und ein Verfahren zum fraktionierten Abtrennen von Schäben und kurzen Fasern aus Faserflocken sowie deren Verwendung.
Für den Anbau und die Ernte von Naturfasern existieren bereits effizient arbeitende Technologien. Die Verarbeitung des Strohs sowie die Aufbereitung der entstehenden Produkte müssen jedoch noch verbessert werden, um ausreichende Mengen und gleich bleibende Qualitäten für die weiterverarbeitende Industrie (Fahrzeug-, Bauindustrie usw.) bereit zu stellen und somit einen erfolgreichen Anlagenbetrieb und eine wirtschaftliche Produktion von Naturfasern und Schäben zu ermöglichen.
Für die Klassierung und Fraktionierung von Kurzfaser-Schäbengemischen in Faserproduktionsanlagen verwendet man die typischen aus der Klassiertechnik bekannten Maschinen in verschiedenster Kombination, wobei auch Maschinen Verwendung gefunden haben, die normalerweise in der Baumwollindustrie zum Einsatz kommen.
Die DE 199 18 166 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kurzfasern, in dem ein Axialfraktionierer zum fraktionierten Abtrennen von Schäben und kurzen Fasern aus Faserflocken eingesetzt wird.
In der DE 198 35 771 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung eines als Rohstoff zu Isolierzwecken oder zur Vliesherstellung oder als Füllstoff oder Polsterstoff geeigneten Fasermaterials und Verwendung des Fasermaterials beschrieben.
Bekannte Maschinen, die in der Naturfaserindustrie für die Aufbereitung des Kurzfaser-Schäbengemisch verwendet werden, dienen hauptsächlich der Klassierung der Schäben. Für eine zusätzliche Reinigung bzw. Rückgewinnung der Kurzfasern, die sich im Gemisch befinden, besteht jedoch noch keine befriedigende Lösung.
Zu den typischen Klassiermaschinen für Schäben in der Trockenfaserproduktion gehören zum einen die Siebtrommel, mit der die Schäben in unterschiedliche Fraktionen klassiert werden können, und verschiedenste Schwingsiebe. Jedoch ist es nicht möglich, Kurzfasern mit einem Restschäbengehalt unter 6 Masseprozent mit Hilfe dieser Maschinen zurück zu gewinnen. Eine andere weit verbreitete Maschine ist die so genannte Duvex von van Dommele (http://www.vandommele.be/htmlENG/shivecleaning.html). Diese Maschine stammt aus der Baumwollindustrie, ist jedoch für die in der Naturfaserproduktion aus heimischen Pflanzen entstehenden Produkte sehr kostenintensiv und speziell für die Aufgabe der Trennung von Schäben, Fasern und Staub sowie Klassieren der Schäben in einer Maschine nicht geeignet. Dies hängt damit zusammen, dass man mit der Duvex, je nach Auslegung der Maschine, entweder nur Fasern reinigen oder nur Schäben fraktionieren kann. Beide Aufgaben sind mit einer einzelnen Maschine nicht realisierbar. Dies wäre nur in einem Maschinenverband bestehend aus zwei hintereinander geschalteten Maschinen möglich. Die Duvex funktioniert im groben wie eine klassische Siebtrommel. Zusätzlich besitzt die Duvex aber noch rotierende Finger, die aktiv in das zu reinigende Material eingreifen und dabei die Schäben zerstören (zermahlen). Die feinen Partikel können dann ungehindert den Siebboden passieren. Durch das Mahlen der Schäben ist kein Fraktionieren mehr möglich, da alle Schäben die gleiche Partikelgröße besitzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das fraktionierte Abtrennen von Fasern und Schäben aus Faserflocken sowie ein Entstauben und Fraktionieren der Schäben.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Axialfraktionierer mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Axialfraktionierers sind in den abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
Die Aufgabe der Erfindung wird somit durch einen Axialfraktionierer gelöst, bestehend aus mindestens einem länglichem Gehäuse, wobei an einem ersten seitlichen Ende des Gehäuses eine Einfüllöffnung und an einem zweiten seitlichen Ende des Gehäuses ein Auslass angeordnet ist, mindestens einer Austragung an der Unterseite des Gehäuses und mindestens einer in dem Gehäuse angeordneten Förderschnecke, die einen Transport der Faserflocken über die Austragungen bewirkt.
Die Förderschnecke im Sinne der Erfindung besteht aus einer Welle, auf der Vorrichtungen, wie beispielsweise Paddel, zum Transport von Faserflocken über die Austragungen angeordnet sind.
Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Axialfraktionierers besteht aus zwei Teilen, einem unteren Teil, an dem sich mindestens eine Austragung befindet, und einem oberen Teil, der zu Reinigungszwecken abnehmbar ist.
Der obere Teil des Gehäuses kann aus einem durchsichtigen Material, wie Glas oder Kunststoff hergestellt werden bzw. Klappen oder (Sicht-)Fenster aufweisen, die eine Beobachtung der Prozesse im Inneren des Axialfraktionierers ermöglichen.
Zusätzlich kann der Axialfraktionierer eine Abgasung enthalten, mit der man eine Entstaubung vornehmen kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Axialfraktionierer ist eine Faserreinigung möglich, bei der sowohl Schäben als auch kurze Fasern gewonnen werden können. Kurze Fasern (Kurzfasern) im Sinne der Erfindung sind Fasern mit einer Länge von ungefähr 5 bis 70 mm.
