Verfahren und Einrichtung zum elektrostatischen Scheiden von Feststoffgemischen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum elektrostati schen Scheiden von Feststoffgemischen und im be sonderen auf die Anwendung elektrostatischer Ver fahren auf das Scheiden von Mischungen, wie sie auf dem Gebiet der Landwirtschaft anzutreffen sind. Eine spezielle Anwendung der Erfindung besteht in dem Scheiden von Getreide beim Reinigen von Mehlschroten durch Entfernen der Kleiepartikel.
Die Entwicklung elektrostatischer Verfahren und Einrichtungen zum Scheiden solcher Mischungen be gann schon relativ frühzeitig. Bereits um das Jahr 1880 wurde ein elektrostatischer Schrotreiniger für die Abscheidung von Kleie vom Mehl vorgeschlagen. Elektrostatische Verfahren wurden ferner zu dieser frühen Zeit für die Anwendung auf Erze und auf Mischungen von sowohl elektrisch leitenden als auch nichtleitenden Partikeln vorgeschlagen.
Die Entwicklung verbesserter Hochspannungs quellen, wie Vakuumröhren-Gleichrichter, und das Aufkommen besserer und geichmässigerer Förder- methoden, wie der Hochfrequenz-Vibrationsförderer, haben zu einer weitverbreiteten Aktivität auf dem Feld des elektrostatischen Scheidens in neuerer Jah ren geführt. Obwohl jedoch ein beträchtlicher Erfolg beim Verarbeiten von metallischen Erzen oder Mi schungen erzielt wurde, bei denen zumindest eines der Partikel ein relativ guter elektrischer Leiter ist, ist die Verwendung des elektrostatischen Scheiders bei landwirtschaftlichen Produkten begrenzt und ver hältnismässig wenig erfolgreich gewesen.
Bisher wurde kein Verfahren und keine Einrichtung für das Scheiden von Getreidematerial in kommerziell be friedigendem Massstab entwickelt, besonders für zer kleinerten Weizen, der reime Kleiepartikel, reine Endospetmpartikel und Partikel enthält, denen so- wohl Kleie als auch Endosperm in verschiedenen Proportionen anhaften.
Soweit die Lehren und Vorschläge der bisherigen Technik betrachtet werden, sind die Patente und Veröffentlichungen auf dem Gebiet des elektro statischen Scheidegins im allgemeinen kontradiktorisch., verwirrend und durch das Fehlen irgendeiner kla ren oder genauen Lehre gekennzeichnet, was die Theorie, die Verfahren oder Einrichtung anbelangt, die für das spezifische Scheiden besonderer Substan zen geeignet sind.
Es ist bekannt, wurde jedoch noch nicht allgemein beachtet, dass Partikeln, die abgeschie den werden sanken, verschiedene Ladungen auf ver schiedene Weise erteilt werden können. Beispielsweise ist die Erzeugung von .statischen Ladungen durch Reibung zwischen verschiedenen Materialien seit vielen Jahren bekannt gewesen.
Für diese Methode des Ladens ist das klassische physikalische Experi ment typisch, wobei ein Gummistab, der mit Fell getrieben wurde, eine negative elektrische Ladung erhält.
Es ist wohlbekannt, dass zwei Materialien, die aneinander gerieben werden, gleiche oder entgegen gesetzt gerichtete Ladungen erhalten, wobei die Po larität der besonderen Ladung in jedem Fall von der Natur des Materials abhängt.
Verschiedene Mate- rMen sind sogar in einer abgestuften Skala klassiert worden, die durch die Tatsache gekennzeichnet ist, dass, wenn zwei Materialien auf der Skala, aneinan der gerieben werden, das Material, das auf der Skala .eine höhere Stelle einnimmt,
eine positive Ladung erhält, während das Material, das sich auf der Skala an einer tieferen Stelle befindet, die nega tive Ladung erhält.
Diese statischen Reibungsladun- gen wurden zur Verwendung auf dem Gebiet des elektrostatischen Scheidens vorgeschlagen, und zwar durch reibendes Gleiten des Materials über einen Träger hinweg, der aus einem so ausgewählten Mate rial hergestellt wurde, dass ein Partikeltyp positiv geladen wird und der andere Typ negativ.
Es wurde ferner erkannt, dass Partikel dadurch elektrostatisch aufgeladen werden können, dass sie in ein statisches Feld gebracht, d. h. in die Nähe einer geladenen Elektrode, wobei die Partikel zu mindest zeitweise in gewisser Weise geerdet werden, während sie sich noch im Feld befinden. Die Ver wendung statischer Ladungen ist in gewissem Ausmass auf dem Gebiet des elektrostatischen Scheidens in Verbindung mit Mischungen von leitenden und nicht leitenden Partikeln bevorzugt worden. In diesen Fällen, wenn die Mischung von Partikeln in das Feld einer Elektrode gebracht und geerdet wird, sind die Metalle oder Leiter in der Lage, im Ver gleich zu den Nichtleitern Elektronen leicht zu ge winnen oder zu verlieren.
Wird die Erdverbindung unterbrochen, während sich die Partikel noch in dem Elektrodenfeld befinden, dann werden die metalli scheu Partikel mit einer Ladung zurückgelassen, deren Polarität der der Ladeelektrode entgegenge setzt ist, während die Nichtleiter relativ ungeladen bleiben.
In anderen Fällen sind die abzuscheidenden Par tikel einer sogenannten Sprühentladung ausgesetzt worden. In diesem Falle werden die Partikel zwi schen einer Entladeelektrode, das heisst scharfkan tigen oder Punktelektrode, und einer Unterlage hin durchgeführt, so dass sie dem Bombardement ionisier ter Partikel aus der Sprühelektrode ausgesetzt wer den. Hier wiederum ist das Verfahren in erster Linie bei Mischungen von Leibern und Nichtleitern nutz bringend gewesen, da die leitenden Partikel, wenn sie auf einer geeigneten Unterlage geerdet werden, die während des Bombardements erworbene Ladung verlieren können, während die Nichtleiter diese La dungen behalten.
Sprühentladungen sind nicht mit Erfolg verwendet worden bei der Reinigung von Mehlschroten oder ähnlichen Mischungen von Nicht leitern. Ausserdem macht die Gefahr der Funken bildung bei derartigen Verfahren deren Verwendung dort undurchführbar, wo Staub vorhanden ist und eine Explosionsmöglichkeit besteht wie auf dem Ge biet der Mehlvermahlung.
Schliesslich wurde in einigen Fällen Gebrauch gemacht von einem pyroelektrischen Effekt, bei dem ein Vergrössern der Temperatur der Partikel Verän derungen der elektrischen Ladung bewirken, die einige der Partikel in einem Ausmass tragen, das die elektrostatische Abscheidung erleichtert.
Die Vorrichtungen und Verfahren der bisherigen Technik machen wenig Versuche, die verschiedenen Arten von Ladungen miteinander zu koordinieren. Im allgemeinen wurden erfolgreiche Ergebnisse hauptsächlich dort erhalten, wo entweder die Mi schung, die separiert werden soll, sowohl Leiter wie Nichtleiter enthielt, d. h. metallische und nichtmetal lische Partikel, oder in Fällen, in denen die Mischung zwei Partikel enthielt, von denen das eine positiv geladen werden konnte und das andere negativ oder zumindest mit der gleichen Polarität, jedoch auf einen wesentlich niedrigeren Grad, durch Reibung mit einer besonderen Unterlage geladen werden konnte.
In dem ersten Falle basiert natürlich das Scheiden auf der Verwendung von induzierten oder Sprühentladungen, während in dem zweiten Falle die Ladung durch Reibung in befriedigender Weise als Basis, für das Scheiden verwendet werden konnte.
Diese bisherigen Verfahren und Vorrichtungen waren jedoch dort nicht erfolgreich, wo die Partikel, die geschieden werden sollten, beide Nichtleiter wa ren, und wo beide Partikeltypen Reibungsladungen der gleichen Polarität und von im wesentlichen dem selben Grad durch Reibung mit den besonderen Un terlagen aufnahmen. So ist beispielsweise die Rei nigung von Mehlschroten durch elektrostatische Ver fahren nichterfolgreich durchgeführt worden, da sowohl die Kleie als auch die Endospermpartikel des Weizenkornes relative Nichtleiter der Elektrizität sind.
Bei der Vermahlung sind die Endosperm- partikel des Weizenkorns die Quelle des endgültigen Mehles, während die Kleiepartikel unerwünscht sind und im allgemeinen als Futter weggegeben werden. Ihre Unterschiede in der elektrischen Leitfähigkeit sind so geringfügig, dass bekannte Verfahren und Apparaturen in der Praxis keine genügend präzise Separation bewirken können.
Weiterhin wurde gefunden, dass sowohl die Kleie als auch die reinen Endospermpartikel, die in dem zerkleinerten Weizenmaterial anwesend sind, Rei- bungslad'ungen der gleichen Polarität erhalten, wenn sie mit verschiedenen Unterlagen in Berührung kom men.
Experimente mit sehr verschiedenen Material sorten für die Unterlage schlugen darin fehl, ein Material zu liefern, das die Kleiepartikel. mit der einen Polarität und die Endospermpartikel mit der anderen ladet. In allen vorkommenden Fällen er werben sowohl die Kleie- als auch die Endosperm- partikel eine positive Reibungsladung als Ergebnis des, Reibungskontaktes mit dem Unterlagematerial,
ganz gleich, ob das Material metallisch oder nicht metallisch ist.
Da diese Reibungsladungen der Grösse nach pro Gewichtseinheit des Materials etwas verschieden sind, ist die Differenz bei einem Material-. mit normalem Vermailungs-Feuchtigkeitsgehal't so geringfügig, dass befriedigendes Scheiden auf der Basis von Reibungs ladungen undurchführbar sind. Derartiges Scheiden kann als Laboratoriumsexperiment mit gewissen Ty pen bekannter Apparate durchgeführt werden, vor ausgesetzt,
d'ass die zu scheidenden Materialien in einem relativ grossen Ausmass, das heisst bis zu einem Maximalwert von beispielsweise 6% Feuchtigkeits- gehalt getrocknet werden.
Eine Trockenoperation in diesem Umfang macht jedoch die kommerzielle Verwendung solcher Appa rate unmöglich, da die Kosten des Trocknens zu hoch sind und der Weizen einen wesentlich grösseren Minimalfeuchtigkeitsgehalt für ein befriedigendes Aufbrechen oder Zerkleinern während des übrigen Vermahlungsverfahrens haben muss.
Weiterhin besteht in dem bei der Mehlvermah- lung vorkommenden Material ein unendlicher Be reich von Partikeln mit nur leicht verschiedenen elektrischen Merkmalen. Wie bereits festgestellt, er streckt sich dieser Bereich von reiner Kleie bis zu reinem Endosperm und enthält einen Hauptteil von Zwischenpartikeln, bei denen sowohl Kleie als auch Endosperm an einander in weit variierenden Pro portionen haften bleiben, je nach der Wirksamkeit und den Merkmalen der vorhergehenden Stufen der Vermahlung.
Da selbst die reine Kleie wie auch der Endosperm an den Grenzen dieses Bereiches sich nur leicht in den elektrischen Eigenschaften unterschei den, ist es offenbar, dass extrem präzise Methoden und Apparaturen erforderlich sein würden, um ein nutzbringendes Scheiden an irgend einem gegebenen Zwischenpunkt in diesem Bereich oder Spektrum zu bewirken.
Angesichts der bisherigen Entwicklung und der Fehlerheftigkeiten der Technik ist es dementspre chend das Ziel der Erfindung, ein verbessertes Ver fahren und eine Einrichtung für ein elektrostatisches Scheiden von Feststoffgemischen zu schaffen.
