Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von Werkstoffen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

In der Recycling-Technik für Altmetalle und insbesondere für Buntmetalle liegt das Hauptproblem darin, die unterschiedlichen beim Recycling zu verarbeitenden Werkstoffe sicher voneinander zu trennen, die beispielsweise nach dem Shreddern von Altmetallen wie etwa aus der Fahrzeugverwertung, der Trennung von Elektronikschrott oder anderen typischen Quellen von Altmetallen entstehen. Hierbei ist kennzeichnen, daß eine Vielzahl von unterschiedlichen Metallen gleichzeitig vorliegen, deren sichere Trennung die Wirtschaftlichkeit des Recycling-Verfahrens wesentlich beeinflussen, da schon relativ geringe Verunreinigungen eines unerwünschten Materials die Verwertbarkeit eines ansonsten einheitlichen Altmetallgemisches nachhaltig beeinträchtigen können.

Bekannt ist es beispielsweise, die Nichteisen-Metalle von den Eisen-Metallen dadurch zu trennen, daß die magnetischen Eigenschaften der meisten Eisen-Metalle zur Trennung verwendet werden. Auch ist es möglich, etwa Kupfer oder dgl. Metalle mit deutlich farbigem Aussehen dadurch zu trennen, daß diese Altmetalle durch optische Verfahren automatisch erkannt und ausselektiert werden. Es gibt aber viele Metalle und insbesondere auch deren Legierungen, die weder durch magnetische Eigenschaften noch durch optische Verfahren sicher bestimmt und ausselektiert werden können. Auch die chemische Klassifikation der jeweiligen Metallteile, die durch sog. Abbrandversuche zumindest ganz grob durchgeführt werden kann, ist fehleranfällig und unsicher. Da sich Altmetalle beispielsweise auch hinsichtlich ihrer Dichte nur relativ gering voneinander unterscheiden und daher sonst für etwa Kunststoffe oder dgl. bekannte Selektionsverfahren wie etwa Windsichtung oder dgl. nicht zum Einsatz kommen können, besteht ein hoher Bedarf nach einem sicheren Selektionsverfahren insbesondere für Buntmetalle und deren unterschiedlichsten Legierungen.

Aus der Münztechnik (beispielsweise aus der DE 69620700 T2, der DE 19934806 A1 und der US-PS 5062518) ist es bekannt geworden, eingeworfene Münzen etwa an Warenausgabeautomaten zumindest ergänzend auch dadurch zu kontrollieren, daß die Münze nach dem Einwurf in den Münzprüfer auf eine definierte Prallplatte prallt und dort in der Prallplatte bzw. auch in der Münze selbst ein akustisch wahrnehmbares Geräusch verursacht, das durch entsprechende Einrichtungen erfaßt und ausgewertet werden kann. Durch Vergleich dieser erfaßten Geräusche mit vorher eingespeicherten Referenzsignalen von Prüfmünzen kann die Münze daraufhin überprüft werden, ob sie tatsächlich dem einzuwerfenden Münzwert entspricht und daher akzeptiert werden kann. Problematisch an diesen Lösungen ist es, daß sehr definierte Bedingungen für das Auftreffen der Münze auf die Prallplatte eingehalten werden müssen bzw. die Erfassung der von der Münze selbst abgegebenen Schwingungen aufwendig und nur schlecht reproduzierbar ist. Insbesondere für Warenausgabeautomaten ist der hierfür zu treibende Aufwand viel zu teuer. Auch funktionieren derartige Erkennungsverfahren nur dann, wenn das Schallverhalten der Münzen sehr gleichmäßig ist, wozu es erforderlich ist, daß die Münzen sehr gleichmäßige Geometrien mit nur geringen Abweichungen voneinander aufweisen.