Das Rückgewinnen von Kurzfasern aus dem Gemisch mit einem Restschäbengehalt in der Faser von ≤ 6 % und Restfasergehalt in den Schäben von ≤ 1 % kann mit dem erfindungsgemäßen Axialfraktionierer erreicht werden.
Das Fraktionieren von Fasern und Schäben gelingt nur durch die besondere Wahl von Paddelwerkzeugen (Werkzeugform) und Werkzeuggeschwindigkeit.
Damit die Fasern aus dem Gemisch zurück gewonnen werden können, ist es notwendig, die Schäben, die nicht an den Faserflocken gebunden sind, zu klassieren und in unterschiedliche Korngrößen zu fraktionieren.
Hierzu sind über den Austragungen vorzugsweise Lochsiebe mit unterschiedlichen Lochgrößen angeordnet.
Damit die Schäben und Kurzfasern klassiert werden können, d.h. nach ihrer Größe abgetrennt und geordnet werden können, weisen die Lochsiebe eine unterschiedliche Lochgröße auf. Die Lochsiebe sind dabei derart angeordnet, dass die mit Schäben und Kurzfasern beladenen Faserflocken zuerst über Lochsiebe mit geringer Lochgröße geführt werden und dann über Lochsiebe, deren Lochgröße immer größer wird.
Die Lochsiebe bilden den Boden oder zumindest einen Teil des Bodens des Gehäuses und decken gleichzeitig die Austragungen ab.
Die Förderschnecke wird durch einen Motor angetrieben, wobei die Geschwindigkeit der Drehung der Förderschnecke regelbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Förderschnecke eine Paddelschnecke, bei der auf einer Welle Paddel angebracht sind. Die Welle wird dabei von einem Motor angetrieben.
Die Paddelschnecke weist bevorzugt sichelförmige Paddel auf. Durch diese Paddelschnecke werden die mit Schäben und kurzen Fasern beladenen Faserflocken axial entlang der Gehäusewandung geführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Axialfraktionierer miteinander koppelbar. Hierzu wird ein Gehäuse eines ersten Axialfraktionierers mit dem Gehäuse eines zweiten Axialfraktionierers zu einem aus zwei Gehäusen bestehenden Axialfraktionierer miteinander gekoppelt.
Bei der Kopplung wird vorzugsweise jeweils der Auslass des ersten Axialfraktionierers mit der Einfüllöffnung des zweiten Axialfraktionierers gekoppelt.
Eine Koppelung hat nicht nur den Vorteil, dass die gesamte Maschine leichter transportierbar ist, da sie aus mehreren Teilen besteht, es ist durch solch eine Konstruktion auch möglich, die Abtrennung und Klassierung der Schäben und Kurzfasern in zwei Stufen durchzuführen. Hierbei kann die Paddelschnecke in den beiden Axialfraktionierern mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit betrieben werden und es können unterschiedliche Paddelformen verwendet werden.
Die Förderschnecke im ersten Axialfraktionierer weist vorzugsweise Sichelpaddel oder Doppelsichelpaddel und im zweiten Axialfraktionierer Vollpaddel auf.
Damit die Fasern aus dem Gemisch zurück gewonnen werden können, ist es notwendig, die Schäben, die nicht an den Faserflocken gebunden sind, zu klassieren und in zwei Korngrößen zu fraktionieren. Das macht ungefähr 60 Massenprozent des Ausgangsgemisches aus. Dies erfolgt in der ersten Stufe im ersten Axialfaktionierer. Das Material wird axial durch eine Art Paddelschnecke geführt, wobei der Gefäßboden (Trogboden) mit zwei unterschiedlichen Lochsieben versehen ist. Durch die Paddel bzw. auch die Form der Paddel, die beispielsweise einer Sichel gleichen, wird das Material bis zu einem bestimmten Punkt auf dem Paddel entlang der gekrümmten Siebwand bis zu einem Grenzwinkel Φ_krit geführt. In diesem Punkt kommt es zum Fließen des Schüttgutes auf dem Paddel. Das bedeutet, dass sich das Schüttgut, das noch nicht über die Paddel fließt, seitlich in axialer Richtung bewegt und anschließend auf dem Siebboden nach unten rollt. Material, das nicht in der kurzen Zeit über die Paddel abrollen kann, wird über die Paddelschnecke bewegt, fällt tangential wieder auf den gekrümmten Siebboden und rollt über diesen wieder ab. Dabei können sich die Körner ausrichten und haben Zeit, sich durch die Sieböffnung zu bewegen. Das Gut, das sich noch auf dem Siebboden befindet, wird von dem nächsten Paddel erfasst und die Prozedur wiederholt sich, so dass bei jeder Umdrehung der Welle jeweils vier Paddel das Gut auflockern und die Siebfläche räumen.
Ferner wird das Material mit der Wellenumdrehung axial verschoben. Dies ist durch die Steigung der Paddel einstellbar, wobei die einzelnen Paddel nicht überlappend arbeiten. Sie besitzen einen negativen Überdeckungsgrad.
Die Wellenwinkelgeschwindigkeit ω beträgt bevorzugt im ersten Axialfraktionierer (erste Stufe) 3 bis 10,5 s^-1 und im zweiten Axialfraktionierer (zweite Stufe) 10 bis 26,2 s^-1.
Die Wellenwinkelgeschwindigkeit ω lässt sich nach der folgenden Formel (Formel I) berechnen: $ω = 2 \cdot π \cdot f$

