EP2277633B1

EP2277633B1 - Verfahren und Vorrichtung zum trennscharfen Klassieren von Partikeln nach ihrer Grösse

Info

Publication number: EP2277633B1
Application number: EP09009288A
Authority: EP
Inventors: Martin Steuer; Georg Unland; Thomas Folgner
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: PL2277633T3; ES2389634T3; RU2012104777A; JP2012532751A; US20120175288A1; MX2012000688A; EP2277633A1; BR112012001079A2; IN2012DN00554A; WO2011006664A8; WO2011006664A1; CN102574160A; EP2277633A8

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum trennscharfen Klassieren von Partikeln nach ihrer Größe.
In der Aufbereitungstechnik ebenso wie für die Produktenherstellung unter Verwendung von Partikeln spielt für eine hohe Effizienz ebenso wie für die Erfüllung von Qualitätsanforderungen der Einsatz klassierten, partikulären Materials eine zunehmende Rolle. Überdies können vielfach durch Bereitstellung sortierter, partikulärer Produkte höhere Qualitäts- und Preisvorstellungen realisiert werden.
Für unterschiedliche industrielle Anwendungen von aus Partikeln unterschiedlicher Größe bestehendem Schüttgut sind die Anforderungen an die Güte der Klassierung, d.h. an die Trennschärfe derselben unterschiedlich, wobei verschiedene Bewertungsverfahren und Bewertungskennziffern für die Beschreibung der Qualität des Klassierprozesses bekannt sind.
Besonders bei sehr eng fraktionierten Aufgabematerialien (Partikeln), in denen ein Großteil der Partikel nur Größenunterschiede im Bereich der Trennkorngrößen aufweist, lässt die Trennschärfe herkömmlicher Klassierung sehr zu wünschen übrig. Auch muss bei herkömmlichen, nur in der Ebene wirksamen, quasi zweidimensionalen Klassiereinrichtungen mit nur zweidimensional wirksamen Siebgeometrien, wie z.B. Rund- oder Rechtecklochblechen oder Siebgeweben ohne Reinigungseinrichtungen wie Bürsten oder Klopfkugeln mit Klemmkorn gerechnet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Klassieren von Partikeln anzugeben, die es gestatten, die Qualität der Klassierung, d.h. die Trennschärfe derselben, beträchtlich gegenüber herkömmlichen Klassierverfahren und - vorrichtungen zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruches 1, hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 10 gelöst.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht also darin, Partikel nach ihrer Größe, insbesondere nach einer ihrer drei Hauptabmessungen in einem euklidischen Raum (kartesisches Koordinatensystem), insbesondere Länge, Breite oder Dicke zu klassieren, wobei die besondere Güte oder Trennschärfe dieser Klassierung, dadurch erreicht wird, dass hierzu erfindungsgemäß dreidimensional-klassierwirksame Durchtrittsöffnungen einer (dreidimensionalen) Siebungsstruktur verwendet werden. Durch diese ist es überraschend möglich, im Vergleich zu vorgenannten konventionellen flächigen Siebgeometrien (2D-Siebgeometrien), bedeutend trennschärfer als bisher zu klassieren.
Dokument FR 2 434 656 öffentlicht eine Vorrichtung zum sortieren von kapseln wobei ein dreidimensionalen Siebungseffekt durch zwei paralleler zueinander Platten ermöglichst wird.
Die vorliegend Erfindung beruht auf einer neuartigen Generation von dreidimensionalen Siebungsstrukturen mit dreidimensional-klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen, wobei vorzugsweise nach einer der drei maximalen Hauptabmessungen Länge, Breite oder Dicke klassiert wird und die Partikelabmessungen mit Hilfe dieser Hauptabmessungen definiert sind. Daher findet im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahrensweisen eine Größenklassifizierung im Raum statt, die zu einer drastischen Erhöhung der Klassierqualität und -güte führt.
Vorzugsweise wird die Klassierung in zumindest einer schwingenden und/oder vorzugsweise einer geneigten Klassierebene durchgeführt, wobei die Partikel vorzugsweise in einer Wurf- oder Gleitbewegung entlang bzw. in Verbindung mit einer Klassierebene bewegt werden, die vorzugsweise rechteckförmige, z.B. quadratische, und/oder elliptische, z.B. kreisförmige Durchtrittsöffnungen in dreidimensionaler Ausführung aufweist, wobei die Partikel vorzugsweise auch im Bereich der dreidimensionalen Durchtrittsöffnungen entlang einer geneigten Ebene bewegt werden.
Es ist jedoch auch möglich, eine nicht-schwingende Klassierebene zu verwenden. In Abhängigkeit vom Klassier-Parameter, insbesondere einer der Materialpaarung Siebungsstruktur-Partikel, weist eine Siebungsstruktur, die zur Klassierung verwendet wird, zumindest im Bereich der Durchtrittsöffnungen einen in Abhängigkeit von der betreffenden Hauptabmessung vorbestimmten Reibungskoeffizienten, insbesondere eine vorbestimmte Haftreibung auf.
Vorzugsweise wird für eine Klassierung eines Partikelgemisches oder einer Partikelfraktion nach der Hauptabmessung Länge a im Bereich der dreidimensional-klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen ein möglichst hoher Haftungskoeffizient vorgesehen, während bei einer Klassierung nach einer der Hauptabmessungen Breite b oder Dicke c im Bereich der dreidimensional-klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen der 3D-Siebungsstruktur ein möglichst geringer Reibungskoeffizient, insbesondere Haftungsreibungskoeffizient gewählt wird, wobei der Haftreibungskoeffizient der Siebungsstruktur in Abhängigkeit von Reibpaarung Partikel-Belag gewählt und vorzugsweise ein jeweils angepasster Klassierbelag für die entsprechende Siebungsstruktur, zumindest im Bereich der dreidimensionalen Durchtrittsöffnungen, verwendet wird.
Besonders bevorzugt wird die Klassierung unterschiedlicher Fraktionen nach der gleichen Hauptabmessung in einer gemeinsamen Vorrichtung, wobei jede Klassierebene (Siebebene) eine eigene Austragseinrichtung aufweist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine Klassiereinrichtung mit einer Siebungsstruktur mit dreidimensional-klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen aus, vorzugsweise ausgeführt als nach einer Seite aus einer Basis der Klassierebene vorspringende Aufstellklappen (oder -kanäle) auf einer Partikel- Aufgabeseite der Siebungsstruktur oder als andererseits aus einer Basis der Klassierebene der Siebungsstruktur heraustretende Ausfallklappen (oder -kanäle), auf der Austrittsseite der Siebungsstruktur.
Unter Schwerkraftbedingungen befinden sich die Aufstellklappen oder -kanäle auf einer Oberseite (Partikel-Aufgabeseite) der Siebstruktur, während sich die Ausstellklappen oder - kanäle auf einer Unterseite (Partikel-Austrittsseite) der Siebstruktur befinden.
Vorzugsweise sind die auf einer Partikel-Aufgabeseite eines Siebungsbelages angeordneten Aufstellklappen entgegengesetzt zu einer Transportrichtung der Partikel entlang der Klassierebene angeordnet, zur Klassierung nach der Hauptabmessung Länge a der Partikel, während Aufstell- oder Ausfallklappen, die die zugehörigen dreidimensionalen Aufstell- oder Ausfallkanäle der Durchtrittsöffnungen begrenzen, in Übereinstimmung oder entgegen einer Transportrichtung der Partikel entlang der Klassierebene angeordnet sind, wenn nach einer Hauptabmessung Dicke c der Partikel klassiert wird, während bei Klassieren nach der Hauptabmessung Breite b die Aufstell- oder Ausfallklappen und die durch diese begrenzten dreidimensionalen Aufstell- oder Ausfallkanäle die Durchtrittsöffnungen vorzugsweise in Übereinstimmung mit einer Transportrichtung der Partikel entlang der Klassierebene angeordnet sind. Die Durchtrittsöffnungen können auch in Gegenrichtung zur Transportrichtung der Partikel orientiert angeordnet sein.
