VERFAHREN ZUR STEUERUNG EINER SORTIER- UND KLASSIERVORRICHTUNG FÜR SAND UND KIES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Produktzusammensetzung bei einer Vorrichtung zur Klassierung und Sortierung von Sand und Kies, welche aus einer Aufgabeanordnung für die Rohmaterialaufgabe und wenigstens einer der Abtrennung der Leichtstoffe von der Sandproduktfraktion dienenden Kammer mit Sandproduktabzug und einem Überlauf für die Leichtstoffe besteht, wobei zur Sortierung der Rohmaterialaufgabe die Kammer als nach dem Wirbelschichtverfahren arbeitender Sortierbereich zur Abtrennung der Sandfraktion von den Leichtstoffen und einem Anteil an Feinstsand ausgebildet ist. Eine den vorgenannten Merkmalen entsprechende Vorrichtung der Abtrennung von Leichtstoffen aus Sand und Kies ist in dem Prospektblatt "MAB Wirbelschichtsortierer - Hydrosort I" der Fa. Schauenburg Maschinen- und Anlagen-Bau GmbH beschrieben; bei dieser Vorrichtung wird die aus Sand unterschiedlicher Korngröße bestehende Rohmaterialaufgabe in den zylindrisch ausgebildeten Einkammerbehälter mit einem im wesentlichen flachen Boden und darin angeordneten Austrägen für den gereinigten Sand eingeleitet. Vom Boden her wird der Einkammerbehälter mit Aufstromwasser beaufschlagt, so daß sich in dem Einkammerbehälter unter Ausnutzung der in der Rohmaterialaufgabe enthaltenen Feinanteile an Sand eine Wirbelschicht mit einer sehr hohen Trübedichte aufbaut, die in der Rohmaterialaufgabe enthaltene organische Verunreinigungen, insbesondere stark inkohltes Holz, aufschwimmen läßt, so daß die Verunreinigungen wie auch schlammartige Feinstbestandteile mit dem Überlaufwasser ausgeschwemmt werden.

Ergänzend ist eine zweikammerige Ausführung mit einem der Abtrennung des groben Sandes dienenden Innenkammer als Grobsandraum und einer über einen als geneigte Fläche ausgebildeten Überlauf an den Grobsandraum angeschlossenen, der Sortierung des Feinsandes nach dem Wirbelschichtverfahren dienenden Außenkammer als Feinsandraum sowie mit einem der Außenkammer zugeordneten Überlauf für die Leichtstoffe und die Feinstsandanteile) in der EP 0 508 335 A2 beschrieben, die hinsichtlich der Reinigung des Feinsandes nach dem gleichen Prinzip arbeitet, da in einem ersten Schritt die groben Sande aufgrund einer eingestellten Trennkorngröße ohne eine spezielle Reinigung als Produktfraktion abgetrennt werden.