Weiterhin ist es bekannt, beispielsweise in der Lebensmitteltechnik bei dem Schälen und der Verarbeitung von Nüssen akustisch wirkende Selektionsverfahren zu verwenden (DE 4402321 C2, US-PS 4212398), bei denen eine ganz oder teilweise geschälte Nuß auf eine Prallplatte aufgeschleudert wird und anhand des dabei entstehenden Geräusches entschieden werden kann, ob die Nuß ganz oder nur teilweise geschält ist bzw. ob eine noch ungeschälte Nuß voll oder hohl ist. Aufgrund der Auswertung des Schallspektrums wird bei einem Auftreffen eines Teiles einer Nußschale auf die Prallplatte ein ganz anderes Geräusch abgegeben, als dies bei einem Auftreffen der relativ weichen Nuß selber auf die Prallplatte entsteht. Es handelt sich hierbei also nur um Selektionsverfahren, die eine 1/0-Entscheidung herbeiführen können.

Ebenfalls ist es etwa aus der DE 3906089 C2 sowie der US-PS 4147620 bzw. 4352431 bekannt, bei der Verarbeitung von Holz in Form von Schnittholz eventuell in dem Massenstrom des Schnittholzes enthaltene Fremdkörper wie Steine, Metallteile oder dgl. dadurch herauszusortieren, das der Massenstrom des Schnittholzes gegen eine Prallplatte gelenkt wird, an der die Fremdkörper wie Steine ganz andere akustische Emissionen von sich geben, als dies das weiche Holz üblicherweise tun wird. Wird ein derartiger Fremdkörper über die Schallemissionen erkannt, so kann er einfach aus dem Massenstrom des Schnittholzes entfernt werden. Auch hierbei ist die Unterscheidung der bei dem Auftreffen von Fremdkörpern entstehenden Schallemissionen relativ einfach, da es sich um sehr unterschiedliche Schallemissionen gegenüber denjenigen des Auftreffens von relativ weichem Holz handelt und daher auch wieder nur eine 1/0-Entscheidung gefällt werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den grundsätzlich bekannten Ansatz zur Nutzung von Schallerscheinungen bei der Selektion von unterschiedlichen Materialien auch für die Trennung von unterschiedlichen Metallen und insbesondere von Buntmetallen nutzbar zu machen und dabei die besonderen Charakteristika derartiger Metalle für die Selektion heranzuziehen.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des jeweils zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Verfahren nach Anspruch 1 geht aus von einem Verfahren zur Trennung von unsortierten Gemischen aus Metallteilen unterschiedlicher Metalle bzw. deren Legierungen, insbesondere von Teilen aus Buntmetallen, bei dem die Metallteile in einem im wesentlichen stückigen Zustand vorliegen. Ein derartiges Verfahren wird dadurch weitergebildet, daß die Metallteile vereinzelt auf einen Resonanzkörper aufgegeben werden und eine dabei entstehende Schallemission von Resonanzkörper und/oder Metallteil durch Schallerfassungseinrichtungen gemessen und in einer nachgelagerten Auswerteeinrichtung mit vorher abgelegten Referenzmessungen von stückigen Metallteilen definierter Zusammensetzung verglichen wird, und bei im wesentlichen vorliegender Übereinstimmung zwischen bei dem Metallteil gemessener Schallemission und Referenzmessung das Metallteil der der Referenzmessung zugrundeliegenden Metallzusammensetzung zugeordnet und entsprechend separiert wird. Gegenüber den bekannten Verfahren etwa zur Prüfung von Münzen können die Restriktionen hinsichtlich der genauen Einhaltung der Geometrie und der Schalleigenschaften bei den hier vorliegenden Metallteilen weitgehend entfallen. Hierdurch werden die teilweise sehr unterschiedlichen Schalleigenschaften auch chemisch relativ ähnlicher Metalle bzw. Metallegierungen ausgenutzt, um eine Trennung ungeordnet vorliegender Metallteile im Hinblick auf eine möglichst sortenreine Wiederverwendung vorzunehmen. Die entstehende Schallemission von Metallteil und/oder Resonanzkörper ist dabei charakteristisch für die durch kinetische Energie des Metallteiles verursachte Kollision von Metallteil und Resonanzkörper und hängt stark von den Schalleigenschaften der beiden beteiligten Kollisionspartner ab. Das Spektrum der von Metallteil und/oder Resonanzkörper emittierten Schallwellen kann dabei erfaßt und ausgewertet werden.