Durch die erfindungsgemäße Sortierung bzw. Klassierung mittels dreidimensional-klassierwirksamer Siebgeometrien nach einer der drei maximalen Hauptabmessungen Länge, Breite, Dicke der Partikel wird durch Veränderung der Anzahl und Lage und/oder Anzahl und/oder Größe von Kontaktbereichen der Partikel im Bereich der Durchtrittsöffnungen eine überraschend hohe Trennschärfe und Klassiergüte erreicht, was insbesondere bei eng fraktionierten Aufgabematerialien, in denen ein großer Teil der Partikel im Bereich einer Trennkorngröße liegt, und bei denen ein Klassierprozess normalerweise eine geringe Trennschärfe aufweist, von hoher Bedeutung ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Partikels, mit seinen maximalen Hauptab- messungen Länge a, Breite b, Dicke c,
Fig. 2: ein Kräftegleichgewicht an einem Partikel zur Beschreibung eines Partikelbewe- gungsverhaltens,
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Bewegungsverhaltens eines Partikels in Ab- hängigkeit von einer Bewegung/Antrieb einer Klassiereinrichtung für eine Wurf- bewegung und eine Gleitbewegung des Partikels,
Fig. 4: Öffnungsgeometrien einer Klassiereinrichtung in einer XY-Ebene, die einer Basis einer Klassierebene entspricht, mit Kreisloch und Quadrat als Beispiele von Durchtrittsöffnungen mit gleichen Abmessungen in X- und Y-Richtung (linke Seite) und rechteckiger sowie elliptischer Lochgeometrie (Durchtrittsöffnung) als Beispie- le von ungleichen Abmessungen der Durchtrittsöffnungen in X- und Y-Richtung auf der rechten Seite,
Fig. 5: dreidimensional klassierwirksame Öffnungsgeometrien einer Klassiereinrichtung mit
Fig. 5a: 3D-Quadratloch und
Fig. 5b: 3D-Rechteckloch in einer Ausführung mit Ausfallklappe,
Fig. 6: dreidimensionale Öffnungsgeometrien einer Klassiereinrichtung mit
Fig. 6a: 3D-Quadratloch und
Fig. 6b: 3D-Rechteckloch mit Aufstellklappe, wobei die Fig. 5 und 6 diese Öffnungsgeo- metrien von 3D-Durchtrittsöffnungen in Draufsicht und im Schnitt zeigen,
Fig. 7: eine schematische Darstellung der Funktionsweisen von Öffnungsgeometrien nach Fig. 5a und 6a, mit
Fig. 7a: einer Klassierung nach Hauptabmessung a mit Ausfallklappe und 3D- Quadratloch, und
Fig. 7b: einer Klassierung mit Aufstellklappe und 3D-Quadratloch,
Fig. 8: einer Klassierung nach einer Hauptabmessung b, mit
Fig. 8a: Klassierung mit 3D-Kreisloch mit Ausfallklappe, und
Fig. 8b: einer Klassierung mit 3D-Quadratloch mit Aufstellklappe,
Fig. 9: einer Klassierung nach einer Hauptabmessung c mit 3D-Rechteckloch,
Fig. 9a: mit Ausfallklappe,
Fig. 9b: mit 3D-Rechteckloch mit Aufstellklappe,
Fig. 10: eine schematische Darstellung eines Siebdecks als Klassiereinrichtung für eine Klassierung nach einer maximalen Partikelausdehnung, Hauptabmessung (Län- ge) a,
Fig. 11 1: eine schematische Darstellung einer Mehrdeckvorrichtung mit Fraktionierung bei Klassierung nach der maximalen Hauptabmessung (Länge) a,
Fig. 12: eine schematische Darstellung für ein Siebdeck als Klassiereinrichtung für eine Klassierung nach der maximalen Hauptabmessung (Länge) a mit Aufstellklappe, in
Fig.12a: Längsschnittansicht,
Fig. 12b: Draufsicht,
Fig. 12c: einer Teil-Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Fig. 12b,
Fig. 13: eine schematische Darstellung eines Siebdecks als Klassiereinrichtung für eine Klassierung nach der maximalen Hauptabmessung (Länge) a mit planparalleler Ausbildung des Siebdecks und in dieses integrierte Ausfallklappen (mit dreidi- mensional-klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen), in
Fig. 13a: Längsschnitt,
Fig. 13b: Draufsicht,
Fig. 14: eine Eindeck-Klassiervorrichtung für eine Klassierung nach der maximalen Hauptanmessung (Länge) a, in
Fig. 14a: schematischer Längsschnittdarstellung,
Fig. 14b: einem Siebbelag der Klassiereinrichtung mit 3D-Quadratlöchern in schematischer Darstellung in Draufsicht,
Fig. 14c: die Klassiervorrichtung nach Fig. 14a in schematischer Darstellung in Seitenan- sicht mit Austrageinrichtung,
Fig. 15: eine Mehrdeck-Klassiervorrichtung für eine Klassierung nach der maximalen Hauptabmessung (Länge) a in
Fig. 15a: schematischer Längsschnittdarstellung, wobei
Fig. 15b: einen Siebbelag der Klassiervorrichtung mit 3D-Quadratlöchern in schematischer Darstellung in Draufsicht zeigt, und
Fig. 15c: die Klassiervorrichtung nach Fig. 15a in Seitenansicht mit Austrageinrichtung für die verschiedenen, zur Fraktionierung vorgesehenen Klassiereinrichtungen,
Fig. 16: eine schematische Darstellung eines Siebdecks als Klassiereinrichtung für eine Klassierung nach der mittleren Hauptabmessung (Breite) b mit Aufstellklappen, in
Fig. 16a: im Längsschnitt,
Fig. 16b: in Draufsicht,
Fig. 16c: in Teil-Schnittdarstellung entlang einer Linie B-B in Fig. 16b,
Fig. 17: eine schematische Darstellung eines Siebdecks als Klassiereinrichtung für eine Klassierung nach der mittleren Hauptabmessung (Breite) b mit planparalleler Ausbildung des Siebdecks und in dieses integrierte Aufallklappen (mit klassier- wirksamen Durchtrittsöffnungen),
Fig. 17a: im Längsschnitt,
Fig. 17b: in Draufsicht,
Fig. 18: eine Eindeck-Klassiervorrichtung für eine Klassierung nach der mittleren Haupt- abmessung (Breite) b in
Fig. 18a: schematischer Längsschnittdarstellung,
Fig. 18b: einen Siebbelag der Klassiervorrichtung mit 3D-Rundlöchern in der Durchtritts- ebene (Kreislöcher) in schematischer Darstellung und in Draufsicht,
Fig. 18c: die Klassiervorrichtung nach Fig. 18b in Seitenansicht in schematischer Darstel- lung mit Austrageinrichtung,
Fig. 19: eine Mehrdeck-Klassiervorrichtung für eine Klassierung nach der mittleren Haupt- abmessung (Breite) b in
Fig. 19a: schematischer Längsschnittdarstellung, wobei
Fig. 19b: einen Siebbelag der Klassiervorrichtung mit 3D-Rundlöchern in der Durchtritts- ebene in schematischer Darstellung in der Draufsicht zeigt, und
Fig. 19c: die Klassiervorrichtung nach Fig. 19b in Seitenansicht mit Austrageinrichtung zeigt,
Fig. 20: eine schematische Darstellung eines Siebdecks als Klassiereinrichtung für eine Klassierung nach der minimalen Hauptabmessung (Dicke) c mit Aufstellklappe,
Fig. 20a: in Längsschnittdarstellung,
Fig. 20b: in Draufsicht,
Fig. 20c: in Teil-Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Fig. 20b,
Fig. 21: ein Siebdeck als Klassiereinrichtung für eine Klassierung nach der minimalen Hauptabmessung (Dicke) c mit planparalleler Ausbildung des Siebdecks und in dieses integrierte Aufstellklappen (mit klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen), in
Fig.21a: im Längsschnitt,
Fig. 21 b: in Draufsicht,
Fig. 21c: eine Schnittdarstellung entlang der Linie C-C nach Fig. 21b,
Fig. 22: eine Eindeck-Klassiervorrichtung für eine Klassierung nach der minimalen Haupt- abmessung (Dicke) c in
Fig. 22a: schematischer Längsschnittdarstellung,
Fig. 22b: einem Siebbelag der Klassiervorrichtung mit 3D-Rechtecklöchern in schemati- scher Darstellung,
Fig. 22c: die Klassiervorrichtung nach Fig. 22b in Seitenansicht mit Austrageinrichtung in schematischer Darstellung,
Fig. 23: eine Mehrdeck-Klassiervorrichtung für eine Klassierung nach der minimalen Hauptabmessung (Dicke) c in
Fig. 23a: schematischer Längsschnittdarstellung,
Fig. 23b: einem Siebbelag der Klassiervorrichtung mit 3D-Rechtecklöchern in schemati- scher Darstellung,
Fig. 23c: eine Klassiervorrichtung nach Fig. 23a in Seitenansicht mit Austrageinrichtungen in schematischer Darstellung.