mit f = Antriebsfrequenz
Die Kreisbahngeschwindigkeit v im ersten Axialfraktionierer (erste Stufe) beträgt vorzugsweise maximal 2,7 m/s und im zweiten Axialfraktionierer (zweite Stufe) maximal 6,5 m/s.
Die Kreisbahngeschwindigkeit v lässt sich nach der folgenden Formel (Formel II) berechnen: $v = 2 \cdot π \cdot r \cdot f$
mit

f: = Antriebsfrequenz
r: = Paddelaußenradius

Bei den Geschwindigkeiten im ersten Axialfraktionierer (erste Stufe) werden die Flocken mit den gebundenen Schäben nicht aufgelöst. Dies geschieht anschließend im zweiten Axialfraktionierer (zweite Stufe).
Die Faserflocken werden durch die Paddelschnecke beschleunigt und es kommt zu einer Wurfbewegung. Beim Wiedereintritt in den Wellenkreis werden die Flocken beschleunigt. Durch die Massenträgheit der Flocken sowie deren Luftwiderstand werden die Flocken teilweise auseinander gerissen. Durch zusätzliche Reibung auf dem Siebboden werden die Flocken dann endgültig auseinander gezogen und die Schäben werden so von den Fasern getrennt.
Zusätzlich kommt es durch die Paddel auf der Welle der Paddelschnecke in der ersten Stufe zu einer axialen Bewegung je nach Steigung der Paddel.
Der Steigungswinkel α der Paddel liegt erfindungsgemäß in einem Bereich von 60° bis 85°. Der Steigungswinkel α ergibt sich aus der gewählten Ganghöhe G und dem Rotordurchmesser r gemäß der Formel III. $tgα = \frac{G}{2 \cdot π \cdot r}$
Weiterhin ist eine Ausführungsform des Axialfraktionierers erfindungsgemäß, bei der in einem Gehäuse zwei Förderschnecken hintereinander angebracht sind, die von mit unterschiedlichen Wellengeschwindigkeiten betrieben werden können und mit unterschiedlichen Paddeln bestückt sind.
Des Weiteren wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren unter Verwendung mindestens eines erfindungsgemäßen Axialfraktionierers gelöst, bei dem man Schäben und/oder kurzen Fasern von den Faserflocken abtrennt und die Schäben und/oder kurzen Fasern klassiert.
Schäben und kurze Fasern sind leicht. Sie sind aufgrund ihrer Oberfläche fest miteinander verhakt.
Bevorzugt entmischt man die Schäben und/oder kurzen Fasern von den Faserflocken mit einer Paddelschnecke mit Sichelpaddeln oder Doppelsichelpaddeln, so dass die Schäben und/oder kurzen Fasern die Lochsiebe passieren können. Durch die Paddel der Paddelschnecke werden die Faserflocken auseinander gezogen, so dass die Schäben aus den Faserflocken herausfallen.
Die abgetrennten Schäben und kurzen Fasern klassiert man vorzugsweise durch über den Austragungen befindliche Lochsiebe mit unterschiedlichen Lochgrößen.
Die Unterseite des Axialfraktionierers ist im Querschnitt V-förmig; lediglich der Siebboden ist U-förmig, so dass die Paddelschnecke die Faserflocken direkt über die Unterseite führt. Auf der Unterseite des Axialfraktionierers befinden sich die Austragungen, die mit Lochsieben abgedeckt sind. Die Lochgröße der Lochsiebe ist so gewählt, dass die Schäben in die ersten Austragungen fallen und die kurzen Fasern in die letzten Austragungen, die hierfür Lochsiebe mit größeren Löchern besitzen. Die auf diese Weise gewonnenen Schäben und kurzen Fasern können für die unterschiedlichsten Anwendungen verwertet werden.
Gemische aus kurzen Fasern und Schäben eignen sich beispielsweise als Einstreu bei der Pferdehaltung und für die Herstellung von Möbelplatten. Die in der letzten Austragung gewonnenen Fasern eignen sich beispielsweise für die Herstellung von Faserverbundstoffen.
Damit die gewünschten Klassierungsergebnisse erhalten werden, können die Anzahl der Austragungen und die verwendeten Lochsiebe entsprechend variiert werden.
Das Verfahren führt man bevorzugt in mehreren Stufen durch, wobei die Faserflocken mehrere Axialfraktionierer passieren. Durch die Verwendung mehrerer Axialfraktionierer, die miteinander gekoppelt sind, kann das Abtrennverfahren in mehreren Stufen durchgeführt werden. In den einzelnen Stufen/Axialfraktionierern können unterschiedliche Förderschnecken und/oder unterschiedliche Paddel verwendet werden. Auch die Geschwindigkeit, mit der sich die Förderschnecke im Axialfraktionierer dreht, kann variieren.
Dabei betreibt man die Förderschnecken vorzugsweise in den jeweiligen Axialfraktionierern mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten in den jeweiligen Axialfraktionierern führen zu unterschiedlichen Ergebnissen beim Auflösen der Faserflocken.
Die Wellenwinkelgeschwindigkeit ω stellt man vorzugsweise im ersten Axialfraktionierer auf 3 bis 10,5 s^-1 und im zweiten Axialfraktionierer auf 10 bis 26,2 s^-1 ein.
Die Kreisbahngeschwindigkeit v stellt man vorzugsweise im ersten Axialfraktionierer auf maximal 2,7 m/s und im zweiten Axialfraktionierer auf maximal 6,5 m/s ein.
Den Steigungswinkel α der Paddel stellt man erfindungsgemäß auf 60° bis 85° ein.
Der Axialfraktionierer wird zu 10-40 % mit Gut (Schäben-Fasergemisch) befüllt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befüllt man den Axialfraktionierer zu 10-25 % mit Gut. Ist der Axialfraktionierer zu voll, werden die gelösten Schäben wieder von den Faserflocken aufgenommen und fallen nicht auf die Lochsiebe über den Austragungen auf der Unterseite des Gehäuses.
Weiterhin wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung von mindestens einem erfindungsgemäßen Axialfraktionierer zur Gewinnung von Schäben und kurzen Fasern gelöst. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Axialfraktionierers ist es möglich auch die Nebenprodukte von Faseraufschlussanlagen zu verwerten. Eines dieser Nebenprodukte ist ein Schäben-Fasergemisch, welches in Faserreinigungsanlagen anfällt.
Die mit dem erfindungsgemäßen Axialfraktionierer gewonnenen Schäben und kurzen Fasern können als Einstreu in der Tierhaltung, zur Herstellung von Möbelplatten und als Verbundwerkstoffe Verwendung finden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Figuren näher beschrieben. Im Einzelnen zeigt