Dies gilt insbesondere, wenn in weiterer Ausgestaltung vorab die Referenzmessungen mit Metallteilen verschiedener Metallegierungen und verschiedener Stückgrößen der Metallteile durchgeführt werden und damit das dadurch unterschiedliche Schallverhalten derartig variierter Metallteile berücksichtigt werden kann. Sowohl die Masse bzw. das Gewicht als auch die Abmessungen der Metallteile haben einen Einfluß auf die Schallabgabe beim Auftreffen auf den Resonanzkörper, der am besten durch die an unterschiedlichen Metallteilen jeweils bekannter Zusammensetzung durchgeführten Referenzmessungen berücksichtigt werden kann. Beispielsweise können die Metallteile nach der Vereinzelung auch gewogen bzw. gemessen werden, um das Schallverhalten der jeweils vorliegenden Metallteile anschließend besser bewerten zu können.

Die Erfindung gemäß Anspruch 2 geht aus von einem Verfahren zur Trennung von unsortierten Gemischen aus Metallteilen unterschiedlicher Metalle bzw. deren Legierungen, insbesondere von Teilen aus Buntmetallen, bei dem die Metallteile in einem im wesentlichen stückigen Zustand vorliegen. Ein derartiges Verfahren wird dadurch weitergebildet, daß die Metallteile vereinzelt und anschließend im vereinzelten Zustand einer Schallemission ausgesetzt werden, durch die Schallenergie in das Metallteil eingekoppelt, mindestens eine charakteristische Größe der von der Zusammensetzung des Metallteils beeinflußten Schallenergie erfaßt und anhand der ermittelten charakteristischen Größe die Zusammensetzung des Metallteiles anhand vorher ermittelter Referenzwerte definierten Metallzusammensetzungen zugeordnet und das Metallteil entsprechend separiert wird. Eine derartige Vorgehensweise erlaubt es, die teilweise sehr unterschiedlichen Schalleigenschaften auch chemisch relativ ähnlicher Metalle bzw. Metallegierungen auszunutzen, um eine Trennung ungeordnet vorliegender Metallteile im Hinblick auf eine möglichst sortenreine Wiederverwendung vorzunehmen. Dabei wird die in das Metallteil eingebrachte Schallenergie durch die Schalleigenschaften aufgrund der Zusammensetzung des Metallteiles derart verändert, daß anhand mindestens einer jeweils zu definierenden charakteristischen Größe eine Identifikation der Zusammensetzung des Metallteiles und damit über entsprechende anschließende Aussortierung eine weitgehend sortenreine Trennung der Metallteile ermöglicht wird. Der Einfluß der verschiedenen Massen und Abmessungen der Metallteile kann durch eine Anzahl von vorab ausgeführten Referenzmessungen an Metallteilen bekannter Zusammensetzung berücksichtigt und damit die Erkennungsgenauigkeit erhöht werden. Beispielsweise können die jeweils zu untersuchenden Metallteile nach der Vereinzelung auch gewogen bzw. gemessen werden, um das Schallverhalten der jeweils vorliegenden Metallteile anschließend besser bewerten zu können.

Von wesentlichem Vorteil ist es, wenn in einer weiteren Ausgestaltung als charakteristische Größe die Laufzeitdifferenz zwischen der Schallemission durch den das Metallteil umgebenden Raum und der durch das Metallteil hindurchgehenden Schallenergie erfaßt und daraus die Schallgeschwindigkeit und/oder die Schalleitfähigkeit des Metallteils ermittelt wird. Diese Schallgeschwindigkeit bzw. die Schalleitfähigkeit sind sehr spezifische Größen für die jeweiligen Zusammensetzungen typischer Metallschrotte und unterscheiden sich auch schon recht deutlich bei nur relativ geringen Abweichungen in der chemischen Zusammensetzung beispielsweise von unterschiedlichen Legierungen derselben Legierungspartner. Daher können durch die Erfassung der Schallgeschwindigkeit bzw. der Schalleitfähigkeit recht präzise Aussagen darüber getroffen werden, welche Zusammensetzung das jeweilige Metallteil denn tatsächlich aufweist.