Grundlage der nachfolgenden Erläuterungen von Ausführungsbeispielen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum trennscharfen Sortieren von Partikeln eines Aufgabegutes nach ihrer Größe, beruhend auf einer Klassierung nach einer der drei maximalen Hauptabmessungen derselben im euklidschen Raum, ist die Geometrie eines Partikels 1, wie in Fig. 1 dargestellt, wobei diese Klassierung eines vorzugsweise aus rieselfähigen Partikeln bestehenden Aufgabegutes, das ein beliebiges Schüttgut sein kann, die Hauptabmessungen des Partikels, nämlich seine maximale Länge a, seine mittlere Hauptabmessung, Breite b und seine minimale Hauptabmessung, Dicke c, ist, wobei sich diese drei im kartesischen Koordinatensystem festgelegten Hauptabmessungen des Partikels 1 in den Hauptachsen X, Y, Z durch einen regelmäßigen Körper, wie z. B. einen Quader oder, wie in Fig. 1 angedeutet, durch einen Ellipsoid als Einhüllenden darstellen lassen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Ellipsoid mit den Hauptabmessungen Länge a, Breite b und Dicke c verwendet, wobei das Volumen dieses einhüllenden Ellipsoids minimal ist. Das Verhältnis der drei Hauptabmessungen (Länge a, Breite b, Dicke c) lässt sich mit a>b>c beschreiben, wobei A senkrecht zu b, b senkrecht zu v und v senkrecht zu a ist.
Auf der Grundlage einer genauen Definition der Abmessungen eines Partikels 1 in den drei Raumebenen XZ, ZY und XY kann die Aufgabe einer Klassierung hoher Güte nach jeweils einer der drei Hauptabmessungen definiert werden. Besonders bei sehr eng fraktionierten Aufgabematerialien, in denen ein Großteil der Partikel 1 hinsichtlich ihrer Größe im Bereich der Trennkorngröße liegt, wird durch die hier vorgeschlagene 3D-Klassierung, unter der eine Klassierung unter Verwendung dreidimensional klassierwirksamer Durchtrittsöffnungen verstanden wird, eine überraschend hochqualitative und trennscharfe Klassierung erreicht, wobei auch eine deutliche Verringerung von Klemmkorn erreicht wird, ohne dass besondere Reinigungseinrichtungen zur Anwendung kommen. Der in Fig. 1 für die Definition der Partikelgeometrie verwendete, einhüllende Ellipsoid weist ein definiertes Abmessungsverhältnis a:b:c = 6:2:1 auf.
Bei einer dreidimensionalen, d.h. unter Einsatz dreidimensional klassierwirksamer Durchtrittsöffnungen vorgenommenen hoch-trennscharfen Größenklassierung von Partikeln nach einer Hauptabmessung derselben (im Rahmen dieser Anmeldung auch als "3D-Klassierung" bezeichnet), ist es sowohl für das Aufstellen eines physikalisch-verfahrenstechnischen Modells wie auch zur Definition von verschiedenen Lösungsvarianten sinnvoll, geeignete Beschreibungselemente zu wählen, mit deren Hilfe die Funktion von 3D-Klassiergeometrien (Klassierbelege, Siebstrukturen) beschrieben werden können. Als Parameter dienen hierbei eine Partikelbewegung, eine Sieböffnungsgeometrie, d.h. eine Geometrie von dreidimensional klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen der Siebeinrichtung mit ihren charakteristischen Abmessungen sowie die in Abhängigkeit von der Klassieraufgabe beachtlichen, herrschenden bzw. festzulegenden Reibungsverhältnisse.
Die Partikelbewegung wird dabei mit Hilfe einer Maßzahl beschrieben, die durch das Verhältnis des senkrecht zu einer Klassierebene einer Klassiereinrichtung (Siebeinrichtung) stehenden Komponenten der auf einen Partikel 1 wirkenden Beschleunigungskraft F_a und der Gewichtskraft F_g beschrieben wird. Diese Maßzahl wird als Sieb- oder Wurfkennziffer S_v bezeichnet. In Fig. 2 ist das auf einen Partikel 1 wirkende Kräftegleichgewicht bei der Partikelbeschleunigung infolge einer Linearschwingung zur Beschreibung/Ermittlung möglicher Bewegungsvorkommen für eine Siebeinrichtung (Klassiereinrichtung 2) dargestellt. Die Siebkennziffer wird wie folgt berechnet: $S_{v} = \frac{F_{a, N}}{F_{g, N}}$
$S_{v} = \frac{F_{a} \cdot \sin (α + β)}{F_{g} \cdot \cos (α)}$

mit: $F_{a} = m_{p} \cdot a$

mit: $F_{g} = m_{p} \cdot g$
$S_{v} = \frac{a \cdot \sin (α + β)}{g \cdot \cos (α)}$
Dabei bezeichnet m_p eine Partikelmasse, α einen Anstellwinkel einer Siebebene (Klassierebene) bzw. eines Klassierbelages der Sieb- oder Klassiereinrichtung 2 und β ein Wirkwinkel der Beschleunigungskraft infolge eines Schwingantriebes der Sieb- bzw. Klassiereinrichtung 2.
Zur Beschreibung einer Partikelbewegung entlang der Klassiereinrichtung bzw. Siebeinrichtung 2 (= Bewegung entlang eines Klassierbelages), wird zwischen Wurfbewegung mit S_v> 1 und einer Gleitbewegung S_v ≤ 1 unterschieden.
In Fig. 3 sind die Bewegungsverhältnisse eines runden Modellkörpers bei einer Wurf- bzw. Gleitbewegung am Beispiel eines geneigten Klassierbelages (Klassiereinrichtung 2) dargestellt.
Als Sortiereinrichtung bzw. Mittel zum Klassieren von Partikeln 1 werden vorzugsweise Schwingsiebe (Siebeinrichtungen 2 mit einem Schwingantrieb) verwendet oder eine Siebeinrichtung 2, die, schräg gestellt, aufgrund ihrer Neigung eine Gleitbewegung der Partikel 1 entlang der Siebeinrichtung 2 in der Klassierebene bei ruhender Siebeinrichtung 2 herbeiführt, wie dies schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Die Siebeinrichtung 2 kann vorzugsweise eine Kreisschwingung, eine Ellipsenschwingung, einen Linearschwinger oder eine Planschwingung aufweisen.
Als Sieböffnungsgeometrien, die die Geometrie der dreidimensional klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen 3 eines Klassier- oder Siebbelages 2 beschreiben, sind vorzugsweise 3D-Quadratloch, 3D-Langloch, 3D-Rechteckloch, 3D-Ellipsenloch oder 3D-Kreisloch vorgesehen. Die Sieböffnungsgeometrie beschreibt demnach die Geometrie der Durchtrittsöffnungen 3 des Sieb- oder Klassierbelages 2 (der die Klassiereinrichtung bildet). Grundsätzlich können hierbei die Öffnungsgeometrien in einer XY-Ebene und in einer XZ-Ebene bzw. einer Y/Z-Ebene unterschieden werden. In einer eine Klassierebene bildenden, sich in einer Hauptebene der Klassiereinrichtung (Siebbelag 2) erstreckenden horizontalen XY-Ebene kann zwischen Sieböffnungsgeometrien unterschieden werden, bei denen eine Abmessung in X- und in Y-Richtung gleich groß ist oder bei denen diese Abmessungen voneinander verschieden sind. Ersteres ist in Fig. 4 auf der linken Seite für eine kreisrunde bzw. eine quadratische Durchtrittsöffnung 3 dargestellt, während auf der rechten Seite in Fig. 4 zwei Beispiele für unterschiedliche Abmessungen der Durchtrittsöffnungen 3 in X-Richtung und Y-Richtung als rechteckige oder elliptische Durchtrittsöffnungen dargestellt sind.