Nach der Erfindung dient das Verfahren dem elektrostatischen Scheiden von Feststoffgemischen mit zumindest zwei verschiedenen Arten von schlechtleitenden Teilchen in einem elektrostatischen Feld, das zwischen einer unteren und einer oberen Elektrodenplatte besteht, wobei das Gemisch zwi schen die Elektrodenplatten gebracht und zumin dest die untere Elektrodenplatte Vibrationsschwin- gungen unterworfen wird.
Das Verfahren ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass alle auf der oberen Seite der unteren Elektrode vorhandenen Teilchen des Gemisches mit vorbestimmter Ge schwindigkeit wiederholt aufwärts und vorwärts ge worfen werden, um verschiedene Flächen jedes Teil chens mit der unteren Elektrode in dem Feld in Kontakt zu bringen, damit sie elektrostati sche Ladung aufnehmen, und die Teilchen längs eines Weges, der einem einheitlichen elektrostati schen Feld ausgesetzt ist, zu bewegen, wobei das Aufwärtswerfen der Teilchen fortgesetzt wird, damit eine Art von Teilchen des Gemisches ein bestimm tes Verhältnis von Ladung zu Masse erreicht, die für diese Teilchen charakteristisch ist, wobei die Teilchen der genannten Art der Mischung,
die die charakteriistische Ladung erhalten haben, angezogen und gegen die obere Elektrodenplatte geworfen werden und dass die Teilchen, die bis zu einem be stimmten Abstand von der unteren Elektrode gelan gen, laufend aus dem Feld entfernt und getrennt gesammelt werden.
Die Erfindung umfasst auch eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens. Diese Einrichtung ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch in Ab stand voneinander oben bzw. unten angeordnete, elektrisch leitende Platten, von denen die obere Platte eine Anzahl Öffnungen besitzt, um Teilchen durch diese Öffnungen hindurchtreten zu lassen, Mittel, um zwischen den Platten eine Spannungs differenz aufrechtzuerhalten, und Mittel, um zu mindest der unteren Platte Vibrationsschwingungen zu erteilen.
In der beigefügten Zeichnung sind Ausführungs formen der Einrichtung nach dieser Erfindung ver anschaulicht und Verfahren und Einrichtung wer den an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. l eine perspektivische Darstellung eines elektrostatischen Abscheiders nach dieser Erfindung, Fig. 2 eine Darstellung, zum Teil im Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Darstellung, zum Teil im Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht von Ein zelheiten der Vibrationseinheit der Vorrichtung der Fig. 1-3, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer modifi zierten Form der oberen Elektrode für die Verwen dung in der Vorrichtung der Fig. 1-4, Fig. 6 und 7 perspektivische Teilansichten von Konstruktionseinzelheiten der Elektrode der Fig. 5, Fig.
8 eine perspektivische Teilansicht einer wei teren Modifikation der oberen Elektrode ähnlich der Fig. 7, Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines modi fizierten elektrostatischen Abscheiders mach der vor liegenden Erfindung, Fig. 10 eine Darstellung, teilweise im Schnitt längs der Linie 10-10 der Fig. 9, Fig. 11 eine Darstellung, teilweise im Schnitt längs der Linie 11-11 der Fig. 9 und die Fig. 12 eine Aufsicht einer modifizierten Ausfüh rungsform der oberen Elektrode für die. Verwendung in der Vorrichtung der Fig. 9-11.
Die Vorrichtung der Fig. 1-4 ist mit einer un teren Elektrode 20 und einer zu dieser im wesent lichen parallelen oberen Elektrode 22 versehen. Diese Elektroden werden von dien Seitenplatten 24 und 26 aus Isoliermaterial getragen.
Im vorliegenden Fallee sind die Seitenplatten aus durchsichtigem Kunststoff hergestellt, um den Scheidungsvorgang zwischen den Elektroden leichter beobachten zu kön nen. Die obere Elektrode 22 ist an der Seitenplatte 24 durch die Schrauben 28 und an der Seitenplatte 26 durch die Schrauben 30 befestigt.
In der glieichen Weise ist die untere Elektrode 20 mit ,den Seitenplatten 24 und 26 idurch .die Schrau ben 32 und 34 verbunden. Diese Schrauben greifen ihrerseits in hölzerne oder isolierte Querglieder 36 ein,
die der unteren Elektrode Steifheit verleihen und als Halteeinrichtung für die vereinigten Elektroden- paare dienen. Diesle Querstücke 36 sind mit einem langgestreckten Zwischenträger 3 8 durch die Schrau ben verbunden.
Der Zwischenträger 38 ist mit nach unten und nach vorn geneigten Füssen 42 und 44 ver- sehen, die zusammen mit der Rahmenplatte 38 eine solide starre Einheit bilden.
Der hintere Tragfuss 42 steht über die Schrauben 46 mit einer geneigten Haltefeder 48 in Verbindung. Das untere Ende der Haltefeder ist mittels der Schrauben 50 an einem Halteansatz 52 des Basis gliedes 54 angebracht.
Der vordere Haltefuss 44 der Platte 38 ist etwas länger als der hintere Fuss 42, wie aus der Fig. 4 ersichtlich. Ein langgestrecktes Klemmglied 56 ist an dem Fuss mittels der Schrauben 58 befestigt. Eine horizontale oder Querfeder 60 ist zwischen die Glie der 44 und 56 geklemmt, so dass der Fuss 44 im wesentlichen im Mittelpunkt der Feder 60 festge halten wird. Die Feder 60 ist mittels der Schrauben 62 an den Tragesäulen 64 befestigt, die aus einem vergrösserten Teil 66 an dem einen Ende der Basis 54 vorspringen. Geeignete Stützfüsse 68 halten die Basis 54 in dem gewünschten Abstand über dem Boden oder einer anderen Auflagefläche.
Wegen der Neigung der längs- und der Quer feder 48 bzw. 60 des Zwischenrahmens 38 und der von diesem getragenen Elektroden können diese ela stisch frei vibrieren in einer im wesentlichen zur Ebene der Federn senkrechten Richtung. Diese Rich tung würde in der Fig. 2 durch eine Linie, die in der Papierebene und senkrecht zur Feder 48 liegt, gekennzeichnet werden. Offenbar kann von diesen Vibrationen in dieser Richtung gesagt werden, dass sie sowohl eine senkrechte Komponente, das heisst eine Komponente im wesentlichen senkrecht zu den Elektroden 20 und 22 als auch eine horizontale Kom ponente besitzen, die im wesentlichen in der Ebene der Elektroden liegt.
Zum Erzeugen der gewünschten hochfrequenten Vibrationen ist ein Magnet 70 auf der Tragebasis 54 in einer Stellung angebracht, in der er einen Anker intermittierend anzieht, der an dem Haltefuss 44 be festigt ist. Der Magnet 70 steht über die Leiungen 72 mit einer geeigneten Vibrationskraftquelle 74 in Verbindung, die die Regler 76 zum Einstellen der Amplitude der Vibrationen und eine Verbindung 78 zum Anschluss an die übliche Netzleitung besitzt. Die abwechselnde Erregung und Enterregung des Magneten 70 durch die Energiequelle 74 bewirkt demgemäss die gewünschten hochfrequenten Vibra- tionen des Rahmens 38 und der Elektroden 20 und 22 in der Richtung des Pfeiles 69 der Fig. 2.
Wie in der Fig. 3 dargestellt, besitzt die untere Elektrode 20 eine relativ glatte, im wesentlichen horizontale Tragefläche 80, über die das zu sepa rierende Material geführt wird. An den seitlichen Kanten dieser Tragefläche 80 ist die Elektrode mit nach unten abgebogenen Flanschen 82 versehen, die in ihrer Stellung durch die Seitenplatten 24 und 26 und dem Querglied 36 mittels der Schrauben 32, wie bereits beschrieben, festgehalten werden.
An dem hinteren Ende der Elektrode 20 ist ein Zuführungsbehälter oder Rutsche 84 vorgesehen. Das zu separierende Material, mit 86 bezeichnet, wird in diesen Zuführungsbehälter 84 eingeschüttet in irgendeiner gewünschten Weise. Danach wird das Material aus dem unteren Ende des Behälters unter halb eines Sperrgliedes 88, das bei 90 an den Sei tenwänden des Behälters geschwenkt werden kann, zugeführt. Das Sperrglied 88 ist so eingestellt, dass dessen untere Kante 92 einen geringen Abstand von der oberen Fläche 80 der Elektrode 20 besitzt, so dass das von dem Behälter 84 zugeführte Material sich längs der Elektrode 20 in einer relativ dünnen, gleichmässigen Schicht entlang bewegt.
Die obere Elektrode 22 besitzt bei dieser Ausfüh rungsform eine Reihe von Öffnungen 92, die durch dazwischenliegende flache Bezirke 96 voneinander getrennt sind. An der Kante jeder Öffnung 94 ist ein nach oben vorspringender Rand 98 vorgesehen. Dieser Rand verhindert, dass Material, das sich auf der oberen Fläche der Bezirke 96 sammelt, zurück nach unten durch die Öffnungen 94 auf die untere Elektrode fällt. Die senkrechten Ränder 100 an, jeder Seite der oberen Elektrode 22 verhindern ein unbe absichtigtes seitliches Entfernen dies Materials, das sich auf der oberen Elektrode gesammelt hat.
Die Öffnungen 94 sind über im wesentlichen den ganzen Hauptbereich der oberen Elektrode 22 gleich mässig verteilt. In der Nähe des Entladeendes der Vorrichtung ist ein unperforierter Bezirk 102 vor- gesehen, der das Material auf eine 104 befördert, von der aus es in einem geeigneten Aufnahmegefäss oder weiteren Trichter 106 deponiert wird. Auf diese Weise wird das Material,
das von der unteren Elektrode weg angezogen und nach oben durch die Öffnungen 94 in der oberen Elektrode 22 geworfen wird, längs der oberen Fläche der oberen Elektrode befördert und in den Aufnahmebehälter 106 geschüttet. Dieser Fördervorgang wird vorzugs- weise bewirkt durch die Vibration der oberen Elek trode in der durch den Pfeil 69 angezeigten Richtung, wie diese Vibrationen ferner dazu dienen,
das Ma terial in einem gli'eichmässi"o#en Strom aus Einfüllte- hälter 84 längs der obren Fläche der unteren Elek trode 20 zu befördern.
Ein weiterer Aufnahmebehälter oder Rutsche 108 ist für das Sammeln des von der unteren Elektrode 20 entladenen Materials vorgesehen. Oberhalb der Entladekante 109 dieser unteren Elektrode 20 ist eine geneigte Führung oder Abschirmung 110 vorge sehen. Die Führung 110 besitzt Seitenflansche 112, die an den Seitenplatten 24 und: 26 durch die Schrauben 114 befestigt sind.
Zum Erzeugen des gewünschten elektrostatischen Feldes zwischen den Elektroden 20 und 22 sind diese Elektroden an eine geeignete Spannungsquelle angeschlossen. So ist an die obere Elektrode 22 bei 118 eine Zuleitung 116 angeschlossen. Das andere Ende der Leitung 116 ist mit der Klemme 120 der Spannungsquellt 122 verbunden.
Eine zweite Zulei tung 124 ist mit dem einen Ende 126 an die untere Elektrode 20 und mit dem anderen Ende an die verbleibende Klemme 128 der Spannungsquelle 122 angeschlossen. Die Spannungsquelle besitzt eine Ver bindung 130 zum Anschluss an die übliche Wechsel- stromnetzlleitung, und ferner ein Regelglied 132 zum Einstellen der Potentialdifferenz zwischen den Klem men 120 und 128 ebenso wie ein. Messinstrument 134, das die Potentialdifferenz anzeigt, für die die Spannungsquelle 122 eingestellt ist.
