Wirbelstromscheider: die unverzichtbare Technologie im Recycling

Der Wirbelstromscheider, der in der Recyclingindustrie eingesetzt wird, ermöglicht eine effiziente Sortierung von Nichteisenmetallen.

Der Wirbelstromscheider ist eine Maschine, die überwiegend in der Recyclingindustrie eingesetzt wird. Sie beruht auf einem Prinzip, das ein französischer Physiker im 19. Jahrhundert entdeckt hat, und ermöglicht eine äußerst präzise Trennung zwischen den verschiedenen Reststoffen, aus denen die zu recycelnden Gegenstände bestehen, und den darin enthaltenen Nichteisenmetallen.

Eine Würdigung von Jean Bernard Léon Foucault

Es ist wichtig, Jean Bernard Léon Foucault zu würdigen, der den in diesem Artikel behandelten Strömen seinen Namen gab. Der 1819 geborene und 1868 verstorbene französische Physiker und Astronom war in seinem kurzen Leben außerordentlich produktiv.

Er hinterließ Entdeckungen, die die ganze Welt prägten. Neben den Strömen trägt auch das Foucaultsche Pendel seinen Namen, das die Rotation der Erde um ihre Achse nachweist; er bestimmte als Erster die Lichtgeschwindigkeit und erfand das Gyroskop.

Was sind Wirbelströme?

Wirbelströme – im Englischen eddy currents – sind Ströme, die durch ein magnetisches Wechselfeld in einem elektrisch leitfähigen Material erzeugt werden. Jede Änderung des magnetischen Flusses, der eine Metallmasse durchsetzt, erzeugt Wirbelströme. Diese elektrischen Ströme können gewollt oder ungewollt induziert werden.

Bei einem veränderlichen Magnetfeld in einer Metallplatte – aus Eisenmetall oder Nichteisenmetall – tritt das Phänomen natürlich auf. Dagegen wird das Magnetfeld in Gegenwart des veränderlichen Feldes einer elektrischen Spule künstlich induziert.

Diese Ströme erzeugen einen Joule-Effekt und bewirken eine Erwärmung der stromleitenden Masse. Sie können auch als Bremskraft genutzt werden, wenn sie Lorentzkräfte hervorrufen, sofern die Flussänderung aus einer Bewegung des Mediums vor einem konstanten Magnetfeld resultiert.

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Wirbelströme im Alltag

Wirbelströme sind Teil unseres Alltags, und wir nutzen sie in zahlreichen Anwendungen.

Induktionskochfelder funktionieren, indem ein ruhendes Metallteil einem hochfrequenten Magnetfeld ausgesetzt wird. Die im Teil erzeugten Wirbelströme bewirken eine Erwärmung durch den Joule-Effekt.

Zum Bremsen von Lastkraftwagen wird eine Kupferscheibe am Rad befestigt, neben einem stromgespeisten Elektromagneten. Die Wirbelströme induzieren Lorentzkräfte, die die Bewegung abbremsen; dieses System ersetzt jedoch nicht die herkömmliche Bremse, da seine Wirkung mit abnehmender Radgeschwindigkeit nachlässt.

Als negativer Aspekt sind Wirbelströme die Ursache für die Erwärmung in Transformatoren sowie für Energieverluste in elektrischen Anlagen.

Der Wirbelstromscheider

Wofür wird der Wirbelstromscheider eingesetzt?

Der Wirbelstromscheider ermöglicht die Trennung von Nichteisenmetallen von anderen Materialien. Die zu sortierenden Bestandteile werden als Schüttgut auf einem Förderband zugeführt, das die Nichteisenmetalle automatisch abtrennt und austrägt.

Diese Maschinen werden hauptsächlich von Recyclingunternehmen zur Abfallbehandlung eingesetzt. Der Aufgabestrom wird vom Wirbelstromscheider behandelt, und am Maschinenausgang erhalten sie eine saubere Sortierung, die die Wiederverwendung der verschiedenen Materialien ermöglicht.

Insgesamt dient der Nichteisenmetallabscheider dem Recycling sehr unterschiedlicher Materialien wie Glas, Kunststoff, Gummi, Sand in Aluminiumgießereien, zerkleinerte Kabel, Autoshredderlinien, Hausmüll, Rostasche…

Er kann auch eisenhaltige oder schwach magnetische Partikel abscheiden, wie beispielsweise bei Edelstahl, Drahtglas usw.