Bei derartigen Vorrichtungen wird nun die Anforderung gestellt, daß der Anteil an Feinstsand in der gesamten jeweiligen Sandproduktmenge einen bestimmten Prozentsatz nicht überschreiten, vorzugsweise im Bereich einer bestimmten, auf die jeweilige Sandproduktmenge bezogenen Konzentration liegen soll; einer solchen Forderung ist jedoch mit dem Betrieb der vorbeschriebenen Vorrichtungen in der einen wie in der anderen Ausführung nicht nachzukommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Produktzusammensetzung bei einer Vorrichtung mit den vorgenannten Merkmalen anzugeben, mittels dessen eine vorgegebene Konzentration von Feinstsand in der Sandproduktmenge zu verwirklichen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß in der Kammer über die Schichthöhe der in der Kammer anstehenden Wirbelschicht zusätzlich eine klassierende Trennung der Sandfraktion in eine Sandproduktmenge und in eine über den Überlauf auszubringende Feinstsandfraktion erfolgt und daß zur Einstellung einer vorgegebenen Konzentration an Feinstsand in der Sandproduktmenge die Wirbelschichthöhe derart eingeregelt wird, daß der Feinstsandmengenanteil in der Rohmaterialaufgabemenge mittels der Wirbelschicht in Abhängigkeit von der vorgegebenen zulässigen Konzentration in einen in der Sandproduktmenge auszubringenden Feinstsandmengenanteil und in einen über den Überlauf auszubringenden Feinstsandmengenanteil aufteilbar ist, wobei für alle geometrisch ähnlichen konstruktiven Auslegungen der Vorrichtung eine festliegende und durch als Verhältnis des auszubringenden Feinstsandmengenanteils zu dem Feinstsandmengenanteil in der Rohmaterialaufgabemenge definierte Ausbringensaufteilung als Funktion der Wirbelschichthöhe in Form einer Eichkurve als maschinenfester Parameter vorgegeben wird und aus der Eichkurve die der in Abhängigkeit von dem ermittelten Feinstsandmengenanteil in der Rohmaterialaufgabemenge erforderlichen Ausbringensaufteilung entsprechende Wirbelschichthöhe als Sollwert für die Schichthöhenregelung der in der Kammer anstehenden Wirbelschicht abgeleitet wird.

Danach liegt ein erster Verfahrensschritt zunächst darin, neben dem Sortiereffekt der in dem Behälter eingestellten Wirbelschicht diese Wirbelschicht auch zur Klassierung auszunutzen und für den Überlauf eine Korngröße zwischen einer Feinsandfraktion und einer über den Überlauf auszutragenden Feinstsandfraktion einzustellen; während die Feinsandfraktion vollständig in dem Produktaustrag verbleiben soll, soll ein bestimmter Teil der in der Rohmaterialaufgabe vorhandenen Feinstsandfraktion in Abhängigkeit von der Sandproduktmenge als ein der vorgegebenen Konzentration entsprechender Anteil in die über den Boden des Behälters auszubringende Sandproduktmenge einzubringen sein, wobei der darüber hinausgehende Anteil an Feinstsand über den Überlauf wegzuführen ist. Hierzu macht sich das erfindungsgemäße Verfahren den überraschend erkannten Effekt zunutze, daß mit Hilfe der Wirbelschicht nicht nur die Einstellung einer Trennkorngröße an sich möglich ist, sondern daß in Abhängigkeit von den sonstigen konstruktiven Gegebenheiten der Kammerauslegung auch eine mengenmäßige Aufteilung der gesamten Feinstsandfraktion über die Schichthöhe der in dem Behälter anstehenden Wirbelschicht einstellbar ist. Hierzu kann verfahrensgemäß die Ausbringensaufteilung an Feinstsand als maschinenfester Parameter in Form einer Eichung vorgegeben werden, so daß nach Ermittlung des gesamten Anteils an Feinstsand in der Rohmaterialaufgabe die jeweils im Hinblick auf die mit dem Feinsand gemeinsam auszubringende Feinstsandmenge einzustellende Wirbelschichthöhe ableitbar ist.

Da für das erfindungsgemäße Verfahren auf allgemeingültige, dimensionsanalytische Untersuchungsergebnisse geometrisch vergleichbarer Vorrichtungen zurückgegriffen werden kann, ergibt sich aus der Erfindung der Vorteil, daß einerseits das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von der Kornzusammensetzung der Rohmaterialaufgabemenge durchzuführen ist und auch die Sandproduktmenge nicht ständig analysiert werden muß.

Soweit das Verfahren bei einem Einkammerbehälter mit darin ausgebildeter Wirbelschicht angewendet wird, ergibt sich bei diesem Behälter nur eine einzige Sandproduktmenge als Meßgröße sowie als Basis der hinsichtlich des Feinstsandanteiles geforderten Konzentration. Bei einer zweikammerigen Ausführung gemäß EP 0 508 335 A2 setzt sich die Sandproduktmenge aus der im Grobsandraum abgezogenen Teilmenge sowie aus der aus dem Feinsandraum abgezogenen Teilmenge zusammen, wobei der in die Sandproduktmenge einzubringende Feinstsandanteil über den Feinsandraum ausgebracht wird; insoweit ist die Sandproduktmenge aus zwei Teilgrößen zusammenzufassen.