Auf diese Weise werden die Platten 20 und 22 auf dien gewünschten Potentialen gehalten, um ein gleichbleibendes elek trostatisches Feld zwischen ihnen herzustellen, das auf das in Rede stehende Material einwirkt.
Bei den Mehlschroten, die reine Kleiepartikel, reine Endospermpartikel und Partikel enthalten, denen sowohl Kleie- als auch Endospermpartikel in weit veränderlichen Proportionen anhaften, wird die obere Elektrode vorzugsweise auf ein relativ hohes negatives Potential in bezug auf die untere Elektrode gebracht. Bei der vorliegenden Einrichtung, bei der die Elektroden in senkrechter Richtung einen Ab stand von etwa 19 mm besitzen, wurde ausgezeich nete Scheidung erreicht, wenn die obere Elektrode 22 auf einem negativen Potential von 3500 bis 8000 Volt in bezug auf die untere Elektrode 20 gehalten wurde. Mit anderen Worten, eine Potentialdifferenz im Bereich von etwa 1900 bis 4000 Volt pro cm wurde als günstig gefunden.
Bei dieser besonderen Vorrichtung sind die Per forationen 94 in der oberen Elektrode 22 etwa 8 mm im Durchmesser und besitzen voneinander einen Mittelpunktsabstand von annähernd 16 mm bis 19 mm. Die Öffnungen 94 sind im wesentlichen über den Bereich der oberen Elektrode verstreut, damit die Partikel an irgendeinem Punkt quer über der unteren Elektrode Gelegenheit erhalten, während ihrer Wanderung längs der Maschine durch einige dieser Öffnungen hochgeworfen zu werden.
Im allgemeinen wird das zu scheidende Material über eine elektrisch leitende Platte hinweggeführt, die auch als untere Elektrode zum Erzeugen des elektrostatischen Feldes dient. Die obere Elektroden platte, die von der unteren Elektrode den angege benen Abstand besitzt und sich oberhalb der unteren Platte über eine wesentliche Strecke in der Zufüh rungsrichtung erstreckt, erzeugt ein gleichförmiges elektrostatisches Feld, das das Material durchlaufen muss. Vorzugsweise besitzen die obere und die un tere Elektrodenplatte voneinander einen Abstand, der geringer ist als deren gewöhnliche wirksame Länge.
Die untere Platte oder Elektrode wird in schnelle oder relativ hochfrequente Vibration versetzt, und zwar vorzugsweise in einer Richtung, die eine zur Platte senkrechte Komponente und eine zur Platte parallele Komponente besitzt. Auf diese Weise wird das Material, das die Platte entlanggeführt wird, einer Reihe intermittierender Stösse ausgesetzt, die einem mehrfachen Zweck dienen. Zuallererst sind die Frequenz, die Amplitude und die Richtung der Vibration gross genug, um das Material zu wieder holten Malen in den Raum über der unteren Elek- trode zu schleudern.
Mit anderen Worten, die schnel len Vibrationen führen das Material, die Platte ent lang unter freien Bedingungen, die dem elektro statischen Feld gestatten, auf die Partikel mit maxi maler Wirkung einzuwirken, sobald die Partikel dazu bereit sind.
Zweitens rühren die Reihen schneller Stösse, die im wesentlichen senkrecht zur Auflageelektrode er folgen, die Partikel gründlich auf und geben ihnen eine geeignete Gelegenheit zu reibender Bewegung auf der Unterlage, so dass jedes Partikel seine maxi male Reibungsladung aufnehmen kann .Bei der elek trisch leitenden, das heisst metallisehen Trageelektrode wurde gefunden, dass dort eine bestimmte Grenze für die Reibungsladung besteht, die erworben werden kann.
Drittens werden durch düse intermittierenden Stösse der geerdeten unteren Elektrode in der Aus wirkung alle Partikel zu wiederholten Malen geer det, so dass sie befähigt sind, ihre volle oder maxi male Berührungsladung aufzunehmen, wobei ver schiedene Flächen des Partikels mit der unteren Elektrode in Berührung kommen, während sich die Partikel innerhalb des elektrostatischen Feld'es be finden. Es wurde gefunden, dass nach einer geeigne ten Vorbereitungsperiode diese Berührungsladungen gross genug gemacht werden können, so dass sie über die Reibungsladungen bei gewissen Materialtypen, wie der Kleie und denn Endosperm des Weizenmate rials dominieren.
Die verfügbaren Verfahren zum Entwickeln von Reibungsladungen allein sind nicht genügend prä zise oder der Kontrolle unterworfen, um den Aufbau totaler Reibungsladungen auf dem Kleie- und Endo- spermpartikel des normalen Vermahlungs-Feuchtig- kaitsgehaltes zu sichern, die sich wesentlich genug unterscheiden, um als Basis für das Scheiden zu die nen. Glücklicherweise sind diese totalen Reibungs ladungen klein, so dass viel grössere Berührungs ladungen nach dem hier beschriebenen präzisen und geregelten Verfahren und von den hier beschriebe nen Einrichtungen auf die entsprechenden Partikel gebracht werden können.
Diese Berührungsladungen können grösser gemacht werden, so dass sie über die Reibungsladungen dominieren und auch dergestalt, dass die Differenz in den totalen Ladung-zu-Masse- Verhältnissen der entsprechenden Partikel, eile Kleie und Endosperm, gross genug wird, um ein genaues Scheiden möglich zu machen.
Wird dieser Vorbereitungs- oder Ladevorgang lange genug fortgesetzt, so nähert sich das Ladung- zu-Masse-Verhältnis einem Maximum (für ilrgenü- ein gegebenes Feld, das stark genug ist und einen gegebenen Grad des Schüttellns), das für das.
beson dere Material charakteristisch isst. Auf diese Weise kann geeignete Anpassung des Gradres; des Schütteins und des Potentials der oberen Elektrode die Differenz oder Spanne zwischen den Maximal-Ladung-zu- Masse-Verhältnissen der beiden Materialtypen oft mals bis zu einem Punkt vergrössert werden, an dem genaue und präzise Scheidung durchführbar werden.
Weiterhin haben das Verfahren und die Einrichtung den Vorzug, dass alle gleichen Partikel, das heisst alle Partikel irgend einer besonderen Art, gleich mässig geladen werden, so dass die Genauigkeit und Schärfe des Scheidens in hohem Masse erreicht wird.
Da die fraglichen Partikel relativ nichtleitend sind, erfordert das Aufladen der Partikel, insbeson- dere mit Berührungladungen, eine gewisse Zeit spanne.
Beispielsweise können die Kleie- und Endosperm- partikel als dielektrische Materialien angesehen wer den, die, obwohl sie nicht sehr gutleitend sind, in einem gewissen Masse Elektronen gewinnen oder ver lieren können je nach dem Kontakt mit der Trage elektrode und der Dauer der Anwesenheit in dem elektrostatischen Feld. Diese zum Laden erforder liche Zeit kann der Zeitkonstante einesKondensa- tors gleichgesetzt werden.
Dadurch, dass die Partikel einer Reihe von Stö ssen in schneller Folge und über eine wesentliche Strecke längs der Elektrodenplatte hinweg ausgesetzt werden, wird gesichert, dass jedes Partikel, bevor es das elektrostatische Feld verlässt, entweder sein maxi males Ladung-zu-Masse-Verhältnis oder zumindest das kritische Ladung-zu-Masse-Verhältnis erreicht hat, das ausreicht, um es nach oben aus dem elek trostatischen Feld hinauszuschleudern, wenn z. B. seine Bahn durch eine der Öffnungen 94 führt. Und durch Verwenden der oberen Elektrode als langge streckt ausgebildete Anziehungselektrode geht man.
während dieses Vorbereitungsvorganges sicher, dass jedes Partikel eine Möglichkeit erhält, angezogen zu werden, sobald es das kritische Ladung-zu-Masse- Verhältnis erreicht.
Im Gegensatz dazu besteht bei bekannten Appa raturen, besonders bei solchen, bei denen das Mate rial durch Rollenelektroden oder steil geneigte glatte Elektroden zugeführt wird, keine Möglichkeit, den Materialdurchlauf über eine Trageelektrode hinweg und durch ein elektrostatisches Feld um eine aus reichende Zeitperiode zu verlängern, um sicher zu gehen, dass alle Partikel in vollem Ausmass vorbereitet sind. Bei diesen bekannten Apparaturen können einige wenige Partikel, die anfangs zufällig einen guten Kontakt haben, eine genügend vollständige Berührungs- und Reibungsladung aufnehmen,wohin- gegen andere Partikel, die zu Anfang keinen erfolg reichen Kontakt haben, nur teilweise geladen wer den.
Weiterhin kann ein Partikel, das an einem Punkt genügend geladen wurde, einiges von seiner Ladung verlieren, bevor es die anziehende Elektrode erreicht und auf diese Weise seine Gelegenheit zur Abschei dung verfehlt. Eine solche Zufallsmethode des La dens kann dort befriedigend sein, wo die Eigenschaf ten des Materials in weitem Umfang voneinander verschieden sind, wie in dem Fall Leiter gegen Nicht leiter; doch versagen diese Verfahren und Vorrich tungen gänzlich, wenn sie den Problemen gegenüber stehen, die hier beschrieben wurden. Die erwünschte Einstellbarkeit der Zeit des Duschlaufens (das heisst der Zeit des Vorbereitens) der Partikel wird im vorliegenden Falle erreicht durch geeignete Bedingungen der Vibration und der Aus richtung und Länge der Elektroden.
Die geeignete Wahl dieser Faktoren bietet eine Einrichtung zum zeitlichen Verlängern des Materialdurchlaufs über die untere Elektrode. In der Auswirkung stellen die Vibrationsbedingungen die primäre Einrichtung zum Bewegen der Partikel längs der Elektrode dar im Gegensatz zu Gravitationseinrichtungen oder zu der Kombination von Gravitations- mit elektrostatischen Einrichtungen, wie im Falle der steil geneigten Elek troden, und im Gegensatz zu rotierenden Einrich tungen, wie im Falle der Rollenelektroden.
Wie oben erwähnt, werden die Partikel einem gleichförmigen elektrostatischen Feld während dieses Vorbereitungs- oder Aufladevorganges ausgesetzt. Zur Erzeugung dieses Feldes besitzt die obere Elektrode notwendigerweise eine wesentliche Länge in der Zu führungsrichtung des Materials, um den Partikeln lange genug die Möglichkeit des Angezogenwerdens zu bieten.
Es ist zu beachten, dass die präzise Anpassung des Potentials dieser oberen Elektrode in bezug auf das Potential der unteren Elektrode bis zu einem Punkt möglich ist und das kritische Ladung-zu-Masse- Verhältnis, das zum Anheben eines Partikels unter den besonderen Bedingungen des Schüttelas, des Elektrodenabstandes und der angepassten Feldstärke erforderlich ist, gerade unter das niedrigste Maximal ladung-zu-Masseverhältnis der verschiedenen Parti kel fällt, die man abzuscheiden wünscht. Beispiels weise kann das Potential im Falle des.
Mehlsehrotens so bemessen werden, dass die Kileiepartikel zur oberen Elektrode angehoben und entfernt werden. Zur glei chen Zeit diarf .das Potential nicht so hoch sein, dass die verbleibenden Endospermpartikel entfernt wer den, selbst wenn diese voll geladen sind.