Hier einige Anwendungsbeispiele:

• Aufbereitung von verarbeitetem Holz und Möbeln: Abscheidung von Kupferscharnieren, Nägeln, Schrauben, Griffen usw.;
• Rückgewinnung von Zargen, Griffen und Schließmechanismen von Türen und Fenstern;
• Sortierung der Nichteisenmetalle in den Rückständen nach der Abfallverbrennung;
• Aufbereitung von Hausmüll und Rückgewinnung der metallischen Bestandteile, u. a. aus Elektronikgeräten und Getränkedosen;
• Abscheidung von Nichteisenbestandteilen aus zerkleinertem Glas, Kunststoff, Polyethylen, PVC, Gummi usw.;
• Abtrennung von Aluminiumkapseln in der Glasrecyclingindustrie oder beim Recycling von Nespresso-Kapseln;
• Recycling von Altfahrzeugen und Rückgewinnung von Aluminium und seinen Derivaten aus Aluminiumshreddergut;
• Reinigung von Aluminiumgießereisand;
• Rückgewinnung von Kupfer, Blei und Aluminium aus zerkleinerten Kabeln;
• Aufbereitung von Batterien aller Art…

Wie funktioniert der Wirbelstromscheider?

Die zu behandelnden Reststoffe werden zuvor zerkleinert. Meistens enthalten sie noch Eisenpartikel, die vor dem Durchlauf durch den Wirbelstromscheider entfernt werden müssen. Dazu werden sie mit einem Überbandmagnet oder einer Magnettrommel behandelt, die die Stahlpartikel anzieht und austrägt.

Anschließend kommt der Wirbelstromscheider zum Einsatz, der die Nichteisenmetalle von allen anderen Materialien trennt.

Der Wirbelstromscheider fördert die zu behandelnden Materialien als Schüttgut auf seinem Förderband. Am Ende ist das Gerät mit einem rotierenden, mehrpoligen Magnetrotor ausgestattet, der mit Neodym-Permanentmagneten hoher Remanenz bestückt ist. Da das Ganze mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wird, induziert das Magnetfeld Wirbelströme in den leitfähigen Nichteisenmetallen.

Diese Ströme erzeugen ihr eigenes Magnetfeld, das dem des Polrads entgegenwirkt. So setzen die inerten Reststoffe ihren Weg auf dem Förderband mit Mitnehmerleisten fort, während die Nichteisenreststoffe durch die Abstoßungskraft weggeschleudert und in einem separaten Auffangbehälter gesammelt werden. An dieser Stelle ist ein Trennscheitel angebracht, um die beiden Flugbahnen zu trennen. Er ist je nach den zu behandelnden Teilen und Materialien einstellbar.

Mit anderen Worten: Die von einem elektrischen Strom durchflossenen Nichteisenmetalle werden für den Bruchteil einer Sekunde zu Elektromagneten mit eigener elektromagnetischer Kraft. Aus diesem Grund nehmen die Nichteisenmetalle dank der Bandgeschwindigkeit des Förderers, der sie transportiert, in Verbindung mit der magnetischen Abstoßung eine andere Flugbahn als die inerten Reststoffe.

Was beeinflusst die Präzision der Abscheidung von Nichteisenmetallen?

Eisenmetalle sind mehr oder weniger leicht abzuscheiden. Dies hängt von ihrer elektrischen Leitfähigkeit, ihrer Dichte und dem Verhältnis zwischen diesen beiden Größen ab. Je besser die elektrische Leitfähigkeit und je geringer die Dichte, desto besser können die Wirbelströme ein Material abscheiden.

Die elektrische Leitfähigkeit

Die elektrische Leitfähigkeit wird in Siemens pro Meter angegeben und mit dem griechischen Buchstaben Sigma bezeichnet: σ. In absteigender Reihenfolge reicht sie von Silber mit 62,1 σ bis zu Edelstahl mit 1,4 σ, über Kupfer, Gold, Zink, Aluminium, Magnesium, Messing, Cadmium, Platin, Zinn, Chrom, Bronze, Blei und Titan.

Die Dichte

Die Dichte bestimmt, wie leicht die Teile vom Förderer geschleudert werden können, da hier die Schwerkraft wirkt. Die Wirbelströme der Magnetwalze müssen ausreichende Kräfte erzeugen, um diese Schwerkraft zu überwinden.

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