Figur 1: eine dreidimensionale Ansicht von zwei gekoppelten Axialfraktionierern,
Figur 2: eine zweidimensionale Ansicht von zwei gekoppelten Axialfraktionierern,
Figur 3: eine Skizze der ersten Stufe mit Sichelpaddeln und Gutbelegung,
Figur 4: eine Skizze der Gutbewegung über ein Paddel in der ersten Stufe,
Figur 5: eine Skizze der Wurfbewegung und Verteilung der Absiebung über das Sieb,
Figur 6: eine dreidimensionale Darstellung der Welle mit Sichelpaddeln,
Figur 7: eine dreidimensionale Darstellung der Welle mit Vollpaddeln,
Figur 8: ein Diagramm der Trennerfolge der ersten Stufe und
Figur 9: ein Diagramm mit einem Vergleich zweier Klassiertechnologien.

Die Figur 1 zeigt zwei miteinander gekoppelte Axialfraktionierer 1. Die Axialfraktionierer 1 bestehen aus einem Gehäuse 2 mit einer Einfüllöffnung 3 und einem Auslass 4.
Durch die Einfüllöffnung 3-1 des ersten Axialfraktionierers 1-1 wird das Gut 5 (Schäben-Fasergemisch) in den Axialfraktionierer 1 eingebracht. In dem ersten Axialfraktionierer 1-1 (erste Stufe) wird das Gut 5 durch eine Paddelschnecke 6 über die Austragungen 7, die sich an der Unterseite des Axialfraktionierers 1 befinden, geführt. Von dort kann das Gut 5 durch den Auslass 4-1 des ersten Axialfraktionierers 1-1 herausgeführt oder durch die Einfüllöffnung 3-2 in einen weiteren Axialfraktionierer 1-2 überführt werden. Im zweiten Axialfraktionierer 1-2 wird das Gut 5 ebenfalls durch eine Paddelschnecke 6 über die Austragungen 7 befördert. Schließlich werden die gereinigten Fasern durch den Auslass 4-2 aus dem Axialfraktionierer 1 befördert.
Zur Prozessüberwachung befinden sich auf der Oberseite des Axialfraktionierers 1 Klappen 8 oder Fenster 13, durch die die Gutbewegung im Axialfraktionierer 1 beobacht werden kann.
Die in der Figur 1 gezeigten Axialfraktionierer 1-1 und 1-2 besitzen einen Absaugstutzen 14 am oberen Gehäuseteil, der zur Entstaubung dient.
Die Figur 2 zeigt den Materialfluss des Schäben-Fasergemisches durch zwei miteinander gekoppelte Axialfraktionierer 1. Jeder der dargestellten Axialfraktionierer 1-1 und 1-2 besitzt zwei Austragungen 7 zur getrennten Abfuhr verschiedener Schäben- und Kurzfaserfraktionen (A - D). Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen ein Axialfraktionierer 1 nur eine oder mehr als zwei Austragungen 7 aufweist.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Kaskade von zwei Axialfraktionierern 1 arbeitet in zwei Stufen. In der ersten Stufe werden die losen Schäben separiert und dabei in zwei Fraktionen getrennt. Gleichzeitig werden die Faserflocken zwar aufgelockert, jedoch nicht zerstört. Bei der Auflockerung werden erste Schäben, die in der Flocke eingeschlossen sind, herausbewegt und können so klassiert werden. In der zweiten Stufe wird der Formschluss der Fasern durch Arbeitswerkzeuge, wie beispielsweise Vollpaddel 10-2, die auch gleichzeitig für die Gutbewegung in axialer Richtung zuständig sind, aufgelöst.
Die Separierung und Klassierung der Schäben erfolgt durch Lochsiebe 9, die sich am Boden des Gehäuses 2 der Axialfraktionierer 1 befinden. Die Lochsiebe 9 weisen unterschiedliche Lochgrößen auf, so dass in der Position A Schäben mit einer Körnung von 0-3 mm Durchmesser, in der Position B Schäben mit einer Körnung von 3 bis 8 mm Durchmesser und an den Positionen C und D Schäben und Kurzfasern aus der Faserreinigung gewonnen werden. Die gereinigten Fasern werden anschließend durch den Auslass 4-2 (Position E) aus dem Axialfraktionierer 1 herausbefördert und einer weiteren Verwertung zugeführt.
Die Paddelschnecken 6 in den Axialfraktionierern 1 werden durch einen Motor 12 angetrieben.
In der Figur 3 ist die Bewegung der Schäben über einem Lochsieb 9 dargestellt. Die Amplitude der Schäbenbewegung ändert sich in Abhängigkeit der Wellenwinkelgeschwindigkeit ω und des Steigungswinkels α (siehe Figur 6) der Paddel 10. Die sinusförmige Funktion der Schäbenbewegung S über dem Lochsieb 9 ist durch eine Trendlinie dargestellt und ihre Richtung durch einen Pfeil.
Die Figur 4 zeigt eine Skizze der Materialbewegung über die Sichelpaddel 10-1 der ersten Stufe beziehungsweise in einem ersten Axialfraktionierer 1. Durch die Sichelpaddel 10-1 wird der Siebboden geräumt, wobei jedoch ein Teil des Gutes 5 über die Paddel 10 fließt und wieder auf den Siebboden fällt. Hierbei passieren die Schäben das Lochsieb 9.
Zusammenfassend kann man sagen, dass in der ersten Stufe drei Bewegungen stattfinden:

1. Bewegung: Die Paddel 10 räumen das Material vom Siebboden. Dabei wandert ein Anteil des Schüttgutes über die Paddel 10 und kann sich somit auf dem frei geräumten Siebboden wieder ausrichten und die Lochsiebe 9 passieren.
2. Bewegung: Die Paddel nehmen das Schüttgut bis zu einem Grenzwinkel φ mit. Dabei bewegt sich das Material über den Siebboden und passiert dabei teilweise die Lochsiebe 9. Ab dem Grenzwinkel φ fängt das Material seitlich entlang des Paddels 10 an zu fließen. Es führt eine axiale Bewegung aus. Anschließend fließt das Material auf dem Siebboden nach unten. Dabei haben die Partikel wieder genügend Zeit, sich auszurichten und somit die Lochsiebe 9 zu passieren.
3. Bewegung: Die Paddel 10 nehmen das übrige Material, das weder über die Paddel (Bewegung 1) noch seitlich (Bewegung 2) entlang der Paddel 10 bewegt wurde, weiter mit und es kommt zu einem schrägen Wurf. Das Material fliegt über die Welle 11, fällt tangential gegen das Lochsieb 9 und rollt dann wieder auf dem Siebboden entlang. Dabei hat es Zeit, sich auszurichten und kann durch die Lochsiebe 9 fallen.