Eine derar tige Einstelllung des. Potentials der oberen Elektrode ist nur wirksam, wenn - wie hier vorgeschlagen wird - Vorsorge für das gründkche Vorbereiten oder Laden aller Partikel und für das sofortige An ziehen der gewünschten einzelnen Partikel, sobald jedes die geeignete Ladung besitzt, getroffen wird.
Weiterhin ist es höchst erwünscht, die angezo genen Partikel aus dem elektrostatischen Feld gerade dann zu entfernen, wenn sie zur oberen Elektrode angezogen worden sind.
Dies wird beispielsweise erreicht durch öffnun- gen in der oberen Elektrode, so dass in der Auswir kung die angezogenen Partikel, die sich auf einer Bahn befinden, die durch die Öffnungen führt, durch diese hindurch über das elektrostatische Feld hinaus geschleudert wcrälen. Die obere Fläche der Elektrode kann,
danach als Förderfläche zum Entnehmen der hochgeworfenen Partikel verwendet werden. Eine be sonders vorteilhafte Konstruktion besteht darin, dass die obere Elektrode nicht nur mit Öffnungen in der beschriebenen, Weise versehen ist, sondern gleichfalls während des Scheidungsvorganges in schnelle Vibra- tionen versetzt wird, und zwar in einer Richtung,
deren Komponenten sowohl senkrecht zu der oberen Elektrode als auch in deren Ebene liegen. Auf diese Weise kann die obere Elektrode als Vibrationsför- derer zum Entfernen der hochgeworfenen Partikel aus dem Feld dienen.
Es sei darauf hingewiesen, dass obwohl perforierte oder offene obere Elektroden in gewissen Konstruk tionen der bisherigen Technik vorgeschlagen wurden, diese nicht in Verbindung mit einer unteren platten artigen Elektrode von wesentlicher Ausdehnung be nutzt wurden, welche Elektrode der Vibration un- terworfen wird, um die Partikel über eine relativ grosse Länge des Weges. vorzubereiten.
Auch wurden solche perforierten Elektroden nicht für eine Appa ratur vorgeschlagen, bei der eine präzise Anpassung der relativen Potentiale zu einer genauen und wirk samen Separation führt, die nach dem beschriebenen Verfahren erhalten und durch das gründliche Vor bereiten der Partikel möglich gemacht wird, welcher Vorgang gleichzeitig mit ihrem Durchlauf durch das anziehende elektrostatische Feld und einer sofortigen Entnahme der angezogenen Partikel aus dem vorberei tenden und anziehenden Feld stattfindet.
In den Fig. 5, 6 und 7 wird eine modifizierte Ausführungsform der oberen Elektrode dargestellt, die in Verbindung mit der Einrichtung der Fig. 1 bis 4 verwendet wird. In diesem Falle besitzt die Elektrode, allgemein mit 136 bezeichnet, eine Reihe langgestreckter Kanäle 138, die voneinander durch sich in der Längsrichtung erstreckende Zwischen räume oder Öffnungen 140 getrennt sind.
Die Zwischenkanäle 138, die im wesentlichen den Hauptbereich der Elektrode bedecken, sind aus flachem Längsstreifenmaterial 142 hergestellt, die in der Querrichtung bei 144 ein kurzes Stück von je dem Ende aus an beiden Seiten eingeschnitten sind. Das zwischen den Einschnitten liegende Material kann danach nach oben gebogen werden zur Erzeu gung von senkrechten Seiten oder Flanschen 146, die verhindern, dass das in dem Kanal 138 gesam melte Material durch die Öffnungen 140 zurückfällt. Die flachen Endteile 148 jedes Kanalgliedes 138 dienen zur Montage der entsprechenden Kanäle und bieten den gewünschten Zwischenraum zwischen ihnen für die Öffnungen 140.
Der Hauptrahmen der Elektrode 136 besitzt zwei Querglieder 150 und 152 an den Enden der Elek trode in Kombination mit den Hauptkanälen 154 und 156 an jeder Kante.
Das Entladeende der Elektrode 136 ist mit einem zusammenlaufenden Mündungsteil 158 ver sehen.
Wie in der Fig. 7 dargestellt, besitzt der Haupt seitenkanal 154 einen inneren senkrechten Flansch 160 von im wesentlichen der gleichen Höhe wie die Flansche 146 an den Kanälen 138. Der Kanal 154 besitzt ferner einen Aussenflansch 162, der wesent lich höher ist als die inneren Flansche. Das Ver- hältnis der Höhen beträgt in diesem Falle zwei zu eins.
Wie bereits vorgeschlagen, sind die flachen Teile 148 an den Enden jeden Zwischenkanals 138 in anliegende Beziehung gebracht, wie bei 164 darge stellt, um die Kanäle 138 in genauem Abstand zu halten und um für den Zusammenbau eine geeignete Möglichkeit zu schaffen.
Bei der Arbeit dieser Elektrode werden de Par tikel, die von der unteren Elektrode her mit genü gender Kraft nach oben durch die Öffnungen 140 geworfen und von jedem der Seitenkanäle 138 auf genommen. Der Vibrationsvorgang der oberen Elek trode befördert danach das hochgeworfene Material diesen Kanälen entlang und aus der Endrutsche 158 am Ende der Elektrode hinaus.
In Fig. 8 wird eine Modifikation der Elektroden konstruktion der Fig. 5-7 dargestellt. In diesem Falle besitzt der Hauptrahmen der Elektrode die Seitenkanäle 154, die Querglieder 150 und 152 und die Entlademündungen 158. Die Zwischenkanäle 168 dieser Ausführungsform sind verhältnismässig eng und liegen enger beieinander als die Kanäle 138 der früheren Einrichtung. Diese Zwischenkanäle 166 besitzen im wesentlichen U-förmige Gestalt und einen kreisförmigen Bodenteil 168 mit den nach oben ragenden Seitenflanschen 170. Die flachen Endteile 172 können bei 174 in anliegende Beziehung ge bracht werden zur Montage der Zwischenkanäle 166 auf den Quergliedern 150 und 152 genau wie bei der früheren Ausführungsform.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei beiden Aus führungsformen der Fig. 5-7 und der der Fig. 8 die Breite der Öffnungen zwischen den Kanälen im wesentlichen die Hälfte der Gesamttbreite der Ka näle beträgt.
In den Fig. 9-l1 wird eine weitere Apparatur nach der Erfindung dargestellt. Diese Vorrichtung besteht aus der Vielfach-Elektrodentype und ge stattet die Entnahme von aufeinanderfolgenden Materialschnitten, die gleich sein können oder auch nicht. Die Einrichtung besteht aus einer flachen Transportelektrode 176, auf der das Material ur- sprünglich befördert wird.
Die Elektrode 176 er streckt sich über die Längenausdehnung der Ma schine hinweg und wird getragen von einem Zwi schenträger 178. Ein; Einfüllbehälter 180 an dem einen Ende der Elektrode 176 dient zum Einführen des Materials in die Maschine.
Eine Zuführungssperre 182, die an die Behälter- seiten bei 183.angel'enkt ist, verteilt das Material in einer dünnen gleichmässigen Schicht über die obere Fläche der Bodenelektrode 176, wenn die Maschine in Betrieb genommen wird.
Die oberen Elektroden 184, 186 und 188 bzw. sind über der unteren Elektrode 176 und: zu dieser parallel liegend angebracht, damit zwischen der un teren Ellektrode und jeder der oberen Elektroden glieichförmige elektrostatische Felder erzeugt wer ,den. Diese oberen Elektroden werden von den iso- lierenden Haltern 190 getragen, die an dem Rah menglied 178 befestigt sind.
An dem Entladeende jeder oberen Elektrode sind Prallbleche oder Entladeführungen 192, 194 und 196 unter einem Winkel angeordnet. Diese Entladefüh rungen leiten das Material, das von der oberen Fläche der oberen Elektroden getragen wird, zu den Mündungen 198, 200 bzw. 202, diel ihrerseits das Material zu weiteren Rutschen oder Trichtern 204, 206 bzw. 208 leiten.
An dein Entladeende der unteren Elektrode 176 ist eine Entladerutsche 210 vorgesehen. Diese Rutsche besitzt ihrerseits eine obere Führung oder Deckel 212.
Der Zwischenrahmen, von dem die Elektroden direkt getragen werden, ruht auf den geeigneten Federn 214. Das obere Ende jeder Feder 214 ist bei 216 an einer Stütze 218 an dem Rahmen 178 be festigt. Das untere Ende jeder Felder 214 ist bei 220 an einer Stütze 222 auf der stationären Basis der Maschine 224 befestigt. Die winkelmässige Nei gung und Elastizität der Federn 214 machen es, mög lich, den Elektrodenhaltenrahmen 178 und die be treffenden Elektroden in einer Richtung in Vibration zu versetzen, die im wesentlichen durch die Pfeile 226 der Fig. 10 dargestellt wird.
Genau wie in dem Falle der früheren Ausfüh, rungsform hat die durch diese Vibrationseinrichtung erzeugte Bewegung eine zur Ebene @er Elektroden senkrechte Komponente ebenso wie eine Kompo nente, die in der Ebene der Elektroden lieg t.
Um die Elektroden in der gewünschten Weise in schnelle Vibrationen zu versetzen, ist der Zwischen rahmen mit den Lagerstützen 228 versehen, die eine horizontale Querwelle 230 tragen. An jedem Ende der Welle 230 befindet sich eine Scheibe 232 mit einem einzelnen unausbalancierten Gewicht 234 daran. Die Gewichte 234 der entsprechenden Schei ben sind aufeinander ausgerichtet, das heisst, sie stehen in derselben Winkelstellung in bezug auf d@e Welle 230. Daher wird, wenn die Welle 230 in Um drehung versetzt wird, die rotierenden unausbalan- cierten Gewichte 234 Vibrationen des Zwischenrah mens, auf dem die Welle gelagert ist, verursachen.
Da der Zwischenrahmen von den Federn 214 in der soeben beschriebenen Weise getragen wird, so wird die resultiierende Vibration notwendigerweise in der Richtung des Pfeiles 226 liegen.
Die Welle 230 besitzt eine Geschwindigkeits wechselscheibe 236 (von bekannter Konstruktion), die über einen Treibriemen 238 von einem Motor 240 angetrieben wird. Der Motor 240 ruht auf einer Basis 242, die in der Längsrichtung der Maschine auf den Tragestangen oder Wellen 244 gleiten kann. Eine Schraubeinstellungsstange 246, die von dem Handrad 248 bedient wird, greift in die Motorbasis 242 ein und verschiebt diese in der Längsrichtung der Maschine zurr Einstellen der Spannung des Treibriemens 238, wobei der Laufdurchmesser der verstellbaren Scheibe 236 und die Geschwindigkeit der Welle 230, wie gewünscht, verändert wird. Die Steuerstange 246 und die Tragewellen 244 ruhen in geeigneten Quergliedern 250 und 252 der statio nären Hauptbasis der Maschine.
Die Hauptbasis der Maschine besitzt ferner sta tionäre senkrechte Pfeiler 254. Eine von diesen Pfei lern getragene horizontale obere Plattform 256 dient zum Anbringen der entsprechenden Spannungsquel len für die oberen Elektroden. So sind die Span- nungsquell'eneinheiten 258, 260 und 262 jede mit einer ihrer Klemmen über die Drähte 264, 266 und. 268 mit den oberen Elektroden 184, 186 bzw. 188 verbunden. Die anderen Klemmen der entsprechen den Energieeinheiten sind über die Drähte 270, 272 und 274 mit einer Erdverbindung 276 an dem Rah men der Maschine verbunden. Die untere Elektrode 176 ist in gleicher Weise geerdet.
