Sortiervorrichtung und Sortierverfahren für Stückgut

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Sortierverfahren und eine Sortiervorrichtung für Stückgut (1) mit einer ein Förderband (2) aufweisenden Fördereinrichtung für das Stückgut (1), einer dem Förderband (2) zugeordneten Röntgenquelle (4) zur Anregung des Stückgutes (1) mit Röntgenstrahlung, einer Detektionseinrichtung (5) zur Erfassung der vom Stückgut (1) ausgehenden Messstrahlung und einer von den Messsignalen der Detektionseinrichtung (5) gesteuerten Sortiereinrichtung (8). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Detektionseinrichtung (5) zumindest einen energiedispersiven Detektor (5') aufweist, welchem zumindest ein Einkanal-Analysator (6) nachgeschaltet ist, welcher auf eine charakteristische Röntgenemissionslinie eines vorbestimmten chemischen Elementes im Stückgut (1) eingestellt ist, dessen analoges Messsignal ggf. über eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (7) die Sortiereinrichtung (8) ansteuert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Sortiervorrichtung und ein Sortierverfahren für Stückgut, welches über ein Förderband oder dergleichen herangeführt wird, wobei das Stückgut mit Röntgenstrahlung beaufschlagt und die vom Stückgut ausgehende Röntgenstrahlung gemessen wird, und wobei auf der Basis des Messsignals ein Sortiervorgang gesteuert wird.

[0002] Aus der US 6,506,991 B1 ist beispielsweise eine Sortieranlage für verschiedene Arten von Altpapier bekannt, welche die Papierstücke mit einem Förderband einer Bestrahlungseinrichtung zuführt. Diese weist zwei Strahlungsquellen, sowie einen Detektor auf, welcher die von der Probe ausgehende Strahlung detektiert. Für die Strahlungsquelle kann sowohl sichtbares Licht, Infrarotstrahlung als auch Röntgenstrahlung verwendet werden kann. Abgestimmt auf die Strahlungsquelle kann der Detektor eine einfache Kamera sein, jedoch auch eine Einrichtung, mit welcher die Wellenlänge der emittierten Messstrahlung erfasst werden kann. In Abhängigkeit des von der Analyseeinrichtung erfassten Messsignals wird beispielsweise eine Luftdüse angesteuert, mit welcher das Stückgut in unterschiedliche Behälter befördert wird.

[0003] Weiters ist aus der US 3,872,306 eine Sortieranlage für Feldfrüchte bekannt, mit welcher beispielsweise Kartoffeln von Steinen und andere Verunreinigungen separiert werden können. Die Mischung aus Steinen, Feldfrüchten und Erde wird einem Schacht zugeführt, in welchem diese das Strahlungsfeld einer Strahlungsquelle (z.B. Röntgenstrahlung) durchsetz. Die unterschiedliche Abschwächung der Ausgangsstrahlung aufgrund der unterschiedlichen Materialdichten wird gemessen und als Steuersignal für Ablenkelemente verwendet, die die Steine und Verunreinigungen aussortieren. Das Sortierverfahren eignet sich nur für Stückgut mit genügend unterschiedlicher Materialdichte bzw. für Materialien mit unterscheidbaren Absorptionskoeffizienten für die verwendete Strahlung.

[0004] Schließlich ist aus der US 5,339,962 ein Separator für Abfälle (u.a. Polyester und PVC) bekannt, welcher eine elektromagnetische Strahlungsquelle, beispielsweise eine Röntgenröhre, aufweist und auf unterschiedlichen Absorptionswerten und Eindringtiefen der verwendeten Strahlung in den unterschiedlichen Materialien basiert.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von bekannten Sortierverfahren und Sortiervorrichtungen Verbesserungen vorzuschlagen, die es erlauben Sortiergut mit sehr ähnlichen Werten für die Materialdichte bzw. ähnlicher Eindringtiefe für die verwendete ionisierende Strahlung auch bei raschem Durchsatz sicher zu trennen, wobei der Analysenaufwand gering gehalten werden soll.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Messung auf eine oder wenige charakteristische Röntgenemissionslinien eines vorbestimmten chemischen Elementes im Stückgut beschränkt wird, deren Strahlungsintensität mit einer Einkanal-Messung erfasst und daraus ein analoges Messsignal abgeleitet wird, wobei auf der Basis eines vorgegebenen Schwellwertes des analogen Messsignals der Sortiervorgang eingeleitet wird. Der Vorteil besteht darin, dass keine Röntgenfluoreszenzanalyse durchgeführt werden muss, da der Sortiervorgang im günstigsten Fall auf der Messung nur einer charakteristische Röntgenemissionslinien basiert, deren Intensität mit einer Einkanal-Messung erfasst wird. Bei der Trennung von PET-Flaschen und Vinylflaschen genügt z.B. die Messung der Intensität der CI Kα-Linie um ein eindeutiges Sortiersignal gewinnen zu können.