Nach einem ersten Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung vor, daß der Feinstsandmengenanteil in der Rohmaterialaufgabe als Ausgangswert durch Probenahme und Durchführung einer Korngrößenanalyse an der gezogenen Probe unmittelbar ermittelt wird. In alternativen Vorgehensweisen kann in Kenntnis des Feinstsandmengenanteils in der Rohmaterialaufgabe anschließend entweder die Wirbelschichthöhe als Sollwert unmittelbar ermittelt und im Vergleich mit einem gemessenen Istwert für die Wirbelschichthöhe das Maß der erforderlichen Nachregelung festgestellt werden oder es wird mit einem jeweils eingestellten Maß der Nachregelung für die Wirbelschichthöhe eine Annäherung des gemessenen Istwertes der Wirbelschichthöhe an den der erforderlichen Ausbringensaufteilung entsprechenden Sollwert vorgenommen.

Eine weitere Möglichkeit ohne die Ermittlung der Korngrößenzusammensetzung in der Rohmaterialaufgabe besteht bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darin, daß die Ausbringensaufteilung in Abhängigkeit der gemessenen Mengen für die Rohmaterialaufgabe und/oder die Sandproduktmenge und/oder die über den Überlauf ausgebrachte Feinstsandmenge ermittelt und die Wirbelschichthöhe als Sollwert als Funktion der Ausbringensaufteilung abgeleitet wird, wobei die Messung der Mengenströme vorzugsweise über eingeschaltete Bandwaagen erfolgen kann.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Trennkorngröße zwischen der Feinstsandfraktion und der Feinsandfraktion 0,25 mm beträgt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind; es zeigen:

Fig. 1

in einer schematischen Darstellung die Zuordnung der Massenbilanz bei einer entsprechend der EP 0 508 335 A2 ausgebildeten zweikammerigen Vorrichtung,

Fig. 2

in einem schaltbildartigen Ablaufdiagramm die Einstellung der Wirbelschichthöhe für den mittels Korngrößenanalyse ermittelten Feinstsandmengenanteil in der Rohmaterialaufgabe bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 3

das Ablaufdiagramm gemäß Figur 2 für eine alternative Einstellung der Wirbelschichthöhe,

Fig. 4

in einem schaltbildartigen Ablaufdiagramm die Einstellung der Wirbelschichthöhe in Abhängigkeit von der durch Messung über Bandwaagen ermittelten Mengenströme,

Fig. 5

in einer schematischen Darstellung die Zuordnung der Massenbilanz bei einer mit einem Einkammerbehälter ausgebildeten Vorrichtung,

Fig. 6

das Ablaufdiagramm gemäß Figur 2 in Anwendung auf die in Figur 5 dargestellte Vorrichtung.

In Figur 1 ist die in der EP 0 508 335 A2 im einzelnen beschriebene Vorrichtung teilweise dargestellt; insoweit wird hinsichtlich der Arbeitsweise der Vorrichtung auf die EP 0 508 335 A2 Bezug genommen.