Zur Ausbildung einer dreidimensionalen und klassierwirksamen Durchtrittsöffnung 3 wird vorzugsweise eine der vorbeschriebenen "zweidimensionalen" Öffnungsgeometrien in der XY-Ebene in der XZ- bzw. YZ-Ebene mit einer schiefen Ebene versehen, welche entlang einer der Raumachsen X oder Y unter einem definierten Winkel y zur Ebene XY angeordnet ist. Auf diese Art ergibt sich zwischen der XY-Ebene und der schiefen Ebene eine vertikale Öffnung mit den Abmaßen w_x - w_z bzw. w_y - w_z, wobei in Fig. 5 und Fig. 6 Varianten einer 3D-Geometrie für die Gestaltung der Durchtrittsöffnungen 3 bei Wahl einer quadratischen bzw. rechteckigen Öffnungsgeometrie in der XY-Ebene dargestellt sind. Die schiefe Ebene kann als Ausfallklappe 4, wie in Fig. 5 dargestellt oder als Aufstellklappe 5, wie in Fig. 6 dargestellt, ausgeführt sein. Fig. 6a zeigt dabei ein 3D-Quadratloch als Durchtrittsöffnung 3, während Fig. 6b ein 3D-Rechteckloch mit Aufstellklappe 5 zeigt.
Das Wirkprinzip der 3D-Größenklassierung für eine trennscharfe Klassifizierung nach den maximalen Hauptabmessungen a (Länge), b (Breite) sowie c (Dicke) durch Verwendung einer definierten Öffnungsgeometrie der Durchtrittsöffnungen 3, die in den drei Raumebenen XY, YZ und ZX ausgerichtet ist sowie durch eine Auswahl der oben erläuterten Partikelbewegung und unter Berücksichtigung der Reibungsverhältnisse in Abhängigkeit von der jeweiligen Klassieraufgabe (unterschiedliche Reibverhältnisse je nach Klassierung nach Hauptabmessung Länge a, oder Hauptabmessung Breite b, oder Hauptabmessung Dicke c) eine Klassierung nach einer der drei Partikelabmessungen Länge a, Breite b oder Dicke c erreicht. Nachfolgend wird dies anhand zugehöriger Ausführungsbeispiele im Einzelnen erläutert.
Fig. 7 zeigt die Klassierung nach der Hauptabmessung Länge a, einmal für den Fall der Verwendung von dreidimensional klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen 3 mit Ausfallklappe 4 in Fig. 7a oder der Ausführung von Durchtrittsöffnungen 3 mit Aufstellklappe 5, schematisch in Schnittansicht oder Draufsicht jeweils gezeigt in Fig. 7b. Die Klassierung nach der Hauptabmessung Länge a wird am Beispiel einer quadratischen Öffnungsgeometrie, d.h. mit quadratischer Durchtrittsöffnung 3 in der XY-Ebene, einer Siebkennziffer S_v > 1 (Wurfbewegung) sowie einer der Materialtransportrichtung entgegengerichteten Ausfallklappe 4 oder Aufstellklappe 5 erläutert. In Fig. 7 ist jeweils ein Beispiel für die Verwendung einer Ausfallklappe 4 bzw. einer Aufstellklappe 5 für die Klassierung nach der Hauptabmessung Länge a durch ein 3D-Quadratloch dargestellt. Wird ein Partikel 1 unter Verwendung der Ausführung einer Klassiereinrichtung (Siebbelag) mit Ausfallklappengeometrie, d.h. bei Verwendung sich von einer Basis der Klassifizierebene nach unten geneigt erstreckenden Ausfallklappe 4 wie in Fig. 7a gezeigt, durch die Wahl der Siebkennziffer zu einer Wurfbewegung angeregt, kommt es, wie in Abbildung 7a dargestellt, zu einem "Durchstecken" bzw. "Aufstellen" des Partikels 1 mit seiner Breite b aufgrund einer wirksamen Klassiergeometrie w_x - w_y der 3D-Quadratloch-Durchtrittsöffnung 3. Durch das Ausrichten der Ausfallklappe 4 entgegengesetzt zur Material-Transportrichtung der Partikel 1 wird der Partikel 1 beim "Durchstecken" durch die XY-Ebene in seiner Ausrichtung gehalten. Beim Auftreffen des Partikels 1 auf der Ausfallklappe 4 kippt der Partikel 1 und wird durch mindestens drei Punkte A1, A2, A3 (siehe Fig. 7a) gehalten. Die Pfeile einer möglichen Bewegungsrichtung in Fig. 7 deuten eine mögliche Bewegungsrichtung des Partikels 1 an.
Wesentlich ist hierbei, dass durch die Wahl des Werkstoffes des Klassierbelages bzw. Siebbelages der Klassiereinrichtung in Verbindung mit der Berücksichtigung der Art der zu klassierenden Partikel 1 und der durch diese gebildeten Elemente der Reibungspaarung, ein hoher Haftreibungskoeffizient der Reibpaarung Partikel-Siebbelag der Klassiereinrichtung vorgesehen ist. Vorzugsweise werden für die Reibbedingungen bei der Klassierung nach der maximalen Hauptabmessung Länge a hohe Haftreibungskoeffizienten benötigt, im Rahmen der vorliegenden Anmeldung vorzugsweise ein Haftreibungskoeffizient von µ ≥ 0,3, insbesondere µ ≥ 0,7.
Reibungsbedingt wird dabei sichergestellt, dass der Partikel 1 zur Klassierung nach der maximalen Hauptabmessung Länge a in der in Fig. 1a unten dargestellten, durch den Kontakt an den Punkten A1, A2 und/oder A3 bedingten, aufgestellten Position gehalten wird und damit auf dem Siebbelag bzw. auf der Klassiereinrichtung verbleibt und nicht durch die Durchtrittsöffnung 3 hindurchrutscht (wie die anderen Partikel, die keine durch die Ausgestaltung des Siebbelages in Abhängigkeit vom Aufgabegut definierte, vorbestimme Länge a besitzen und somit durch die Durchtrittsöffnung 3 hindurchtreten). Durch die Bewegung des Klassierbelages bzw. der Klassiereinrichtung (Siebdeck 11) wird gewährleistet, dass der Partikel 1 in seiner definierten Ausrichtung gehalten wird und somit in Abhängigkeit von einer Lage seines Schwerpunktes S nach der Länge a klassiert werden kann. Ohne einen hinreichend hohen Haftreibungskoeffizienten würde der Partikel 1, wie in Fig. 7a gezeigt, kippen und nicht durch den Kontaktpunkt A1 in Berührung mit der Ausfallklappe 4 gehalten werden und mit seiner Breite durch die sich zwischen der XY-Ebene und der Ausfallklappe 4 ergebende Durchtrittsöffnung hindurchgleiten können.
Eine analoge Ausführung, jedoch mit Verwendung einer Aufstellklappe 5 (selbstverständlich weist die Klassiereinrichtung bzw. der Siebbelag eine Vielzahl solcher Aufstellklappen 5 , bzw. bei der Ausführung nach Fig. 7a Ausfallklappen 4, auf) zeigt Fig. 7b, wobei auch mit einer derartigen Aufstellklappe 5, die aus einer Basis B der Klassierebene nach oben heraustritt, ebenfalls nach der maximalen Hauptabmessung Länge a klassiert werden kann. Wird ein Partikel 1 unter Verwendung der klassierwirksamen 3D-Aufstellklappengeometrie gemäß Fig. 7b durch die Wahl der Siebkennziffer zu einer Wurfbewegung angeregt, kommt es, wie in Fig. 7 gezeigt, zu einem Aufstellen des Partikels 1 mit seiner Breite b parallel zur XY-Ebene. Durch das Ausrichten der Aufstellklappe 5 entgegengesetzt zur Materialtransportrichtung, wird der Partikel 1 beim Aufstellen auf der XY-Ebene in seiner Ausrichtung gehalten. Auch hier kippt der Partikel 1 beim Auftreffen desselben auf der XY-Ebene und wird durch mindestens drei Punkte B1, B2, B3 gehalten. Auch hierbei muss durch die Wahl des Werkstoffes des Klassierbelages bzw. Siebbelages und der Klassiereinrichtung gewährleistet werden, dass ein hoher Haftreibungskoeffizient µ für die Reibpaarung Partikel-Klassierbelag bzw. Oberflächenbeschichtung der Klassiereinrichtung vorhanden ist (µ ≥ 0,3). Vorzugsweise wird ein Reibungskoeffizient von µ ≥ 0,7 vorgesehen. Bei der Bewegung des Klassierbelages wird somit gewährleistet, dass der Partikel 1 in seiner definierten Ausrichtung und Aufstellung gehalten wird und somit in Abhängigkeit von der Lage seines Schwerpunktes S nach der Länge a klassiert werden kann. Auch hier würde ohne einen hinreichend hohen Haftreibungskoeffizienten der Partikel 1 kippen und mit seiner Breite durch die sich zwischen der XY-Ebene und der Aufstellklappe 5 ergebende Durchtrittsöffnung 3 hindurchgleiten können.