Die entsprechenden Energieeinheiten besitzen getrennte Einstellglieder 278, 280 und 282, die es möglich machen, die ge wünschten Spannungen an die entsprechenden obe ren Elektroden anzulegen. In einigen Fällen kann es sein, dass diese Spannungen die gleichen sind, wäh rend in anderen Fällen die Spannungen voneinander abweichen.
Wie in Fig. 10 dargestellt, besitzen die oberen Elektroden in gewissen Abständen von der unteren Elektrode 176 einen verschiedenen Abstand. Diese Differenzen sind aus Gründen der Klarheit übertrie ben dargestellt. Der senkrechte Abstand der Elektro den kann wie gewünscht eingestellt werden, da in den oberen Elektrodenträgern 190 Schlitze 283 vor gesehen sind.
Auf diese Weise macht die vorliegende Apparatur es möglich, sowohl den Abstand der Elektroden als auch die Potentialdifferenz zwischen ihnen einzuregel'n. Im Ergebnis wird die Apparatur höchst wandlungs- und anpassungsfähig, damit weit gehende Veränderungen ihrer Betriebsmerkmale er halten werden können.
Besitzt beispielsweise die Elektrode 184 von der Elektrode 176 einen grösseren Abstand als die Elek trode 186, so ist es möglich, das Potential der Elek troden 184, 186 so einzuregeln, dass die erstgenannte ein höheres Potential besitzt und das elektrostati sche Feld zwischen der Elektrode 184 und dem Trä ger 176 im wesentlichen das gleiche ist wie das Feld zwischen der Elektrode 186 und dem Träger<B>176.</B> Da die Feldstärke in beiden Fällen die gleiche ist,
so wird die Elektrode 184 jene Partikel anziehen und sammeln, die ein Feld von gegebener Stärke durch einen relativ langen senkrechten Pfad hoch werfen kann, während die Elektrode 186 die anderen Partikel, anzieht und sammelt, die unfähig waren, die erste Elektrode zu erreichen.
Anderseits ist es gleichermassen möglich, den Elektroden 184 und<B>186</B> das gleiche Potential in bezug auf die Trageelektrode 176 zuerteilen, in welchem Falle das elektrostatische Feld an der er sten Elektrode beträchtlich schwächer sein wird als das an der zweiten. Die Elektrode 184 wird deshalb jene Partikel anziehen und sammeln, die von dem relativ schwächeren Feld über die erforderliche Strecke hinweg bewegt werden können,
während die Elektrode 186 die andern Partikel anzieht und sam melt, die von dem stärkeren Feld über eine geringere Distanz hinweg angezogen und gesammelt werden. Wie bereits bemerkt, können diese Arbeitsbedingun gen an den entsprechenden Elektroden beider vollie genden Apparatur in weitem Umfang eingestellt werden.
In Fig. 12 wird eine modifizierte Konstruktion der oberen Elektrode für die Verwendung in der Maschine der Fig. 9-11 dargestellt. Diese modifi zierte obere Elektrode 284 besitzt einen Haupthori zontalrahmen 286, der mit einer Reihe von lang gestreckten Kanälen 287 versehen ist, die von den Öffnungen 288 getrennt sind. Diese Öffnungen sind etwas geneigt in bezug auf die Längsachse der Elek trode zum Vergrössern der Wahrscheinlichkeit, dass Partikel, die die untere Elektrode entlanglaufen, an einem Punkt die Gelegenheit erhalten, durch eine der Öffnungen 288 hindurchzuwandern.
Die Ränder 290 an den Kanten der Öffnungen verhindern eine Rückkehr des Materials zur unteren Elektrode. Es wurde eine geneigte Führung oder Prallblech 292 vorgesehen, die den Führungen 192, 194 und 196 der früher beschriebenen Elektroden gleicht. In glei cher Weise dient ein Auslauf 294 dazu, das Mate rial aus der Elektrode zu entladen. In der in Fig. 12 dargestellten besonderen Ausführungsform ist die Neigung in der Längsrichtung der Schlitze 288 gerade gross genug, so dass das Ende des einen Schlitzes genau auf das andere Ende des nächsten Schlitzes ausgerichtet ist.
Daher spielt es keine Rolle, an wel cher Stelle ein Partikel sich in der Querrichtung auf der unteren Elektrode 176 befindet, da es an irgend einem Punkt seiner Wanderung unterhalb der Elektrode 284 die Gelegenheit erhalten wird, durch einen der Schlitze 288 zum Sammeln und Entfernen hochgeworfen zu werden.
In der vorangehenden Beschreibung sind verschie dene Vorrichtungen dargestellt worden, die eine Durchführung der verbesserten Verfahren der vorlie genden Erfindung ermöglichen. Bei jeder dieser Vor richtung wird das zu separierende Material elek trisch über einen wesentlichen Teil seiner Laufbahn hinweg vorbereitet, während zu gleicher Zeit sich das in Vorbereitung befindliche Material innerhalb des Felldes einer anziehenden Elektrode befindet, die die gewünschten Partikel sofort nach Beendigung des Vorbereitungsvorganges anziehen und entfernen kann.
Bei diesen Vorrichtungen wird eine sehr prä zise, und genaue Balance zwischen den auf die Par tikel einwirkenden Gravitationskräften und den Kräf ten der elektrostatischen Anziehung erreicht.
Es können auch andere Verfahren zum sofortigen Entnehmen der angezogenen Partikel, sobald diese einen bestimmten Abstand von der unteren Elektrode erreichen, angewendet werden, z. B. das Abführen der Partikel durch seitlich bewegte, zwischen unterer und oberer Elektrode angeordnete Förderriemen oder durch Luftstrahlen, die zwischen den Elektroden seit lich gerichtet sind. Doch bietet die Verwendung einer oberen Elektrode, die mit Öffnungen versehen ist, durch die die Partikel geschleudert werden können, bestimmte Vorteile in der Kombination mit den an deren Merkmalen der Einrichtung.
Eine solche Elek trode bietet nicht nur ein im wesentlichen gleichför miges elektrostatisches Feld der gewünschten Art, sonldern auch mittels ihrer oberen Fläche eine Ein richtung zum Befördern der hochgeworfenen Parti kel zu einem geeigneten Sammler. Diese Vorrichtung besitzt die Vorteile der Einfachheit der Konstruktion und der Leichtigkeit der Reinigung und Erhaltung. Da die obere Elektrode durch direkte Befestigung an der unteren Platte in Vibration versetzt werden kann, werden keine zusätzlichen Bewegungsteile für die Anziehung und die Entfernung der Partikel be nötigt.
Weiterhin wurde dort, wo die obere Elektrode mit Öffnungen oder Perforationen versehen ist, ge funden, dass die Vibration dieser oberen Elektrode als eine Einrichtung zum Vergrössern der Wirksam keit der Apparatur höchst erwünscht ist. Wie be reits hervorgehoben, sind stationäre perforierte obere Elektroden in der elektrostatischen Separationstech nik bereits bekannt. Bei diesen stationären Elektro den jedoch stossen einige der von der Elektrode an gezogenen Partikel und diejenigen, die eine der Öff nungen darin verfehlen, gegen die festen Bezirke der Elektrode und bleiben häufig daran haften. Die An sammlung dieser Partikel reduziert die Wirksamkeit der Vorrichtung.
In dem voxissegenden Fable jedoch verlagern die schnellen, der oberen Elektrode er- teilten Vibrationen idie Partikel, die gegen die untere Fläche der oberen Elektrode gestossen sind, und ermöAichen es diesen Partikeln,
entweder nach oben durch die Öffnungen in der Elektrode zu entweichen oder zur unteren Elektrode zum vollständiigeren La den und darauffolgendem Hochschleudern zurück zukehren.
Wie oben erwähnt, muss das Laden der Partikel über eine wesentliche Strecke und Zeitdauer hinweg fortgesetzt werden, um sie für die Separation ordent dich vorzubereiten, wobei festgestellt wurde, dass bei der oben beschriebenen Vorrichtung eine Wanderung von, etwa 7,6 cm erforderlich ist, bevor die Menge der Entnahme von Partikeln ein Maximum erreicht.
Bei dieser Vorrichtung ist es dementsprechend er forderlich, d'ass die obere Elektrode sich oberhalb der unteren über eine Distanz erstreckt, die wesentlich grösser ist als etwa 7,6 cm in der Zuführungsrichtung. Weiterhin werden, während einige Partikel genü gend geladen werden, um nach weniger a4,s 7,6 cm Wanderung angezogen zu werden,
andere gleiche Partikel sogar in grösserer Menge bei ihrer Waüde- rung weiter entfernt angezogen. Hierin liegt offen sichtlich eine Frage der Wahrscheinlichkeiten einge- schlossen, .das heisst sowohl die Wahrscheinlichkeit,
dass ein gegebenes einzelnes Partikel die untere me- talRisch-e Platte genügend oft und in ausreichender Zahl verschiedener Lagen berührt, so dass das Par tikel sich seinem Maximal-Ladung-zu-Masse-Verhält nis annähert oder zumindest dem kritischen Ladung- zu-Masse-Verhältnis für die besonderen Arbeitsbe dingungen als auch die Wahrscheinlichkeit, dass das Partikel, wenn es schliesslich geladen und angezogen worden ist,
durch eine der Öffnungen geht anstatt gegen andere Partikel oder einen festen Teil der anziehenden Elektrode zu stossen und den Vorgang von neuem beginnen muss.
Die Partikel aus nichtleitendem Material wurden oben mit Kondensatoren verglichen, die eine gewisse Zeitkonstante in Verbindung mit ihrem Ladevorgang besitzen. In einem solchen Falle wird theoretisch die Maximalladung erst nach unendlicher Zeit erreicht.
Es ist gleichfalls der Ausdruck elektrisches Gleichgewichts benutzt worden, um die Bedingung eines Partikels zu kennzeichnen, das genügend ge laden worden ist, so dass eine Berührung mit der metallischen Tragelektrode in Anwesenheit des be sonderen elektrostatischen Feldes die Ladung auf dem Partikel nicht wesentlich verändert. Mit anderen Worten, die durch weitere Kontakte gewonnenen Ladungen gleichen im wesentlichen die Ladungen aus, die während solcher Kontakte verlieren wurden, so dass die Gewinn und Verlustmengen der Ladung sich im Gleichgewicht befinden.
Wie bereits hervorgehoben, scheint jede Partikel type ein Maximal-Lade-zu-Masse-Verhältnis zu be sitzen, das für die Natur des Partikels und die be sonderen Betriebsbedingungen charakteristisch ist. Dieses Maximalverhältnis kann in gewissem Umfang von der Feldstärke und der Heftigkeit des Schütteins abhängen. Für eine gegebene Feldstärke und Vibra- tion scheint es ein charakteristisches Maximum zu geben, das dazu benutzt werden kann, um eine prä zise und wirksame Separation gemäss den hierin be schriebenen Verfahren und Einrichtungen zu errei chen.
Da in bezug auf die Arbeitsweise der vorliegenden Apparatur verschiedene Theorien vorgetragen wur den, bleibt die Tatsache bestehen, dass die Kombina tion der konstruktiven Merkmale und der hierin emp fohlenen Verfahren einen sehr präzisen Ausgleich der auf die abzuscheidenden Partikel einwirkenden Kräfte erreicht, so dass eine extreme Präzision der Separation ermöglicht wird.
Bei der Vermahlung von Mehl können die vorliegende Apparatur und die Verfahren zum elektrostatischen Reinigen von Schrot in kommerziell befriedigendem Massstab ver wendet werden, ohne dass das Material unterhalb des Feuchtigkeitsgehaltes, der normalerweise beim Ver- mahlen verwendet wird, getrocknet werden muss. Beispielsweise wurde ein Material mit 14% Feuch tigkeitsgehalt von der hierin beschriebenen Einrich tung mit Erfolg separiert, während Versuche, der artige Materialien auf den besten bisher erhältlichen elektrostatischen Maschinen zu separieren, erfolglos geblieben sind.