Die Figur 5 zeigt eine Skizze der Wurfbewegung und die Verteilung der Absiebung des Guts 5 über den Lochsieben 9 in der zweiten Stufe, beziehungsweise in einem, an den ersten gekoppelten zweiten Axialfraktionierer 1-2.
Zunächst sollen nur die nicht an Fasern verhakten oder in von Kurzfasern gebildeten Faserflocken eingebundenen Schäben abgesiebt und fraktioniert werden. Hierfür sind Sichelpaddel 10-1 oder Doppelsichelpaddel 10-3 notwendig. Nur bei dieser Paddelform und bei entsprechend niedrigen Kreisbahngeschwindigkeiten (max. 2,7 m/s) ist eine Schäbenabsiebung möglich, ohne das die Faserflocken aufgelöst und ebenfalls Fasern abgesiebt werden. Die Schäben werden durch diese Paddel 10 gezielt schonend aufgelockert. Durch das Entlanggleiten der Schäben auf der Sichelflanke und das überströmen der Sichelflanke ab einem bestimmten Grenzwinkel φ werden nur die Schäben aufgelockert und können dadurch die Sieböffnungen passieren (Figur 4).
Die Faserflocken bleiben beim Einsatz von Sichelpaddeln 10-1 und den gewählten niedrigen Kreisbahngeschwindigkeiten erhalten. Darüber hinaus wird die Bildung von Faserflocken unter diesen Prozessbedingungen sogar gezielt und beabsichtigt gefördert, um ein vorzeitiges Abscheiden der Fasern zu verhindern.
Wird ein einstufiger Axialfraktionierer 1 eingesetzt, kann nur in drei Fraktionen getrennt werden: 1. feine Schäben, 2. grobe Schäben und 3. Schäben und Kurzfasern.
Wird ein zweistufiger Axialfraktionierer 1 eingesetzt, so kommen in der zweiten Stufe Vollpaddel 10-2 als Trenn- und Transportwerkzeug bei höheren Kreisbahngeschwindigkeiten (10 bis 26,2 m/s) zum Einsatz. Durch diese Paddel 10 und unter diesen Prozessbedingungen erfolgt nicht mehr ein Gleiten des Gutstroms über die Siebflächen, sondern das Material wird gezielt geworfen, umgewälzt und die Flockenstruktur durch die Vollpaddel 10-2 zerstört (Figur 5). Entsprechend der gewählten Sieblochung in dieser zweiten Stufe können jetzt bei zwei Austragungen 7 zwei verschiedene Mischungen von Schäben mit Kurzfasern und über den Auslass 4 gereinigte Kurzfasern gewonnen werden.
Figur 6 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der Paddelschnecke 6 des Axialfraktionierers 1 mit Sichelpaddeln 10-1. Die Anordnung der Sichelpaddel 10-1 ist gekennzeichnet durch den Abstand F zwischen zwei aufeinander folgenden Paddeln 10, den Steigungswinkel α,um den die Paddel 10 geneigt sind, und die Ganghöhe G, dem Abstand zur in einer Reihe wiederholt auftretenden Paddel 10. Üblicherweise sind die Paddel 10 um 90° versetzt angeordnet. Somit wird ein Paddelgang von vier aufeinander folgenden Paddeln 10 gebildet. Es können jedoch auch Ausführungen mit nur zwei oder bis zu acht Paddeln 10 pro Gang gewählt werden.