Nachfolgend wird die Klassierung nach der Hauptabmessung Breite b anhand von Fig. 8a und Fig. 8b jeweils wieder für die Ausführung des Klassierbelages bzw. der Klassiereinrichtung mit Ausfallklappe 4 (Fig. 8a) oder Aufstellklappe 5 (Fig. 8b) erläutert. Bei Verwendung einer kreisrunden , d.h in der XY-Ebene elliptischen Durchtrittsöffnung 3, einer Siebkennziffer S_v < 1 (Gleitbewegung) sowie einer in Materialtransportrichtung geöffneten Ausfallklappe 4, können die Partikel 1 nach ihrer Breite b klassifiziert werden. Wird ein Partikel 1 durch die Wahl der Siebkennziffer (S_v < 1) zu einer Gleitbewegung angeregt, kommt es, wie in Fig. 8a dargestellt, aufgrund der Lage des Schwerpunktes S des Partikels zu einem "Durchfallen" des Partikels in einen kreisrunden Durchtrittskanal 6, der durch die Ausfallklappe 4 sowie vorzugsweise eine parallel sich von einer gegenüberliegenden Kante der Durchtrittsöffnung 3 erstreckenden Ausfallklappe 4a (die Ausfallklappen 4, 4a können ein integrales Rohr zur Bildung des Durchtrittskanals 6 sein) gebildet wird. In diesem, im Querschnitt kreisrunden Durchtrittskanal mit einem Öffnungsdurchmesser w_ö erfolgt eine Klassierung nach der Partikelbreite b. Der zu klassierende Partikel 1 fällt mit seiner Hauptabmessung a (Länge) in den Durchtrittskanal 6 und berührt diesen Durchtrittskanal 6 in mindestens einem Punkt C1, während er gleichzeitig in einen weiteren Punkt C2 mit dem Rand der Durchtrittsöffnung 3 in Kontakt ist. In diesem Fall muss durch die Wahl des Werkstoffes der Klassiereinrichtung bzw. des Klassierbelages 2, entlang dessen der Partikel 1 sich bewegt, ein möglichst niedriger Haftreibungskoeffizient µ für die Reibpaarung Partikel-Klassiereinrichtung gewählt werden, insbesondere mit einem Haftreibungskoeffizienten µ ≤ 0,3, so dass ein "Steckenbleiben" des Partikels 1 im Durchtrittskanal 6 verhindert wird. Bei der Klassierung nach der Breite b ist also eine zur Klassierung nach der Hauptabmessung Länge a gerade entgegen gesetzte Wahl des Reibungskoeffizienten für die Reibpaarung zwischen Partikel und Klassiereinrichtung bzw. Siebdeck oder Klassierbelag vorzusehen und in Abhängigkeit von der Art der zu klassierenden Partikel 1 bzw. dem Material der Klassiereinrichtung, d. h. der Oberfläche des Klassierbelages 2, entlang derer sich die Partikel 1 bewegen, auszuwählen bzw. einzurichten. Partikel, die nicht dies als Klassierkriterium definierte Breite b aufweisen (Partikel mit größerer Breite) verbleiben auf dem Siebbelag.
Fig. 8b verdeutlicht schematisch eine Klassierung nach der Hauptabmessung Breite b unter Verwendung einer quadratischen Öffnungsgeometrie in der XY-Ebene (3D-Quadratloch), einer Siebkennziffer S_v < 1 (Gleitbewegung) sowie einer zur Materialtransportrichtung sich öffnenden Aufstellklappe 5 durch die ebenfalls nach der Breite b klassiert werden kann. Wird in diesem Fall ein Partikel 1 durch die Wahl der Siebkennziffer S_v < 1 zu einer Gleitbewegung entlang der Klassiereinrichtung angeregt, gleitet der Partikel 1, wie in Fig. 8b dargestellt, in der XY-Ebene auf die quadratische Durchtrittsöffnung 3 (3D-Quadratloch) der Aufstellklappengeometrie zu und berührt diese in mindestens einem Punkt C2. Je nach Lage des Schwerpunktes S des Partikels 1 dreht sich der Partikel 1 aufgrund des auf den Partikel 1 einwirkenden Momentes in die Öffnungsgeometrie der Durchtrittsöffnung 3 mit Aufstellklappe 5 in der XZ-Ebene oder bewegt sich um diese herum. Durch die Wahl des Werkstoffes der Klassiereinrichtung bzw. des Siebbelages muss in Abstimmung mit dem Material der Partikel 1 vorzugsweise dafür Sorge getragen werden, dass die Reibpaarung Partikel-Klassierbelag bzw. Klassiereinrichtung einen möglichst niedrigen Haftreibungskoeffizienten besitzt, so dass ein "Steckenbleiben" des Partikels 1 in der Öffnungsgeometrie der 3D-Durchtrittsöffnung 3 mit Aufstellklappe 5 verhindert wird. Auch hier wird vorzugsweise ein Haftreibungskoeffizient µ ≤ 0,3 gewählt.
Auch hier geben wiederum die Pfeile in den Darstellungen eine mögliche Bewegungsrichtung des Partikels 1 an.
Anhand von Fig. 9 wird nachfolgend eine Klassierung nach der Hauptabmessung c (Dicke) ebenfalls sowohl anhand einer Ausführung der Klassiereinrichtung mit Ausfallklappe 4 (Fig. 9a) als auch einer Ausführung mit Aufstellklappe 5 (Fig. 9b). erläutert. Vorzugsweise kann unter Verwendung einer rechteckigen Öffnungsgeometrie (Durchtrittsöffnung 3) in der XY-Ebene, einer Siebkennziffer S_v < 1 (Gleitbewegung) sowie einer in Materialtransportrichtung geöffneten Ausfallklappe 4 nach der Hauptabmessung Dicke c der Partikel 1 klassiert werden. Die 3D-Rechtecköffnung ist mit ihrer langen Seite vorzugsweise rechtwinklig zur Materialtransportrichtung angeordnet, wie dies in Fig. 9a dargestellt ist. Wird ein Partikel 1 durch die Wahl der Siebkennziffer (S_v < 1) zu einer Gleitbewegung angeregt, kommt es, wie in Fig. 9a dargestellt, zu einem Ausrichten des Partikels 1 mit seiner Hauptabmessung a (Länge) entlang der längsten Abmessung der rechteckigen Öffnungsgeometrie (3D-Rechteckloch in der XY-Ebene). Durch diese Ausrichtung rutscht der Partikel 1 mit seiner Ebene B/C in einen rechteckigen Öffnungskanal 6 zwischen der Ausfallklappe 4 (sowie einer gegenüberliegend parallelen Ausfallklappe 4a, die sich vom gegenüberliegenden Rand der Durchtrittsöffnung 3 erstreckt) und der XY-Ebene. In dem Öffnungskanal 6 erfolgt aufgrund der Abmessung (Breite w_ö des Öffnungskanales 6, die durch den minimalen Abstand zwischen der Ausfallklappe 4 und der XY-Ebene definiert wird) die Klassierung nach der Partikeldicke c. Auch hier muss wie bei der Klassierung nach der Hauptabmessung b (Breite) die Wahl des Haftreibungskoeffizienten der Reibpaarung Partikel-Klassierbelag bzw. Siebdeckmaterial oder Oberfläche der Klassiereinrichtung möglichst niedrig ausgeführt sein (insbesondere µ ≤ 0,3), da so ein "Steckenbleiben" des Partikels 1 im Durchtrittskanal 6 verhindert wird.
Die Berechnung der Lochdicke w_z (Fig. 9a) bzw. des Lochdurchmessers w_x (Fig. 8a, siehe auch Figuren 4 bis 9) erfolgt mit w_z = w_x · tan α.