Die Theorien der Arbeitsweise wurden sehr ein gehend behandelt, damit andere besser in den Stand gesetzt werden, das erfindungsgemässe Verfahren und die Apparatur zu verstehen und anzuwenden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die besonderen vorgetragenen Theorien be schränkt ist. Verschiedene Veränderungen in dem spezifischen Aufbau der einzelnen Teile und der spe zifischer Verfahrensstufen werden einem Fachmann geläufig sein.
Method and device for the electrostatic separation of solid mixtures The present invention relates to a method and a device for the electrostatic separation of solid mixtures and in particular to the application of electrostatic methods to the separation of mixtures, such as are found in the field of agriculture . A particular application of the invention is in the cutting of grain in cleaning meal meals by removing the bran particles.
The development of electrostatic processes and devices for separating such mixtures began relatively early. An electrostatic shot cleaner for separating bran from flour was proposed as early as 1880. Electrostatic methods were also proposed at this early stage for application to ores and to mixtures of both electrically conductive and non-conductive particles.
The development of improved high voltage sources, such as vacuum tube rectifiers, and the advent of better and more uniform conveying methods, such as the high frequency vibratory conveyor, have led to widespread activity in the field of electrostatic separation in recent years. However, although there has been considerable success in processing metallic ores or mixtures in which at least one of the particles is a relatively good electrical conductor, the use of the electrostatic separator with agricultural products has been limited and has been relatively unsuccessful.
So far no method and no device has been developed for separating grain material on a commercially satisfactory scale, especially for crushed wheat containing rhyme bran particles, pure endosperm particles and particles to which both bran and endosperm adhere in different proportions.
Insofar as the teachings and suggestions of the prior art are considered, the patents and publications in the field of electrostatic separation are generally adversarial, confusing, and characterized by the lack of any clear or precise teaching as to the theory, method, or device that are suitable for the specific shedding of particular substances.
It is known, but not widely recognized, that particles which are deposited sank can be given different charges in different ways. For example, the generation of static charges through friction between different materials has been known for many years.
The classical physical experiment is typical for this method of charging, whereby a rubber stick that has been driven with fur receives a negative electrical charge.
It is well known that two materials which are rubbed against one another receive the same or oppositely directed charges, the polarity of the particular charge in each case depending on the nature of the material.
Various materials have even been classified on a graduated scale, which is characterized by the fact that when two materials on the scale are rubbed against each other, the material that occupies a higher position on the scale.
receives a positive charge, while the material that is lower on the scale receives the negative charge.
These frictional static charges have been proposed for use in the field of electrostatic separation by frictional sliding of the material over a carrier made from a material selected so that one type of particle is positively charged and the other type is negatively charged.
It has also been recognized that particles can become electrostatically charged by placing them in a static field; H. in the vicinity of a charged electrode, whereby the particles are at least temporarily grounded to a certain extent while they are still in the field. The use of static charges has to some extent been preferred in the field of electrostatic separation in connection with mixtures of conductive and non-conductive particles. In these cases, when the mixture of particles is brought into the field of an electrode and grounded, the metals or conductors are able to easily gain or lose electrons compared to the non-conductors.
If the earth connection is interrupted while the particles are still in the electrode field, the metallic shy particles are left with a charge whose polarity is opposite to that of the charging electrode, while the non-conductors remain relatively uncharged.
In other cases, the particles to be deposited have been exposed to a so-called spray discharge. In this case, the particles are passed between a discharge electrode, i.e. sharp-edged or point electrode, and a base, so that they are exposed to the bombardment of ionized particles from the spray electrode. Here again, the method has primarily been useful for mixtures of bodies and non-conductors, since the conductive particles, if they are grounded on a suitable surface, can lose the charge acquired during the bombardment, while the non-conductors retain these charges.
Spray discharges have not been used with success in cleaning meal meals or similar mixtures of dielectrics. In addition, the risk of sparks forming in such processes makes their use impracticable where there is dust and there is a possibility of explosion, as in the field of flour milling.
Finally, in some cases use has been made of a pyroelectric effect, in which an increase in the temperature of the particles causes changes in the electrical charge which some of the particles carry to an extent that facilitates electrostatic separation.
The prior art devices and methods make little attempt to coordinate the various types of charges with one another. In general, successful results have mainly been obtained where either the mixture to be separated contained both conductors and dielectrics; H. metallic and non-metallic particles, or in cases where the mixture contained two particles, one of which could be positively charged and the other negatively or at least with the same polarity, but to a much lower degree, by friction with a special pad could be loaded.
In the first case, of course, the cleavage is based on the use of induced or spray discharges, while in the second case the friction charge could be used satisfactorily as a basis for the cleavage.
However, these previous methods and devices have not been successful where the particles to be separated were both dielectric and where both types of particles received frictional charges of the same polarity and of substantially the same degree by friction with the particular supports. For example, the cleaning of meal meal by electrostatic methods has not been carried out successfully because both the bran and the endosperm particles of the wheat grain are relative insulators of electricity.
During milling, the endosperm particles of the wheat grain are the source of the final flour, while the bran particles are undesirable and are generally given away as fodder. Their differences in electrical conductivity are so insignificant that known methods and equipment cannot achieve a sufficiently precise separation in practice.
It was also found that both the bran and the pure endosperm particles which are present in the crushed wheat material receive frictional charges of the same polarity when they come into contact with different substrates.
Experiments with very different types of material for the backing have failed to provide a material that contains the bran particles. charges with one polarity and the endosperm particles with the other. In all cases that occur, both the bran and the endosperm particles acquire a positive frictional charge as a result of the, frictional contact with the base material,
regardless of whether the material is metallic or non-metallic.
Since these frictional charges are somewhat different in terms of size per unit weight of the material, the difference is for one material. with normal mailing moisture content so low that satisfactory cutting on the basis of frictional charges is impracticable. Such cutting can be carried out as a laboratory experiment with certain types of known apparatus, provided that
d'ass that the materials to be separated are dried to a relatively large extent, that is to say up to a maximum value of, for example, 6% moisture content.
A drying operation to this extent, however, makes the commercial use of such apparatus impossible, since the cost of drying is too high and the wheat must have a much greater minimum moisture content for satisfactory breaking or chopping during the rest of the milling process.
Furthermore, there is an infinite range of particles with only slightly different electrical characteristics in the material that occurs during flour milling. As stated earlier, this range extends from pure bran to pure endosperm and contains a major part of intermediate particles in which both bran and endosperm adhere to one another in widely varying proportions, depending on the effectiveness and characteristics of the preceding stages the grinding.
Since even the pure bran as well as the endosperm differ only slightly in electrical properties at the boundaries of this area, it is evident that extremely precise methods and apparatus would be required in order to achieve a useful separation at any given intermediate point in this area or to effect spectrum.
In view of the previous development and the deficiencies of the technology, it is accordingly the aim of the invention to drive an improved Ver and to provide a device for electrostatic separation of solid mixtures.
According to the invention, the method is used for the electrostatic separation of solid mixtures with at least two different types of poorly conductive particles in an electrostatic field that exists between a lower and an upper electrode plate, the mixture being brought between the electrode plates and at least the lower electrode plate vibrating vibration is subjected to.
The method according to the invention is characterized in that all of the particles of the mixture present on the upper side of the lower electrode are repeatedly thrown upwards and forwards at a predetermined rate in order to contact different areas of each particle with the lower electrode in the field bring them to take up electrostatic charge and move the particles along a path exposed to a uniform electrostatic field, the upward throwing of the particles continuing to give one type of particle of the mixture a certain ratio of charge Reached mass which is characteristic of these particles, the particles of the said type of mixture,
that have received the characteristic charge are attracted and thrown against the upper electrode plate and that the particles that reach a certain distance from the lower electrode are continuously removed from the field and collected separately.
The invention also comprises a device for carrying out the method. This device is characterized according to the invention by standing in from each other above or below arranged, electrically conductive plates, of which the upper plate has a number of openings to allow particles to pass through these openings, means to a voltage difference between the plates and means for imparting vibratory oscillations to at least the lower plate.
In the accompanying drawings, execution forms of the device according to this invention are illustrated ver and method and device who are described with reference to the drawing. 1 shows a perspective illustration of an electrostatic precipitator according to this invention, FIG. 2 shows an illustration, partly in section along the line 2-2 of FIG. 1, FIG. 3 an illustration, partly in section along the line 3-3 of Fig. 2, Fig. 4 is a partial perspective view of A details of the vibration unit of the device of Figs. 1-3, Fig. 5 is a perspective view of a modified form of the upper electrode for use in the device of Fig 1-4, FIGS. 6 and 7 are partial perspective views of construction details of the electrode of FIGS.
8 is a perspective partial view of a white direct modification of the upper electrode similar to FIG. 7, FIG. 9 is a perspective view of a modified electrostatic precipitator mach the present invention, FIG. 10 is an illustration, partly in section along the line 10-10 of the Fig. 9, Fig. 11 is a representation, partially in section along the line 11-11 of Fig. 9 and Fig. 12 is a plan view of a modified Ausfüh approximate form of the upper electrode for the. Use in the device of Figures 9-11.
The device of FIGS. 1-4 is provided with an un direct electrode 20 and an upper electrode 22 parallel to this in the wesent union. These electrodes are supported by the side plates 24 and 26 of insulating material.
In the present case, the side plates are made of clear plastic to make it easier to observe the separation process between the electrodes. The top electrode 22 is attached to the side plate 24 by the screws 28 and to the side plate 26 by the screws 30.
In the same way, the lower electrode 20 is connected to the side plates 24 and 26 by means of the screws 32 and 34. These screws in turn engage in wooden or insulated cross members 36,
which give the lower electrode rigidity and serve as a holding device for the combined electrode pairs. Diesle cross pieces 36 are connected to an elongated intermediate support 3 8 by the screws ben.
The intermediate carrier 38 is provided with feet 42 and 44 which are inclined downwards and forwards and which together with the frame plate 38 form a solid, rigid unit.
The rear support foot 42 is connected to an inclined retaining spring 48 via the screws 46. The lower end of the retaining spring is attached to a retaining lug 52 of the base member 54 by means of the screws 50.
The front holding foot 44 of the plate 38 is somewhat longer than the rear foot 42, as can be seen from FIG. An elongated clamping member 56 is attached to the foot by means of screws 58. A horizontal or transverse spring 60 is clamped between the members 44 and 56 so that the foot 44 is held firmly in the center of the spring 60 substantially. The spring 60 is attached to the support columns 64 by means of the screws 62 which protrude from an enlarged part 66 at one end of the base 54. Suitable support feet 68 hold the base 54 the desired distance above the floor or other supporting surface.
Because of the inclination of the longitudinal and transverse springs 48 and 60 of the intermediate frame 38 and the electrodes carried by this, these ela stically vibrate freely in a direction substantially perpendicular to the plane of the springs. This Rich device would be identified in Fig. 2 by a line that is in the plane of the paper and perpendicular to the spring 48, are identified. Obviously, these vibrations in this direction can be said to have both a vertical component, that is to say a component essentially perpendicular to the electrodes 20 and 22, and a horizontal component which lies essentially in the plane of the electrodes.
To generate the desired high-frequency vibrations, a magnet 70 is mounted on the support base 54 in a position in which it intermittently attracts an armature which is fastened to the support foot 44 BE. The magnet 70 is connected via the lines 72 to a suitable vibration force source 74, which has the controller 76 for setting the amplitude of the vibrations and a connection 78 for connection to the usual power line. The alternating excitation and de-excitation of the magnet 70 by the energy source 74 accordingly causes the desired high-frequency vibrations of the frame 38 and the electrodes 20 and 22 in the direction of the arrow 69 in FIG.