[0007] Von Vorteil ist es, wenn zumindest ein Referenzmesswert im Emissionsspektrum außerhalb des Energiebereiches der charakteristischen Röntgenemissionslinie mit einer Einkanal-Messung erfasst wird und daraus zumindest ein analoges Referenzsignal abgeleitet wird. Beispielsweise kann das Messsignal mit Hilfe des Referenzsignals normiert werden. Dazu kann das Referenzsignal im Bereich der Anodenstrahlung gewonnen werden.

[0008] Eine erfindungsgemäße Sortiervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Detektionseinrichtung zumindest einen energiedispersiven Detektor aufweist, welchem zumindest ein Einkanal-Analysator nachgeschaltet ist, welcher auf eine charakteristische Röntgenemissionslinie eines vorbestimmten chemischen Elementes im Stückgut eingestellt ist, dessen analoges Messsignal ggf. über eine Steuer- und Auswerteeinrichtung die Sortiereinrichtung ansteuert.

[0009] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sortiervorrichtung ist dem Detektor zumindest ein weiterer Einkanal-Analysator nachgeschaltet, welcher auf einen Bereich außerhalb des Energiebereiches der charakteristischen Röntgenemissionslinie eingestellt ist, dessen analoges Referenzsignal zur Normierung des Messsignals dient.

[0010] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von schematischen Darstellungen und Diagrammen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

eine erfindungsgemäße Sortiervorrichtung für Stückgut,

Fig. 2

ein Detail aus Fig. 1 in schematischer Darstellung,

Fig. 3

eine Variante der erfindungsgemäßen Sortiervorrichtung in eine Ansicht quer zum Förderband,

Fig. 4

das Diagramm eines Messergebnisses, wobei der Chlorgehalt einer Probe in Prozent über die Breite b des Förderbandes aufgetragen ist,

Fig. 5

die Spektren von Proben mit und ohne Chlor, sowie

Fig. 6

ein Diagramm zur Ermittlung des Minimum Detection Levels (MDL) für Chlor.

[0011] Die in Fig. 1 dargestellte Sortiervorrichtung für Stückgut 1 weist eine nicht weiter dargestellte Fördereinrichtung mit einem Förderband 2 auf, mit welchem das Stückgut 1 in Bewegungsrichtung 3 herangeführt wird. Dem Förderband 2 ist eine Röntgenquelle 4 zur Anregung des Stückgutes 1 mit Röntgenstrahlung, sowie eine Detektionseinrichtung 5 zur Erfassung der vom Stückgut 1 ausgehenden Messstrahlung zugeordnet. Die Detektionseinrichtung 5 weist zumindest einen energiedispersiven Detektor 5' auf, welchem ein Einkanalanalysator 6 nachgeschaltet ist, der auf eine charakteristische Röntgenemissionslinie eines vorbestimmten chemischen Elementes im Stückgut 1 eingestellt ist. Das analoge Ausgangssignal des Einkanalanalysators 6 wird entweder direkt oder über eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 einer Sortiereinrlchtung 8 zugeführt. Die Sortiereinrichtung 8 weist einen Antrieb 9 für eine verschwenkbare Klappe 10 auf, so dass bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes im analogen Messsignal der Sortiervorgang ausgelöst werden kann. Natürlich sind auch andere bekannte Sortiereinrichtungen einsetzbar, beispielsweise Luftdüsen, welche vom Signal der Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 angesteuert werden.

[0012] Gemäß Fig. 1 ist dem energiedispersiven Detektor 5' zumindest ein weiterer Einkanalanalysator 11 nachgeschaltet, welcher auf einen Bereich außerhalb des Energiebereiches der charakteristischen Röntgenemissionslinie eingestellt ist, dessen analoges Referenzsignal zur Normierung des Messsignals dient. Beispielsweise kann in der Steuer- und Auswerteeinheit 7 ein Verhältnissignal aus dem Messsignal und dem Referenzsignal gebildet werden.

[0013] Gemäß einer konkreten Ausführungsvariante (Fig. 2) wird das Ausgangssignal des Detektors 5' über einen Vorverstärker 12 einer Diskriminatorschaltung zugeführt, welche im dargestellten Beispiel das Fluoreszenzspektrum in sechs Energiefenster zerlegt. Eine der Einkanalmessungen erfolgt im Bereich der CI-Emissionslinie, andere im Bereich der Flanken oder der Spitze der Fe-Linie. Die Einkanalmessungen außerhalb der Cl-Linie dienen zur Normierung des Messsignals.