Figur 7 zeigt drei geeignete Paddel 10. Dies sind ein Sichelpaddel 10-1, ein Vollpaddel 10-2 und ein Doppelsichelpaddel 10-3. Sichelpaddel 10-1 und Doppelsichelpaddel 10-3 kommen bei einem zweistufigen Axialfraktionierer 1 in der ersten Stufe zum Einsatz, Vollpaddel 10-2 in der zweiten Stufe.
Figur 8 zeigt ein Diagramm der Trennerfolge eines (Versuchs-)Axialfraktionierers 1 (bzw. erste Stufe). In dem Diagramm ist die Trennfunktion T_i zwischen den feinen und groben Schäben (Korngröße d_i) unter Berücksichtigung des Massenstroms m dargestellt.
Im Einzelnen zeigt T(d) (V2) die Trennfunktion für geröstete Rohstoffe bei einem Massestrom von 1200 kg/h; T(d) (V1a) die Trennfunktion für ungeröstete Rohstoffe bei einem Massestrom von 1200 kg/h und T(d) (V1b) die Trennfunktion für ungeröstete Rohstoffe bei einem Massestrom von 700 kg/h.
Mit diesem (Versuchs-)Axialfraktionierer 1 wurde ein optimaler Massestrom von 700 kg/h Schäben-Fasergemisch erzielt. Dies entspricht einen Gesamtmassenstrom von rund 1500 kg/h Ausgangsmaterial.
Bei der Reinigung der Fasern in einem gekoppelten zweiten Axialfraktionierer 1 (zweite Stufe) ist es notwendig, mit einer höheren Winkelgeschwindigkeit ω der Welle 11 zu arbeiten. Bei einer Winkelgeschwindigkeit ω von 26 s^-1 ist eine optimale Zerstörung der Flocken bei kleinsten Faserverlusten über die Lochsiebe 9 ermittelt worden. Der erforderliche Reinheitsgrad der kurzen Fasern von mindestens 6 Masseprozent Restschäbengehalt ist bis zu einem Strohmassestrom von ungefähr 2500 kg/h bei ungeröstetem bzw. geröstetem Hanf gewährleistet.
In dem in Figur 9 gezeigten Diagramm ist dargestellt, wie die Ausbeute an Reinmaterial (Y: Anteil am Eingangsmaterial in Prozent) und damit an verwertbarem Material durch den Einsatz eines Axialfraktionierers 1 gesteigert werden kann. Die sich aus dem Diagram ergebenden Werte sind in der Tabelle 1 zusammengefasst. So wird die Ausbeute an Reinmaterial im Vergleich zu dem Einsatz einer Siebtrommel um rund 15 % erhöht. Tabelle 1 - Ausbeute an Reinmaterial:

P1 in % P2 in % P3 in %

S1 0 15,8 9,3

S2 0 17,8 13,3

S + F 40,4 4,4 17,8

F 0 2,4 0

MP 40,4 4,4 17,8

RP 0 36 22,6

P1 Produkte ohne Nutzung einer Sieb- oder Fraktioniereinrichtung
P2 Produkte mit Axialfraktionierer
P3 Produkte mit Siebtrommel
Produkte aus Faser-Schäbengemisch (X1):

S1: Schäben fein
S2: Schäben grob
S+F: Schäben mit Faseranteil
F: Kurzfasern

Verteilung der Produkte (X2):