As shown in FIG. 3, the lower electrode 20 has a relatively smooth, substantially horizontal support surface 80 over which the material to be separated is passed. At the lateral edges of this support surface 80, the electrode is provided with downwardly bent flanges 82 which are held in place by the side plates 24 and 26 and the cross member 36 by means of the screws 32, as already described.
At the rear end of the electrode 20, a feed tank or chute 84 is provided. The material to be separated, denoted by 86, is poured into this feed container 84 in any desired manner. Thereafter, the material is fed from the lower end of the container under half of a locking member 88 which can be pivoted at 90 on the sides of the container Be. The locking member 88 is adjusted so that its lower edge 92 is a short distance from the upper surface 80 of the electrode 20, so that the material supplied by the container 84 moves along the electrode 20 in a relatively thin, uniform layer.
In this embodiment, the upper electrode 22 has a series of openings 92 which are separated from one another by flat areas 96 in between. An upwardly projecting rim 98 is provided at the edge of each opening 94. This rim prevents material that collects on the upper surface of the domes 96 from falling back down through the openings 94 onto the lower electrode. The vertical edges 100 on each side of the top electrode 22 prevent inadvertent lateral removal of this material that has collected on the top electrode.
The openings 94 are uniformly distributed over essentially the entire main region of the upper electrode 22. In the vicinity of the discharge end of the device, an imperforate area 102 is provided which conveys the material onto a 104, from which it is deposited in a suitable receptacle or further funnel 106. In this way the material
which is attracted away from the lower electrode and thrown up through the openings 94 in the upper electrode 22, carried along the upper surface of the upper electrode and poured into the receptacle 106. This conveying process is preferably effected by the vibration of the upper electrode in the direction indicated by arrow 69, as these vibrations also serve to
to convey the material in a uniform stream from the filling container 84 along the upper surface of the lower electrode 20.
Another receptacle or chute 108 is provided for collecting the material discharged from the lower electrode 20. Above the discharge edge 109 of this lower electrode 20, an inclined guide or shield 110 is provided. The guide 110 has side flanges 112 that are attached to the side plates 24 and: 26 by screws 114.
To generate the desired electrostatic field between electrodes 20 and 22, these electrodes are connected to a suitable voltage source. A supply line 116 is connected to the upper electrode 22 at 118. The other end of the line 116 is connected to the terminal 120 of the voltage source 122.
A second feed line 124 is connected at one end 126 to the lower electrode 20 and at the other end to the remaining terminal 128 of the voltage source 122. The voltage source has a connection 130 for connection to the usual AC power line, and also a control element 132 for setting the potential difference between the terminals 120 and 128 as well as a. Measuring instrument 134 which shows the potential difference for which the voltage source 122 is set.
In this way, the plates 20 and 22 are kept at the desired potentials in order to produce a constant electrostatic field between them, which acts on the material in question.
In the case of meal meal containing pure bran particles, pure endosperm particles and particles to which both bran and endosperm particles adhere in widely varying proportions, the upper electrode is preferably brought to a relatively high negative potential with respect to the lower electrode. In the present device, in which the electrodes have a distance of about 19 mm in the vertical direction, excellent separation was achieved when the upper electrode 22 was held at a negative potential of 3500-8000 volts with respect to the lower electrode 20 . In other words, a potential difference in the range of about 1900 to 4000 volts per cm has been found to be beneficial.
In this particular device, the perforations 94 in the top electrode 22 are approximately 8 mm in diameter and spaced approximately 16 mm to 19 mm from each other. The openings 94 are substantially scattered over the area of the upper electrode to allow the particles at any point across the lower electrode to be tossed up through some of these openings as they travel along the machine.
In general, the material to be separated is passed over an electrically conductive plate, which also serves as a lower electrode for generating the electrostatic field. The upper electrode plate, which has the specified distance from the lower electrode and extends above the lower plate over a substantial distance in the feed direction, generates a uniform electrostatic field which the material must pass through. The upper and lower electrode plates are preferably spaced apart from one another which is less than their usual effective length.
The lower plate or electrode is caused to vibrate rapidly or at relatively high frequency, preferably in a direction which has a component perpendicular to the plate and a component parallel to the plate. In this way, the material being moved along the plate is subjected to a series of intermittent impacts which serve multiple purposes. First of all, the frequency, amplitude, and direction of the vibration are large enough to throw the material repeatedly into the space above the lower electrode.
In other words, the fast vibrations guide the material, the plate along under free conditions that allow the electrostatic field to act on the particles with maximum effect as soon as the particles are ready.
Second, the series of rapid bursts, which are essentially perpendicular to the support electrode, stir the particles thoroughly and give them a suitable opportunity to rub the surface so that each particle can absorb its maximum frictional charge. that is, the metallic carrying electrode has been found to have a certain limit to the frictional charge that can be acquired.
Thirdly, intermittent impacts of the grounded lower electrode cause all particles to be grounded repeatedly so that they are able to absorb their full or maximum contact charge, with different surfaces of the particle coming into contact with the lower electrode, while the particles are within the electrostatic field. It has been found that, after a suitable preparation period, these touch charges can be made large enough so that they dominate over the friction charges in certain types of material, such as the bran and the endosperm of the wheat material.
The methods available for developing frictional charges alone are not sufficiently precise or subject to control to ensure the build-up of total frictional charges on the bran and endosperm particles of normal grinding moisture content that differ significantly enough to be used as a basis for parting. Fortunately, these total frictional charges are small, so that much larger contact charges can be applied to the corresponding particles using the precise and regulated method described here and by the devices described here.
These touch charges can be made larger so that they dominate over the frictional charges and also in such a way that the difference in the total charge-to-mass ratios of the corresponding particles, such as bran and endosperm, is large enough to allow an accurate separation do.
If this preparation or charging process is continued long enough, the charge-to-mass ratio approaches a maximum (for insufficient - a given field that is strong enough and a given degree of shaking) that is necessary for the.
eats special material in a characteristic way. In this way, appropriate adjustment of the Gradres; the shake and the potential of the top electrode, the difference or span between the maximum charge-to-mass ratios of the two types of material can often be increased to a point where accurate and precise separation can be made.
Furthermore, the method and the device have the advantage that all the same particles, that is to say all particles of any particular type, are charged uniformly, so that the precision and sharpness of the cutting is achieved to a high degree.
Since the particles in question are relatively non-conductive, the charging of the particles, particularly with touch charges, requires a certain period of time.
For example, the bran and endosperm particles can be viewed as dielectric materials which, although they are not very conductive, can gain or lose electrons to a certain extent depending on the contact with the carrying electrode and the duration of their presence in it electrostatic field. This time required for charging can be equated to the time constant of a capacitor.
The fact that the particles are exposed to a series of impacts in quick succession and over a substantial distance along the electrode plate ensures that each particle either has its maximum charge-to-mass ratio before it leaves the electrostatic field or at least has reached the critical charge-to-mass ratio that is sufficient to throw it upward out of the electrostatic field, if z. B. its path through one of the openings 94 leads. And by using the top electrode as an elongated attraction electrode, one goes.
During this preparation process, ensure that each particle is given a chance to be attracted as soon as it reaches the critical charge-to-mass ratio.
In contrast to this, with known appliances, especially those in which the material is fed through roller electrodes or steeply inclined smooth electrodes, there is no possibility of extending the material flow over a carrying electrode and by an electrostatic field by a sufficient period of time, to make sure that all particles are fully prepared. In these known apparatuses, a few particles that happen to be in good contact at the beginning can take up a sufficiently complete contact and friction charge, whereas other particles that do not have successful contact at the beginning are only partially charged.
Furthermore, a particle that is sufficiently charged at one point can lose some of its charge before it reaches the attracting electrode, thus missing its opportunity to deposit. Such a random method of loading can be satisfactory where the properties of the material differ widely, as in the case of ladder versus non-ladder; however, these methods and devices fail utterly when faced with the problems described herein. The desired adjustability of the time of showering (that is, the time of preparation) of the particles is achieved in the present case by suitable conditions of vibration and the direction and length of the electrodes.
Appropriate selection of these factors provides a means of increasing the time of material passage over the lower electrode. In effect, the vibration conditions are the primary means of moving the particles along the electrode, as opposed to gravitational means or the combination of gravitational and electrostatic means, as in the case of steeply inclined electrodes, and unlike rotating means, such as in the case of roller electrodes.
As mentioned above, the particles are exposed to a uniform electrostatic field during this preparation or charging process. In order to generate this field, the upper electrode necessarily has a substantial length in the direction in which the material is fed, in order to offer the particles the possibility of being attracted long enough.
It should be noted that the precise adjustment of the potential of this upper electrode with respect to the potential of the lower electrode is possible up to a point and the critical charge-to-mass ratio required to lift a particle under the particular conditions of the shaker , the electrode spacing and the adapted field strength is required, falls just below the lowest maximum charge-to-mass ratio of the various particles that you want to deposit. For example, in the case of.
Flour red should be sized so that the kileia particles are raised to the upper electrode and removed. At the same time, the potential must not be so high that the remaining endosperm particles are removed, even if they are fully charged.
Such a setting of the potential of the upper electrode is only effective if - as proposed here - provision is made for thorough preparation or charging of all particles and for the immediate attraction of the desired individual particles as soon as each has the appropriate charge .
Furthermore, it is highly desirable to remove the attracted particles from the electrostatic field just as they are attracted to the top electrode.
This is achieved, for example, by openings in the upper electrode, so that the effect of the attracted particles that are located on a path that leads through the openings is thrown through them beyond the electrostatic field. The top surface of the electrode can
then used as a conveying surface for removing the thrown particles. A particularly advantageous construction is that the upper electrode is not only provided with openings in the manner described, but is also set into rapid vibrations during the separation process, namely in one direction
the components of which are both perpendicular to the upper electrode and in its plane. In this way, the upper electrode can serve as a vibration conveyor for removing the particles thrown up from the field.
It should be noted that although perforated or open top electrodes have been suggested in certain prior art designs, they have not been used in conjunction with a bottom plate-like electrode of substantial extent which electrode will be vibrated around Particles over a relatively large length of the way. prepare.
Also, such perforated electrodes have not been proposed for an apparatus in which a precise adjustment of the relative potentials leads to a precise and effective separation that is obtained by the method described and made possible by thoroughly preparing the particles, which process is carried out simultaneously takes place with their passage through the attractive electrostatic field and an immediate removal of the attracted particles from the preparatory and attractive field.
Referring to Figures 5, 6 and 7, there is shown a modified embodiment of the top electrode used in conjunction with the apparatus of Figures 1-4. In this case, the electrode, generally designated 136, has a series of elongated channels 138 which are separated from one another by spaces or openings 140 extending in the longitudinal direction.
The intermediate channels 138, which cover substantially the main area of the electrode, are made of flat longitudinal strip material 142 cut in the transverse direction at 144 a short distance from each end on either side. The material lying between the incisions can then be bent upwards to produce vertical sides or flanges 146 which prevent the material collected in the channel 138 from falling back through the openings 140. The flat end portions 148 of each channel member 138 are used to mount the corresponding channels and provide the desired spacing between them for the openings 140.
The main frame of electrode 136 has two cross members 150 and 152 at the ends of the electrode in combination with main channels 154 and 156 at each edge.
The discharge end of the electrode 136 is seen with a converging mouth portion 158 ver.