[0014] Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Sortiervorrichtung quer zur Breite b des Förderbandes 2, wobei in einer linearen Abfolge Detektoren 5' und Röntgenquellen 4 angeordnet sind, so dass das Stückgut 1 am Förderband 2 bei geringer Strahlenbelastung für die Umwelt möglichst homogen mit Röntgenstrahlung beaufschlagt werden kann.

[0015] In Fig. 4 ist als Messbeispiel die Messung an eine Vinyl-Plastikflasche dargestellt, welche Chlor enthält. Im Sichtbereich des Detektorfeldes erzeugt die Flasche ein Cl-Signal, dessen Signalhöhe vom Abstand zwischen dem Messfleck auf der Flasche und den Detektoren, sowie von der unterschiedlichen Dicke des Materials im Hals- und Bodenbereich abhängt. Im Vergleich dazu würde eine PET-Plastikflasche kein Signal erzeugen, so dass aufgrund des analogen Messsignals der Detektoren ein Sortiervorgang eingeleitet werden kann.

[0016] In Fig. 5 ist ein Fluoreszenzspektrum einer Probe mit Chlor, sowie einer Probe ohne Chlor dargestellt, wobei auf der x-Achse die Energie in keV aufgetragen ist. Deutlich ist die Chlor Kα-Linie bei 2,6 keV erkennbar, welche bei der Probe ohne Chlor (durchgezogene Linie) fehlt. Der Peak rechts neben der Chlor-Linie stammt von der Bremsstrahlung der Röntgenröhre.

[0017] Schließlich zeigt Fig. 6 das erreichbare Detektionslimit (Minimum Detection Level) für Chlor, wobei ein MDL von unter 1% erreicht werden kann.

Ansprüche

1. Sortierverfahren für Stückgut (1), welches über ein Förderband (2) oder dergleichen herangeführt wird, wobei das Stückgut (1) mit Röntgenstrahlung beaufschlagt und die vom Stückgut (1) ausgehende Röntgenstrahlung gemessen wird, und wobei auf der Basis des Messsignals ein Sortiervorgang gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung auf eine oder wenige charakteristische Röntgenemissionslinien eines vorbestimmten chemischen Elementes im Stückgut (1) beschränkt wird, deren Strahlungsintensität mit einer Einkanal-Messung erfasst und daraus ein analoges Messsignal abgeleitet wird, wobei auf der Basis eines vorgegebenen Schwellwertes des analogen Messsignals der Sortiervorgang eingeleitet wird.

2. Sortierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Referenzmesswert im Emissionsspektrum außerhalb des Energiebereiches der charakteristischen Röntgenemissionslinie mit einer Einkanal-Messung erfasst wird und daraus zumindest ein analoges Referenzsignal abgeleitet wird.

3. Sortierverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal mit Hilfe des Referenzsignals normiert wird.

4. Sortierverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal im Bereich der Anodenstrahlung gewonnen wird.

5. Sortierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung von Chlor im Stückgut (1) die Intensität der Cl Kα-Linie gemessen wird.

6. Sortiervorrichtung für Stückgut (1) mit einer ein Förderband (2) aufweisenden Fördereinrichtung für das Stückgut (1), einer dem Förderband (2) zugeordneten Röntgenquelle (4) zur Anregung des Stückgutes (1) mit Röntgenstrahlung, einer Detektionseinrichtung (5) zur Erfassung der vom Stückgut (1) ausgehenden Messstrahlung und einer von den Messsignalen der Detektionseinrichtung (5) gesteuerten Sortiereinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (5) zumindest einen energiedispersiven Detektor (5') aufweist, welchem zumindest ein Einkanal-Analysator (6) nachgeschaltet ist, welcher auf eine charakteristische Röntgenemissionslinie eines vorbestimmten chemischen Elementes im Stückgut (1) eingestellt ist, dessen analoges Messsignal ggf. über eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (7) die Sortiereinrichtung (8) ansteuert.

7. Sortiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Detektor (5') zumindest ein weiterer Einkanal-Analysator (11) nachgeschaltet ist, welcher auf einen Bereich außerhalb des Energiebereiches der charakteristischen Röntgenemissionslinie eingestellt ist, dessen analoges Referenzsignal zur Normierung des Messsignals dient.

8. Sortiervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine lineare Abfolge von Detektoren (5') und Röntgenquellen (4) vorgesehen ist, welche quer bzw. schräg in Bezug auf die Bewegungsrichtung (3) des Förderbandes (2) angeordnet ist.

9. Sortiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der auf eine charakteristische Röntgenemissionslinie eingestellte Einkanal-Analysator (6) auf die CI Kα-Linie eingestellt ist.

Zeichnung