Bei der zugrundegelegten Vorrichtung durchfließt ein Massestrom ṁ_A eine Aufgabeanordnung 10 und gelangt in einen Grobsandraum 11, aus dem eine Grobsandmenge ṁ_GS über einen Abzug 12 entnommen wird. Die Feinsand- und Feinststandbestandteile gelangen über den Überlauf 13 in den Feinsandraum 14, in welchem die Wirbelschicht 15 mit einer Wirbelschichthöhe h_FS ansteht. Über den Austrag 16 wird der Feinsandmengenstrom ṁ_FS abgezogen, während die beispielsweise bei einem Trennschnitt von 0,25 mm abgetrennten Feinstsandbestandteile als Mengenstrom ṁ_FSS über den Überlauf 17 weggeführt werden. Somit ist die entsprechende Feststoffmassenbilanz in der Vorrichtung$${\dot{\text{m}}}_{\text{A}}\text{=}{\dot{\text{m}}}_{\text{GS}}\text{+}{\dot{\text{m}}}_{\text{FS}}\text{+}{\dot{\text{m}}}_{\text{FSS}}$$ wobei sich die Sandproduktmenge ergibt$${\dot{\text{m}}}_{\text{Pr}}\text{=}{\dot{\text{m}}}_{\text{GS}}\text{+}{\dot{\text{m}}}_{\text{FS}}\text{=}{\dot{\text{m}}}_{\text{A}}\text{-}{\dot{\text{m}}}_{\text{FSS}}$$

Als Vorgabe wird vom Anwender der Vorrichtung eine Feinstsandkonzentration in der Sandproduktmenge C_<Prsoll gefordert, die sich aus dem Verhältnis von Feinstsandmengenanteil ṁ_<Pr im Produkt zur gesamten Sandproduktmenge ergibt:$${\text{C}}_{\text{<Pr}}\text{=}\frac{{\dot{\text{m}}}_{\text{<Pr}}}{{\dot{\text{m}}}_{\text{Pr}}}$$

Die gesamte in der Rohmaterialaufgabe enthaltene Feinstsandfraktion ṁ_<A ist aufzuteilen in den in der Sandproduktmenge ṁ_Pr enthaltenen Feinstsandmengenanteil ṁ_<Pr und in den über den Überlauf 17 wegzuführenden Feinstsandmengenanteil ṁ_FSS (Figur 1). Dieser Feinstkornanteil ṁ_FSS kann auch als Verlust an Feinstkorn in der Sandproduktmenge definiert werden, und es ergibt sich ein dimensionsloser Verlustfaktor mit$$\text{V =}\frac{{\dot{\text{m}}}_{\text{FSS}}}{{\dot{\text{m}}}_{\text{<A}}}$$

Das Verfahren beinhaltet als Verfahrensvorgabe die Erkenntnis, daß der vorgenannte Verlustfaktor V, das heißt entsprechend der über den Überlauf 17 ausgebrachten Feinstsandmenge ṁ_FSS, als maschineller Parameter in Abhängigkeit von der Schichthöhe h_FS der Wirbelschicht 15 ermittelbar und dann in Form einer Eichkurve für Maschinen mit vergleichbarer Konfiguration vorgegeben werden kann. Diese Abhängigkeit des Verlustfaktors V von der Wirbelschichthöhe h_FS ist in der Form einer Kurve darstellbar, die in den Ablaufdiagrammen gemäß Figuren 2 bis 4 jeweils mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet ist. Diese Eichkurve kann für alle Maschinen mit geometrischer Ähnlichkeit Verwendung finden und muß daher nicht für jede einzelne Maschine ermittelt werden, bei denen die Geometrie und die Maße der jeweiligen Kammern mit einem Skalierungsfaktor vergrößert oder verkleinert sind.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über eine Bandwaage 19 der Mengenstrom in der Rohmaterialaufgabe ṁ_A ermittelt, ferner werden daraus über den Probenehmer 20 Proben gezogen, wobei in einer geeigneten Vorrichtung 21 die Korngrößenverteilung der Rohmaterialaufgabe bei einem Trennschnitt von 0,25 mm ermittelt wird, so daß der gesamte Mengenanteil an Feinstsand in der Rohmaterialaufgabe ṁ_<A mit einer Korngröße kleiner 0,25 mm bekannt ist.