Fig. 9b verdeutlicht schematisch die Ausführung einer Klassierungseinrichtung zur Klassierung nach der Hauptabmessung Dicke c mittels Aufstellklappe 5 unter Verwendung einer rechteckigen Öffnungsgeometrie in der XZ-Ebene einer Siebkennziffer S_v < 1 (Gleitbewegung) sowie einer entgegen der Materialtransportrichtung geöffneten Aufstellklappe. Auch hier ist die rechteckige Öffnungsgeometrie (3D-Rechteckloch) mit ihrer langen Seite rechtwinklig zur Materialtransportrichtung angeordnet. Wird ein Partikel 1 durch die Wahl der Siebkennziffer S_v < 1 zu einer Gleitbewegung angeregt, kommt es, wie Fig. 9b verdeutlicht, zu einem Ausrichten des Partikels 1 mit seiner Hauptabmessung Länge a entlang der längsten Abmessung der rechteckigen Öffnungsgeometrie der Aufstellklappe 5 in der XY-Ebene. Dort erfolgt aufgrund der Abmessung w_z, die durch den minimalen Abstand zwischen der Aufstellklappe 5 und der XY-Ebene definiert wird, die Klassierung nach der Partikeldicke c. Auch hier muss durch die Wahl des Werkstoffes des Siebbelages bzw. der Klassiereinrichtung gewährleistet werden, dass ein möglichst niedriger Haftreibungskoeffizient der Reibungspaarung Partikel-Klassier- bzw. Siebbelag eingestellt ist, so dass ein "Steckenbleiben" des Partikels 1 im Durchtrittskanal 6 verhindert wird. Auch hier gibt ein Pfeil eine mögliche Bewegungsrichtung des Partikels 1 an. Vorzugsweise liegt der Haftreibungskoeffizient bei einem Wert µ ≤ 0,3. Nicht dem Maß der festgelegten Dicke c als Klassierkriterium entsprechende Partikel (dickere Partikel) verbleiben auf dem Klassierbelag.
Anhand der vorgewählten Ausführungsbeispiele ist es möglich, eine trennscharfe Klassierung von Partikeln 1 nach ihrer Größe auf der Basis der drei Partikel-Hauptabmessungen, Länge, Breite, Dicke mit Hilfe einer dreidimensionalen Klassiergeometrie, d. h. dreidimensional klassierwirksamer Durchtrittsöffnungen 3, zu realisieren.
Unter Berücksichtigung der Abmessungsverhältnisse der Durchtrittsöffnungen 3 in X- und Y-Richtung, einer Partikelbewegung (Siebkennziffer), einer Öffnungsgeometrie der klassierwirksamen 3D-Durchtrittsöffnungen, einer Öffnungsgeometrie der Durchtrittsöffnungen in der XY-Ebene bzw. YZ-Ebene, einer Öffnungsgeometrie in der XZ- bzw. YZ-Ebene sowie der in Abhängigkeit von der Klassieraufgabe wesentlichen Haftreibwerte der Reibungspaarung Partikel-Material der Siebstruktur (Klassiereinrichtung) ist eine Vielzahl an Ausführungsmöglichkeiten (zumindest 6 oder mehr) zur Klassierung nach der Partikellänge a bzw. Partikelbreite b sowie der Partikeldicke c der Partikel 1 als Möglichkeiten einer verfahrenstechnischen Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtigung der vorgenannten Parameter vorgesehen.
Nachfolgend werden schematisch verfahrenstechnische Modelle und Vorrichtungen zur Realisierung der vorerläuterten Größenklassierung von Partikeln nach einer ihrer Hauptabmessungen Länge, Breite oder Dicke erläutert.
Fig. 10 zeigt schematisch anhand eines Eindecksiebes 7 eine grundsätzliche, vorrichtungstechnische Umsetzung für eine Klassiervorrichtung mit einem Eindecksieb 7 für eine Klassierung nach der Hauptabmessung a. Ohne dass es im einzelnen dargestellt wäre, erfolgt hier, wie anhand von Fig. 7a (links unten) erläutert, ein Durchgang des aufgegebenen Partikelmateriales durch das Eindecksieb 7, insofern die Partikel keine Länge a aufweisen, die zu einem Verharren von Partikeln 1 auf dem Eindecksieb 7 und damit zur Klassierung nach der Hauptabmessung Länge a führte, wie dies in Fig. 7a dargestellt ist.
Selbstverständlich ist es mit Hilfe einer Mehrdecksiebvorrichtung hier mit drei Siebdecks 8 bis 10 in Fig. 11 schematisch im Schnitt gezeigt, möglich, eine Fraktionierung, d.h. unterschiedliche Fraktionen der nach der gleichen Hauptabmessung Länge a klassierten Partikel 1 durchzuführen bzw. zu erhalten, wobei nach einer Schüttgut- bzw. Materialaufgabe von Partikeln 1 auf der linken Seite des oberen Siebdecks 8 diejenigen Partikel, die aufgrund der Abmessung der Durchtrittsöffnungen und ihrer ähnlichen Länge a als größte Partikel (hinsichtlich Länge a) auf dem oberen Siebdeck 8 verbleiben, während die zwei weiteren Siebdecks 9 und 10 zur jeweiligen Klassierung kleinerer Partikel nach ihrer maximalen Länge a jeweils in entsprechender Weise dienen.
Auf diese Weise werden drei Fraktionen von Partikeln 1 erhalten, die alle nach der maximalen Länge a größenklassiert sind. Jedes Siebdeck 8 bis 10 gibt dabei eine vorbestimmte Größe der maximalen Länge a vor und bestimmt damit das Ergebnis der Fraktionierung und Größenklassierung in Grob-, Mittel- und Feingut.
Fig. 12 zeigt in schematischer Darstellung ein Siebdeck 11 als Klassiereinrichtung für eine Klassierung ebenfalls nach der Hauptabmessung Länge a, wobei ein derartiges Siebdeck 11 z. B. aus Polyurethan bestehen kann, so dass die Aufstellklappen 5 nicht durch z. B. Herausbiegen aus einer Basis B der Klassierebene bzw. Klassiereinrichtung zur Schaffung der Durchtrittsöffnungen 3, sondern beispielsweise durch separates Spritzgießen von Kunstharz oder Kunststoff gebildet sind und auch in ihrer Breite die Durchtrittsöffnungen 3 überragen, wie sich aus Fig. 12c (einer Schnittdarstellung entlang der Linie A-A) in der Draufsicht des Siebdecks 11 nach Fig. 12b ergibt. Auch andere Materialien, z.B. wie Holz oder Keramik (gegossen), können für das Siebdeck in Anpassung an das Material der zu klassierenden Teilchen verwendet werden. Eine Basis der auf diese Weise gebildeten Klassiereinrichtung ist mit B bezeichnet, aus dieser bzw. von dieser erheben sich die Aufstellklappen 5. Fig. 12c zeigt eine Schnittansicht des Siebdecks 11 in schematischer Darstellung, wie bereits in Verbindung mit Fig. 12a (Längsschnitt) erläutert.
Eine weitere Ausführungsform der vorrichtungstechnischen Gestaltung oder Umsetzung für eine Klassierung von Partikeln 1 nach ihrer Hauptabmessung Länge a verdeutlicht in schematischer Darstellung Fig. 13.
Hierbei ist eine Dicke d des Siebdecks 11 bzw. der Klassiereinrichtung so groß gewählt, dass die Durchtrittsöffnung eine dreidimensionale Klassierwirksamkeit entfalten und im Rahmen einer Materialstärke (Materialdicke d) des Siebbelages 11 die Ausfallklappen 4 praktisch innerhalb und integral des Siebdecks ausgebildet sind, so dass die entsprechenden Öffnungskanäle 6 der klassierwirksamen 3D-Öffnungen (hier 3D-Quadratlöcher) innerhalb der Dicke des Siebdecks 11 gebildet sind und dieses eine planparallele Konfiguration hat, aus der keinerlei Vorsprünge hervorstehen. Selbstverständlich kann eine solche Klassiereinrichtung sehr vorteilhaft ebenfalls durch Spritzgießen oder andere gießtechnische Formgebungsverfahren, bei Fertigung aus Metall durch entsprechende Schräg-Lochstanzungen, Fräsen hergestellt werden. Es wäre auch denkbar, die Durchtrittsöffnungen 3 zunächst vertikal in einem Metallelement als Siebdeck 11 einzubringen und dieses dann durch entgegengesetzt angreifende Zugkräfte im Bereich einer oberen bzw. unteren Deckfläche 11 a, 11 b, ähnlich wie bei der Herstellung von Strechmetallgittern, zu verformen, so dass eine entsprechende geneigte Anordnung der Öffnungskanäle 6 erreicht wird. Das Verhalten der Durchtrittsöffnungen 3, d. h. der 3D-Quadratlöcher bzw. der durch das Siebdeck 11 selbst gebildeten Ausfallklappen 4 (Wände der Öffnungskanäle 6) entspricht bei hinreichender Dicke d des Siebdecks 11 in Bezugs auf eine Partikel-Schwerpunktslage S und damit im Hinblick auf eine Trennkorngröße bezüglich der Hauptabmessung Länge a vollständig demjenigen nach Fig. 7a, so dass auch durch eine solche Klassiereinrichtung mit planparallelen Ober- und Unterseiten 11a, 11b und entgegen der Materialtransportrichtung geneigten Ausfallklappen 4 zur Bildung der Öffnungskanäle 6 als integrale, geneigte Durchtrittspassagen der Klassiereinrichtung bzw. des Siebdecks 11 eine trennscharfe Klassifizierung in der Ausführungsform nach Fig. 13 für eine Klassierung nach der maximalen Hauptabmessung Länge a gestattet ist.