MP: Mischprodukt aus Fasern und Schäben
RP: Reinprodukt

Bezugszeichenliste:

1: Axialfraktionierer
1-1: erster Axialfraktionierer
1-2: zweiter Axialfraktionierer
2: Gehäuse
3: Einfüllöffnung
3-1: Einfüllöffnung des ersten Axialfraktionierers
3-2: Einfüllöffnung des zweiten Axialfraktionierers
4: Auslass
4-1: Auslass des ersten Axialfraktionierers
4-2: Auslass des zweiten Axialfraktionierers
5: Gut
6: Paddelschnecke
7: Austragung
8: Klappe
9: Lochsieb
10: Paddel
10-1: Sichelpaddel
10-2: Vollpaddel
10-3: Doppelsichelpaddel
11: Welle
12: Motor
13: Fenster
14: Absaugstutzen

Claims

Axialfraktionierer (1) zum fraktionierten Abtrennen von Schäben und kurzen Fasern aus Faserflocken bestehend aus
mindestens einem länglichen Gehäuse (2), wobei an einem ersten seitlichen Ende des Gehäuses (2) eine Einfüllöffnung (3) und an einem zweiten seitlichen Ende des Gehäuses (2) ein Auslass (4) angeordnet ist,
mindestens einer Austragung (7) an der Unterseite des Gehäuses (2) und
mindestens einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Förderschnecke, die einen Transport der Faserflocken über die Austragung (7) bewirkt, wobei die Förderschnecke eine Paddelschnecke (6) ist.
Axialfraktionierer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Paddelschnecke (6) Sichelpaddel (10-1), Vollpaddel (10-2) oder Doppelsichelpaddel (10-3) oder Kombinationen der genannten Paddel aufweist.
Axialfraktionierer (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel α der Paddel (10) in einem Bereich von 60° bis 85° liegt.
Axialfraktionierer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über den Austragungen (7) Lochsiebe (9) mit unterschiedlichen Lochgrößen angeordnet sind.
Axialfraktionierer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrerer Axialfraktionierer (1) miteinander koppelbar sind.
Axialfraktionierer (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Auslass (4-1) des ersten Axialfraktionierers (1-1) mit der Einfüllöffnung (3) des folgenden Axialfraktionierers (1) koppelbar ist.
Axialfraktionierer (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke im ersten Axialfraktionierer (1-1) Sichelpaddel (10-1) oder Doppelsichelpaddel (10-3) und im zweite Axialfraktionierer (1-2) Vollpaddel (10-2) aufweist.
Axialfraktionierer (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenwinkelgeschwindigkeit ω im ersten Axialfraktionierer (1-1) 3 bis 10,5 s^-1 und im zweiten Axialfraktionierer (1-2) 10 bis 26,2 s^-1 beträgt und dass die Kreisbahngeschwindigkeit im ersten Axialfraktionierer (1-1) maximal 2,7 m/s und im zweiten Axialfraktionierer (1-2) maximal 6,5 m/s beträgt.
Verfahren zum fraktioniertem Abtrennen von Schäben und kurzen Fasern aus Faserflocken mit mindestens einem Axialfraktionierer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man
Schäben und/oder kurze Fasern von den Faserflocken abtrennt und
die Schäben und/oder kurzen Fasern klassiert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schäben und/oder kurzen Fasern von den Faserflocken mit einer Paddelschnecke (6) mit Sichelpaddeln (10-1) oder Doppelsichelpaddeln (10-3) entmischt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man den Steigungswinkel α der Paddel auf 60° bis 85° einstellt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die abgetrennten Schäben und kurzen Fasern durch über den Austragungen (7) befindliche Lochsiebe (9) mit unterschiedlichen Lochgrößen klassiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man das Verfahren in mehreren Stufen durchführt, wobei die Faserflocken mehrere Axialfraktionierer (1) passieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man die Wellenwinkelgeschwindigkeit ω im ersten Axialfraktionierer (1-1) auf 3 bis 10,5 s^-1 und im zweiten Axialfraktionierer (1-2) auf 10 bis 26,2 s^-1 einstellt und dass man die Kreisbahngeschwindigkeit v im ersten Axialfraktionierer (1-1) auf maximal 2,7 m/s und im zweiten Axialfraktionierer (1-2) auf maximal 6,5 m/s einstellt.
Verwendung von mindestens einem Axialfraktionierer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zur Gewinnung von Schäben und kurzen Fasern.