Gleichfalls wird die über den Überlauf 17 ausgebrachte Menge an Feinstsand ṁ_FSS ermittelt, ferner die Sandproduktmenge ṁ_Pr als Summe der aus dem Feinsandraum 14 und den Grobsandraum 11 jeweils abgezogenen Mengenströme. Schließlich wird über eine geeignete Messung auch die Schichthöhe h_FS als Istwert für den momentanen Maschinenzustand gemessen.

In dem in Figur 2 dargestellten Ablaufdiagramm sind die Zusammenhänge im einzelnen dargestellt, wobei die Abfolge der Steuerschritte in dem Einzeldiagramm 18 dargestellt ist.

Mit dem gemessenen Istwert für die Schichthöhe h_FS ist ein Istwert für den Verlustfaktor V zu ermitteln, wobei aufgrund der vorgegebenen Soll-Konzentration der Sollwert für den Verlustfaktor berechenbar ist. Mit dem Sollwert für den Verlustfaktor ist der Sollwert für die Schichthöhe h_FS zu ermitteln, so daß sich zwischen dem Ist-Wert und dem Sollwert ein Δ h_FS ergibt. Mit diesem Δ h_FS ist dann der Istwert für die Schichthöhe entsprechend nachzuregeln.

Die in Figur 3 dargestellte Vorgehensweise geht in gleicher Weise von Sollwerten beziehungsweise Istwerten für die Konzentration C aus, wobei hier ein festes Δ h_FS in Schritten vorgegeben ist, womit dann in einem entsprechenden mehrfachen Abgleich eine Annäherung an den Sollwert für die Wirbelschichthöhe h_FS im Feinsandraum 14 ermittelbar ist.

In der Figur 4 ist eine Alternative für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt, bei welchem ein Verzicht auf Probenahme und Korngrößenermittlung möglich ist; allein über die Mengenerfassung ist die Regelung der Schichthöhe der Wirbelschicht ermöglicht, wobei von den zur Verfügung stehenden Mengenströmen jeweils zwei Einflußgrößen über Bandwaagen 19 gemessen werden; insoweit enthält das Ablaufdiagramm gemäß Figur 4 drei mögliche Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Kombinationen jeweils von zwei der drei möglichen Einflußgrößen. Über die Verknüpfung von zwei gemessenen Mengenströmen ṁ_A und/oder ṁ_FSS und/oder ṁ_Pr läßt sich der Sollwert für den Verlustfaktor, das heißt die Ausbringensaufteilung ermitteln, und entsprechend dem so ermittelten Sollwert für den Verlustfaktor V ist aus dem Diagramm 18 unmittelbar der Sollwert für die Wirbelschichthöhe abzulesen, der die Nachregelung ermöglicht.

Wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt, ist in gleicher Weise auch die Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem einkammerigen Wirbelschichtraum möglich, wobei hier die gesamte Sandproduktmenge ṁ_Pr unmittelbar als Austrag aus der Kammer zur Verfügung steht.

Dabei zeigt Figur 5 die Massenverhältnisse bei einer Vorrichtung mit einem zylindrisch ausgebildeten Einkammerbehälter, bei welchem der Grobsandraum 11 und der Feinsandraum 14 in einer Kammer zusammengefaßt sind, in deren unterem Bereich die Wirbelschicht 15 mit einer Wirbelschichthöhe h_FS ansteht. Über den am Boden des Behälters ausgebildeten Abzug 12 wird die den Grobsandanteil und den Feinsandanteil beinhaltende Sandproduktmenge ṁ_Pr abgezogen.

Figur 6 zeigt dazu eine der Figur 2 entsprechende Darstellung für die sich bei einem Einkammerbehälter gemäß Figur 5 einstellenden Verhältnisse, wobei sich die in der Figur 2 angegebenen Beziehungen zwischen den einzelnen Einflußgrößen nicht ändern, weil darin jeweils nur die Sandproduktmenge ṁ_Pr als Einzelgröße eingeht, und diese Sandproduktmenge liegt bei einem Einkammerbehälter als Einzel-Produktstrom aus dem Abzug 12 unmittelbar vor.