Fig. 14 zeigt eine vorrichtungstechnische Umsetzung einer Klassierung nach der Hauptabmessung Länge a mit einem Siebdeck 11, das innerhalb eines Gehäuses 12 angeordnet ist, das über Stützfedern 13 federn gelagert ist, wobei hier 3D-Quadratlöcher als Durchtrittsöffnungen 3 vorgesehen sind. Ein in Fig. 14a schematisch angedeutete Austragtrichter 14 (auch als Unterkornaustrag bezeichnet) dient der Sammlung partikulären Materiales, das nicht der Klassierbedingung Hauptabmessung Länge a entspricht und durch die Durchtrittsöffnungen 3 des Siebdecks in Verbindung mit den Ausfallklappen 4 durch die durch das Siebdeck 11 gebildete Klassierebene hindurchgetreten sind. Das nach Länge a als Hauptabmessung klassifizierte Partikelmaterial bleibt auf dem Siebdeck 11 liegen (wie in den Figuren 7a bzw. 11 dargestellt) und wird über eine Austragschurre 15 abgeführt.
In der schematischen Seitenansicht nach Fig. 14c ist die Austragsschurre 15 als sich über die ganze Breite des Gehäuses 12 der Klassiermaschine erstreckend dargestellt, ohne dass dies zwingend vorgesehen sein muss.
Fig. 15 zeigt eine Sortiermaschine 16 als Mehrdeckmaschine mit drei Siebdecks 11 für jeweils eine Klassierung nach Hauptabmessung a (Länge), jedoch für unterschiedliche Fraktionen (Größenklassen von a) entsprechend den Erläuterungen in der schematischen Darstellung nach Fig. 11 auf die entsprechend verwiesen wird. Auf diese Weise können gleichzeitig mehrere nach der Länge a klassierte Fraktionen von Partikelmaterial, das auf das obere Siebdeck 11 aufgegeben wird, erzeugt werden und getrennt durch entsprechende Austragsschuren 15 seitlich abgeführt werden. Wiederum dient der Unterkornaustrag bzw. Abführtrichter 14 der Sammlung des der "fraktionierten" Klassierbedingung Länge a nicht entsprechenden Partikelmateriales. Auch hier sind die klassierwirksamen Lochgeometrien (Durchtrittsöffnungen 3) als 3D-Quadratlöcher ausgeführt.
Fig. 16 verdeutlicht in schematischer Darstellung ein vorrichtungstechnisches Ausführungsbeispiel für eine Klassierung nach der Partikelbreite b als Hauptabmessung unter Verwendung von Aufstellklappen 5, vergleichbar dem Ausführungsbeispiel für eine Klassierung nach Abmessung a mit Aufstellklappen nach Fig. 12. Hinsichtlich des Wirkmechanismus wird auf die obigen Erläuterungen in Verbindung mit den vorangegangenen Figuren, insbesondere zu Fig. 8b, verwiesen, die Bestimmung der Abmessung w_y, die die minimale Öffnungsweite der Aufstellklappe 5 in der YZ-Ebene definiert, bestimmt hier die Klassierung nach der Partikelbreite b. Hier ist wesentlich, dass ein möglichst niedriger Reibwert in der Reibungspaarung Partikel Siebdeck 11 gewählt wird (µ ≤ 0,3, Haftreibungskoeffizient) um ein glattes und klemmfreies Durchtreten der Partikel 1 durch die Durchtrittsöffnung 3 im Bereich der Aufstellklappe 5 zu gewährleisten.
Im Übrigen wird auf die obigen Erläuterungen betreffend eine Klassierung nach der Partikelbreite b mit Hilfe eines Siebdecks 11 und dreidimensional klassierwirksamer Durchtrittsöffnungen 3 verwiesen.
Fig. 17 zeigt eine Ausführung eines Siebdecks 11 in Schnittdarstellung (Fig. 17a) in Draufsicht mit kreisförmigen oder elliptischen Durchtrittsöffnungen 3 und integrierten Ausfallklappen 4 und in Materialtransportrichtung weisenden Öffnungskanälen 6, wobei auch hier das Siebdeck 11 planparallele Ober- und Unterseiten 11a und 11b aufweist und eine der Klassieraufgabe nach Breite b entsprechend abgestimmte Dicke d aufweist. Im Übrigen wird auf die obigen Erläuterungen zur Klassierung nach der Breite b als Hauptabmessung der Partikel verwiesen und insbesondere die Bedeutung eines niedrigen Reibwertes des Siebdecks in Bezug auf die Natur des zu klassierenden Partikels hingewiesen, um Klemmkorn zu vermeiden.
Fig. 18 verdeutlicht eine Klassiermaschine 16 unter Einsatz eines Siebdecks 11 nach Fig. 17, während Fig. 19 wiederum eine fraktionierte Klassierung nach der Breite b in drei unterschiedlichen Fraktionen mit drei Siebdecks 11 verschiedener Klassiergröße für die Breite b verdeutlicht. Im Übrigen gelten die obigen Erläuterungen hinsichtlich des Aufbaus einer solchen Klassiermaschine 16.
Die Figuren 20 mit den schematischen Schnittdarstellungen eines Siebdecks 11 in Fig. 20a, einer Draufsicht in Fig. 20b und einer Seitenansicht (Schnittdarstellung nach Fig. 20b) in Fig. 20 c, verdeutlichen ein vorrichtungstechnisches Ausführungsbeispiel für eine Klassierung nach der Dicke der Partikel unter entsprechender Abstimmung wiederum der Abmessung w_z (vergleiche diesbezüglich Fig. 9b). In diesem Fall ist die Abmessung w_z am kleinsten, insbesondere bezogen auf die vergleichbaren Abmessungen, d.h. der Abstände der Aufstellklappen von der XY-Ebene für eine Klassierung nach der Länge a, so dass gilt.
In Fig. 21 ist schließlich noch eine Ausführungsform unter Einsatz von 3D-Rechtecklöchern als klassierwirksame Durchgangsöffnungen 3 für das Siebdeck (Draufsicht Fig. 21 b) gezeigt, in einer Ausführung, in der die entsprechenden Ausfallklappen 4 durch die Dicke d des Siebdeckes 11 und entsprechende Öffnungskanäle 6, die sich geneigt in Materialtransportrichtung erstrecken, gebildet.
Fig. 22 zeigt in den Figuren 22a, b und c vergleichbar zu den korrespondierenden Figuren für die Klassierparameter b oder a eine vorrichtungstechnische Umsetzung mit einer Eindeckvariante und Ausfallklappen.
Fig. 23 verdeutlicht wiederum eine Mehrdeck-Sortiermaschine (drei Siebdecks) für die Bildung von drei Fraktionen von nach der Dicke klassierten Partikeln unter Verwendung von sich in Breitenrichtung des Siebdecks 11 erstreckenden rechteckigen Durchtrittsöffnungen 3. Im Übrigen gelten die zu den Bezugszeichen bereits gegebenen Erläuterungen entsprechend.
Durch die Erfindung ist es gegenüber bisheriger zweidimensionaler und wenig trennscharfer Siebungsgeometrien durch den Einsatz dreidimensional klassierwirksamer Durchtrittsöffnungen, vorzugsweise in Ausführungen mit Aufstellklappen oder Ausfallklappen, letztere können auch in eine Materialdicke eines z. B. aus Polyurethan oder anderem Kunststoff bestehenden spritzgegossenen oder in anderer Weise gießtechnisch oder mechanisch, z.B. durch Fräsen hergestellten Siebdecks ausgebildet sein, möglich, eine trennscharfe Größenklassierung von Partikeln unter entsprechender Messung eines Abstandes der Durchtrittsgeometrie zur XY-Ebene (Klassierebene) in Abhängigkeit vom Klassierparameter zu erreichen, und zwar auf der Basis der drei Hauptabmessungen der Partikel im Raum (Länge, Breite, Dicke), wobei in Abhängigkeit von dem Klassierparameter wesentlich unterschiedliche Reibungsbedingungen der Reibungspaarung Partikel-Siebdeck einzuhalten sind und bei einer Klassierung nach der Länge a eine hohe Haftreibung (Haftreibungskoeffizient µ ≥ 0,3, vorzugsweise µ > 0,7) zu gewährleisten ist, so dass das Klassiergut auf dem entsprechenden Siebdeck 11 liegen bleibt, während bei einer Klassierung nach der Breite oder Dicke der Partikel diese mit möglichst niedrigen Reibungskoeffizienten der Haftreibung zwischen Siebdeck und Partikel (µ ≤ 0,3) durch die entsprechenden, dreidimensional-klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen 3 hindurchtreten.