Von weiteren Vorteil kann es sein, wenn zur Bestimmung der Laufzeitdifferenz bzw. der daraus abgeleiteten Größen Schallgeschwindigkeit und/oder Schalleitfähigkeit zumindest die hierfür relevanten geometrischen Abmessungen des Metallteiles ermittelt werden. Da die geometrischen Abmessungen eines zu klassifizierenden Metallteiles in Richtung der Schallbeeinflussung möglicherweise deutliche Abweichungen gegenüber anderen Abmessungen aufweisen können, kann eine derartige Erfassung der relevanten geometrischen Abmessungen des Metallteiles die Trenngenauigkeit des Verfahrens weiter verbessern. Beispielsweise können die jeweils zu untersuchenden Metallteile nach der Vereinzelung auch gewogen werden, um das Schallverhalten der jeweils vorliegenden Metallteile anschließend besser bewerten zu können.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß als Schallenergie Schallwellen im Bereich hörbarer Frequenzen und/oder im Bereich des Ultraschalls verwendet werden. Je nach verwendetem Frequenzbereich kann die Genauigkeit der Erfassung der charakteristischen Größe beeinflußt werden, denkbar ist es auch, daß in mehreren alternativen oder simultanen Frequenzbereichen eine Beschallung des Metallteiles mit jeweiliger Auswertung und Zusammenführung der Ergebnisse vorgenommen wird. Selbstverständlich können alle bekannten Methoden der Schallanalyse wie z.B. die Frequenzbewertung, die Filterung und dgl. Verfahren zur Erfassung und Auswertung der charakteristischen Größe benutzt werden.

Von Vorteil ist es, wenn die Referenzmessungen mit Metallteilen verschiedener Metallegierungen und verschiedener Stückgrößen der Metallteile durchgeführt werden. Hierdurch können aus den unterschiedlichen Stückgrößen der üblicherweise beim Schreddern von Metallschrotten entstehenden Metallteile entstehende Einflüsse berücksichtigt werden, die sich aus der Größe, der Masse sowie auch der Form der geschredderten Metallteile ergeben können.

Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit des Verfahrens kann dadurch erreicht werden, daß vor dem Einleiten der Metallteile in die Erfassung des Schalls oder der charakteristischen Größe eine Größensortierung der Metallteile vorgenommen wird. Hierdurch werden die Vergleiche zwischen Metallteilen etwa gleicher Größe einfacher, da die Einrichtungen zur Einleitung der Schallenergie in das Metallteil nicht sehr unterschiedlich große Metallteile direkt hintereinander verarbeiten müssen.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Einleitung der Schallenergie in das Metallteil berührend oder berührungslos erfolgt. Eine berührende Einleitung hat den Vorteil relativ hoher, in das Metallteil einleitbarer Schalldrücke, eine berührungslose Einleitung vereinfacht die Handhabung der Metallteile zur Vorbereitung der Einleitung, da genaue Positionierungen der Metallteile nicht oder nicht im sonst notwendigen Maße erforderlich sind.

Die Erfindung beschreibt weiterhin eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8, nach der bei der Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 als Resonanzkörper eine Prallplatte vorgesehen ist. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung als Schallempfangseinrichtung ein Mikrophon im Bereich des Resonanzkörpers angeordnet sein.

Von wesentlichem Vorteil für die reproduzierbare Schallentstehung ist es, wenn der Resonanzkörper ein Material mit hoher innerer Dämpfung, insbesondere aus faserverstärkten Verbundmaterialien, aufweist. Dadurch werden Schallwellen in der Regel überwiegend von dem Metallteil emittiert.

Weiterhin kann die Vorrichtung derart gestaltet werden, daß zur Erhöhung des Durchsatzes eine Parallelanordnung mehrerer Trennstufen zur parallelen Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 vorgesehen wird.

Auch kann in anderer Ausgestaltung eine mehrstufige, immer feiner werdende Selektion mittels eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 zur genaueren Trennung unterschiedlicher Materialien vorgesehen sein. Hierdurch wird eine Vergleichmäßigung der Erfassungsbedingungen erreicht.