As shown in Fig. 7, the main side channel 154 has an inner vertical flange 160 of substantially the same height as the flanges 146 on the channels 138. The channel 154 also has an outer flange 162 which is wesent Lich higher than the inner Flanges. The ratio of the heights is two to one in this case.
As previously suggested, the flat portions 148 at the ends of each intermediate channel 138 are brought into abutting relationship, as illustrated at 164, to keep the channels 138 precisely spaced and to provide convenient assembly.
During the work of this electrode, the particles that are thrown from the lower electrode with sufficient force upward through the openings 140 and from each of the side channels 138 are taken up. The vibrating action of the upper electrode then conveys the thrown material along these channels and out of the end chute 158 at the end of the electrode.
In Fig. 8, a modification of the electrode construction of Fig. 5-7 is shown. In this case, the main frame of the electrode has the side channels 154, cross members 150 and 152 and discharge ports 158. The intermediate channels 168 of this embodiment are relatively narrow and closer together than the channels 138 of the prior device. These intermediate channels 166 are generally U-shaped and have a circular bottom portion 168 with upwardly extending side flanges 170. The flat end portions 172 can be brought into abutting relationship at 174 for mounting the intermediate channels 166 on the cross members 150 and 152 as at the earlier embodiment.
It should be pointed out that in both embodiments of FIGS. 5-7 and that of FIG. 8, the width of the openings between the channels is essentially half the total width of the channels.
9-11, another apparatus according to the invention is shown. This device consists of the multiple electrode type and enables the removal of successive material cuts, which may or may not be the same. The device consists of a flat transport electrode 176 on which the material is originally transported.
The electrode 176 he stretches across the length of the machine and is carried by an intermediate carrier 178. A; Hopper 180 at one end of electrode 176 is used to introduce the material into the machine.
A feed lock 182, which is hinged to the sides of the container at 183, distributes the material in a thin even layer over the upper surface of the bottom electrode 176 when the machine is started.
The upper electrodes 184, 186 and 188 or are attached above the lower electrode 176 and: parallel to it, so that uniform electrostatic fields are generated between the lower electrode and each of the upper electrodes. These top electrodes are carried by the insulating brackets 190 attached to the frame member 178.
At the discharge end of each top electrode, baffles or discharge guides 192, 194 and 196 are positioned at an angle. These discharge guides direct the material carried by the top surface of the upper electrodes to orifices 198, 200 and 202, respectively, which in turn direct the material to other chutes or hoppers 204, 206 and 208, respectively.
A discharge chute 210 is provided at the discharge end of the lower electrode 176. This chute in turn has an upper guide or cover 212.
The intermediate frame, by which the electrodes are directly supported, rests on the appropriate springs 214. The upper end of each spring 214 is secured at 216 to a support 218 on the frame 178 be. The lower end of each panel 214 is attached at 220 to a bracket 222 on the stationary base of machine 224. The angular inclination and elasticity of the springs 214 make it possible, please include, to set the electrode holding frame 178 and the electrodes in question in a direction which is shown substantially by the arrows 226 of FIG.
Just as in the case of the earlier embodiment, the movement generated by this vibration device has a component perpendicular to the plane of the electrodes as well as a component that lies in the plane of the electrodes.
In order to set the electrodes in rapid vibration in the desired manner, the intermediate frame is provided with bearing supports 228 which carry a horizontal transverse shaft 230. At each end of the shaft 230 is a washer 232 with a single unbalanced weight 234 thereon. The weights 234 of the respective disks are aligned, that is, they are in the same angular position with respect to the shaft 230. Therefore, when the shaft 230 is set in rotation, the rotating unbalanced weights 234 vibrate Zwischenrah mens on which the shaft is mounted cause.
Since the intermediate frame is supported by springs 214 in the manner just described, the resulting vibration will necessarily be in the direction of arrow 226.
The shaft 230 has a speed change disk 236 (of known construction) which is driven by a motor 240 via a drive belt 238. The motor 240 rests on a base 242 which can slide in the longitudinal direction of the machine on the support bars or shafts 244. A screw adjustment rod 246, operated by hand wheel 248, engages and translates motor base 242 in the longitudinal direction of the machine to adjust the tension of belt 238, with the barrel diameter of adjustable pulley 236 and the speed of shaft 230 as desired , is changed. The control rod 246 and support shafts 244 rest in suitable cross members 250 and 252 of the main stationary base of the machine.
The main base of the machine also has stationary vertical pillars 254. A horizontal upper platform 256 carried by these pillars is used to mount the appropriate voltage sources for the upper electrodes. Thus, the power source units 258, 260 and 262 are each with one of their terminals over the wires 264, 266 and. 268 are connected to the top electrodes 184, 186 and 188, respectively. The other terminals of the corresponding power units are connected by wires 270, 272 and 274 to a ground connection 276 on the frame of the machine. The lower electrode 176 is similarly grounded.
The corresponding energy units have separate adjustment members 278, 280 and 282, which make it possible to apply the desired voltages to the corresponding upper electrodes. In some cases these voltages may be the same, while in other cases the voltages may differ.
As shown in FIG. 10, the upper electrodes are spaced differently from the lower electrode 176 at certain distances. These differences are exaggerated for the sake of clarity. The vertical distance between the electrodes can be adjusted as desired, since slots 283 are seen in the upper electrode supports 190.
In this way, the present apparatus makes it possible to regulate both the distance between the electrodes and the potential difference between them. As a result, the apparatus is extremely versatile and adaptable so that extensive changes in its operating characteristics can be kept.
For example, if the electrode 184 is at a greater distance from the electrode 176 than the electrode 186, it is possible to regulate the potential of the electrodes 184, 186 so that the former has a higher potential and the electrostatic field between the electrode 184 and the carrier 176 is essentially the same as the field between the electrode 186 and the carrier <B> 176. </B> Since the field strength is the same in both cases,
thus electrode 184 will attract and collect those particles which a field of given strength can throw up through a relatively long perpendicular path, while electrode 186 will attract and collect the other particles that were unable to reach the first electrode.
On the other hand, it is equally possible to give the electrodes 184 and 186 the same potential with respect to the carrying electrode 176, in which case the electrostatic field on the first electrode will be considerably weaker than that on the second. The electrode 184 will therefore attract and collect those particles which can be moved the required distance by the relatively weaker field,
while electrode 186 attracts and collects the other particles which are attracted and collected by the stronger field over a shorter distance. As already noted, these Arbeitsbedingun conditions can be set to a large extent on the corresponding electrodes of both complete apparatus.
Referring now to Figure 12, there is shown a modified top electrode construction for use in the machine of Figures 9-11. This modified upper electrode 284 has a main horizontal frame 286 which is provided with a series of elongated channels 287 which are separated from the openings 288. These openings are inclined somewhat with respect to the longitudinal axis of the electrode to increase the likelihood that particles traveling along the lower electrode will at some point be given the opportunity to migrate through one of the openings 288.
The rims 290 at the edges of the openings prevent the material from returning to the lower electrode. An inclined guide or baffle 292 was provided which is similar to guides 192, 194 and 196 of the electrodes previously described. In the same way, an outlet 294 is used to discharge the material from the electrode. In the particular embodiment shown in FIG. 12, the inclination in the longitudinal direction of the slots 288 is just large enough that the end of one slot is precisely aligned with the other end of the next slot.
Thus, it does not matter where in the transverse direction a particle is on the lower electrode 176, as at some point in its migration below the electrode 284 it will be given the opportunity to be thrown up through one of the slots 288 for collection and removal to become.
In the foregoing description, various devices have been shown which enable the improved methods of the present invention to be carried out. In each of these devices before the material to be separated is elec trically prepared over a substantial part of its career, while at the same time the material in preparation is within the skin of an attracting electrode that attract the desired particles immediately after the preparation process and can remove.
With these devices, a very precise and exact balance between the gravitational forces acting on the particles and the forces of electrostatic attraction is achieved.
Other methods of immediately removing the attracted particles as soon as they reach a certain distance from the lower electrode can also be used, e.g. B. the removal of the particles by laterally moved, arranged between the lower and upper electrode conveyor belts or by air jets that are directed between the electrodes since Lich. However, the use of an upper electrode which is apertured through which the particles can be thrown offers certain advantages in combination with the other features of the device.
Such an elec trode not only offers a substantially uniform electrostatic field of the desired type, but also by means of its upper surface a device for conveying the particles thrown up to a suitable collector. This device has advantages of simplicity in construction and ease of cleaning and maintenance. Since the upper electrode can be made to vibrate by attaching it directly to the lower plate, no additional moving parts are required for the attraction and removal of the particles.
Furthermore, where the top electrode is apertured or perforated, it has been found that vibration of this top electrode is highly desirable as a means of increasing the efficiency of the apparatus. As already pointed out, stationary perforated upper electrodes are already known in electrostatic separation technology. With these stationary electrodes, however, some of the particles attracted by the electrode and those missing one of the openings therein collide against and often adhere to the solid areas of the electrode. The accumulation of these particles reduces the effectiveness of the device.
In the voxi-sighing fable, however, the rapid vibrations imparted to the upper electrode shift the particles that have hit the lower surface of the upper electrode, allowing these particles to
either escape up through the openings in the electrode or return to the lower electrode for full loading and subsequent throwing up.
As noted above, the loading of the particles must continue for a substantial distance and period of time in order to properly prepare them for separation, and it has been found that the device described above requires a migration of about 3 inches before the amount of removal of particles reaches a maximum.
In this device, it is accordingly necessary that the upper electrode extends above the lower electrode over a distance which is substantially greater than about 7.6 cm in the feed direction. Furthermore, while some particles are charged enough to be attracted after less a4, s 7.6 cm migration,
other particles of the same kind, even in larger quantities, are attracted further away in their growth. This obviously includes a question of probabilities, that is, both the probability
that a given individual particle touches the lower MetallRisch-e plate sufficiently often and in a sufficient number of different layers that the particle approaches its maximum charge-to-mass ratio or at least the critical charge-to-mass ratio -Ratio for the particular working conditions as well as the likelihood that the particle, when it has finally been charged and attracted,
goes through one of the openings instead of bumping into other particles or a solid part of the attracting electrode and having to start the process again.
The particles of non-conductive material were compared above with capacitors, which have a certain time constant in connection with their charging process. In such a case, the maximum charge is theoretically only reached after an infinite amount of time.
The term electrical equilibrium has also been used to denote the condition of a particle that has been charged enough so that contact with the metallic support electrode in the presence of the particular electrostatic field does not significantly change the charge on the particle. In other words, the charges gained through further contacts essentially offset the charges lost during such contacts so that the charge gains and losses are in equilibrium.
As already pointed out, each particle type appears to have a maximum charge-to-mass ratio that is characteristic of the nature of the particle and the particular operating conditions. This maximum ratio can depend to a certain extent on the field strength and the severity of the shaking. For a given field strength and vibration, there appears to be a characteristic maximum that can be used to achieve precise and effective separation in accordance with the methods and devices described herein.
Since various theories have been put forward with regard to the mode of operation of the present apparatus, the fact remains that the combination of the design features and the methods recommended herein achieve a very precise balance of the forces acting on the particles to be separated, so that an extreme Precision of the separation is made possible.
In the grinding of flour, the present apparatus and methods for electrostatically cleaning meal can be used on a commercially satisfactory scale without the material having to be dried below the moisture content normally used in grinding. For example, a material with 14% moisture content has been successfully separated by the facility described herein, while attempts to separate such materials on the best electrostatic machines available to date have been unsuccessful.
The theories of the mode of operation have been dealt with very thoroughly so that others are better able to understand and apply the method and apparatus according to the invention. It should be noted, however, that the invention is not limited to the particular theories presented. Various changes in the specific structure of the individual parts and the specific process steps will be apparent to a person skilled in the art.