Die Erfindung kommt zum Einsatz unter anderem, aber nicht ausschließlich, für Klassierprozesse in der Landwirtschaft wie etwa bei der Ernte und Weiterverarbeitung von Obst, Gemüse, Beeren und Getreide, bei Saatgut, Düngemitteln, Futtermitteln, Gewürzen, Kaffeebohnen, Nüssen, Tabak, Tee, Eiern oder anderen tierischen Produkten, sowie Fisch, Fleisch oder (Zwischen)Produkten daraus, sowie anfallenden Abfall- oder Nebenprodukten; in der Industrie für die Reinigung bzw. Verarbeitung von Rohstoffen wie Splitt, Schotter, Erzen, Kohlen, Salze, Holzwerkstoffen sowie Halbzeugen oder Zwischenprodukten, natürlichen oder synthetischen Schüttgüter oder Pulver wie etwa Kalk, Zement, Fasern, Koks, Naturgraphit, synthetischer Graphit, Kunststoffe sowie deren Zuschlagsstoffe, Verbundwerkstoffe, Keramik, Glas, Metall, Holzspäne, Zuschlagsstoffe für industrielle Prozesse, Strahl- oder Poliermittel, Schrauben, Nägel, Münzen, Edelsteine, Halbedelsteine, Schrott, Recyclate oder andere Abfallströme, Schüttgüter oder Pulver in der Chemie- oder Pharmaindustrie, wie etwa Waschpulver, Pigmente, Schüttungen für Reaktoren, Katalysatoren, medizinische oder kosmetische Wirk- und Hilfsstoffe oder Tabletten.

Claims

Verfahren zum trennscharfen Klassieren von Partikeln nach ihrer Größe, bestimmt durch eine maximale Hauptabmessung (a, b, c) ihrer Partikelgeometrie, durch Klassieren mittels dreidimensional-klassierwirksamer Durchtrittsöffnungen einer Siebungsstruktur (3; 4; 5; 11).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierung der Partikel (1) nach einer der maximalen Hauptabmessungen Länge (a) oder Breite (b) oder Dicke (c) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierung in zumindest einer schwingenden oder nicht-schwingenden, vorzugsweise geneigten Klassierebene erfolgt und/oder die Klassierebene rechteckförmige, insbesondere quadratische, und/oder elliptische, insbesondere kreisförmige Durchtrittsöffnungen (3) aufweist und/oder die Partikel (1) im Bereich der dreidimensional-klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen (3) entlang einer geneigten Ebene bewegt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebungsstruktur (3; 4; 5; 11) zumindest im Bereich der Durchtrittsöffnungen (3) einen in Abhängigkeit von der zu klassierenden Hauptabmessung sowie des zu klassierenden Materials vorbestimmten Reibungskoeffizienten, insbesondere Haftungsreibungskoeffizienten (µ), aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Klassierung nach der Hauptabmessung maximale Länge (a) die Partikel (1), die größer als die Durchtrittsöffnungen (3) sind, auf einem Siebdeck (11) der Siebungsstruktur (3; 4; 5; 11) verbleiben.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klassierbelag der Siebungsstruktur (3; 4; 5; 11) zumindest im Bereich der Durchtrittsöffnungen (3) einen erhöhten Haftreibungskoeffizienten, insbesondere einen Haftreibungskoeffizienten µ ≥ 0,3, insbesondere µ ≥ 0,7 aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klassierbelag der Siebungsstruktur (3, 4; 5; 11) für eine Klassierung nach den Hauptabmessungen maximale Breite (b) oder maximale Dicke (c) zumindest im Bereich der Durchtrittsöffnungen einen verminderten Haftreibungskoeffizienten, insbesondere einen Haftreibungskoeffizienten µ ≤ 0,3, aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit einem Klassieren nach einer maximalen Hauptabmessung (a; b; c) ein Fraktionieren der Partikel (1) in Größenfraktionen dieser maximalen Hauptabmessungen (a; b, c) erfolgt und/oder eine Mehrzahl von Fraktionen von nach derselben Hauptabmessung klassierter Partikel (1) im Wesentlichen gleichzeitig und/oder räumlich benachbart oder in zeitlicher und/oder räumlicher Separierung erfolgt.
Vorrichtung zum trennscharfen Klassieren von Partikeln eines Aufgabegutes nach ihrer Größe, bestimmt durch eine maximale Hauptabmessung derselben, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, mit einer Klassiereinrichtung, die eine Siebungsstruktur (3; 4; 5; 11) mit dreidimensional-klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen (3) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (3) von einer Basis einer Klassierebene einerseits vorspringende Aufstellklappen (5) oder -kanäle und/oder aus der Basis der Klassierebene andererseits heraustretende Ausfallklappen (4) oder -kanäle (6) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Klassieren nach der Hauptabmessung Länge (a) die Aufstell- oder Ausfallklappen (5; 4) entgegengesetzt zu einer Transportrichtung der Partikel (1) entlang der Klassierebene angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Klassieren nach der Hauptabmessung Breite (b) durch die Aufstell- oder Ausfallklappen (5; 4) begrenzte Aufstell- oder Ausfallkanäle (6) der Durchtrittsöffnungen (3) in Übereinstimmung mit einer Transportrichtung der Partikel (1) oder entgegengesetzt zu dieser orientiert entlang der Klassierebene angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Klassieren nach der Hauptabmessung Dicke (c) durch die Aufstell- oder Ausfallklappen (5; 4) begrenzte Aufstell- oder Ausfallkanäle (6) der Durchtrittsöffnungen (3) in Übereinstimmung mit oder entgegen einer Transportrichtung der Partikel entlang der Klassierebene angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensional-klassierwirksamen Durchtrittsöffnungen (3) zwischen einer im Wesentlichen ebenen Partikel-Aufgabeseite (11a) der Siebungsstruktur (3; 4; 5; 11), insbesondere Siebdeck (11), und einer im Wesentlichen ebenen Austrittsseite (11 b) derselben mit geneigten Öffnungskanälen (6) angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassiereinrichtung zumindest ein ebenes Siebdeck (11) mit einer Öffnungsgeometrie mit 3D-Rechteckloch, 3D-Quadratloch, 3D-Rundloch oder 3D-Elliptoidloch, insbesondere eine Kombination einer Rund-, Ellipsen-, Rechteck- oder Quadratöffnung einer Basis der Klassierebene mit einer Ausfallklappe (4) oder einem Ausfallkanal (6) bzw. einer Aufstellklappe (5) oder einem Aufstellkanal ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gemeinsamen Gehäuse (12) eine Mehrzahl von Klassiereinrichtungen, insbesondere Siebdecks (11) zur Bildung unterschiedlicher Fraktionen unter Klassierung nach einer gemeinsamen, maximalen Hauptabmessung (a; b; c) angeordnet und mit je einer zugehörigen Austrageinrichtung (15) zur Abförderung der klassierten Partikelfraktion verbunden sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassiereinrichtung als Siebeinrichtung Kreis-, Ellipsen-, Linear- oder Planschwinger sind oder eine feststehende Klassierebene durch eine geneigt angeordnete Siebeinrichtung, insbesondere ein Siebdeck (11) gebildet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Siebdeck (11) eine planparallele Ober- und Unterseite aufweist und dreidimensional-klassierwirksame Durchtrittsöffnungen durch geneigte Öffnungskanäle (6) gebildet sind, die sich zwischen Ober- und Unterseite (11a, 11b) erstrecken, wobei eine Dicke (d) des Siebdecks in Abhängigkeit von der Art der maximalen Hauptabmessung (a; b; c) festgelegt ist und die Öffnungskanäle (6) zugleich Ausfallklappen (4) bilden.