Effizienz bei der Siebung von Schüttgut

Da Vibrationssiebung erforderlich ist, müssen Betreiber sicherstellen, dass der regelmäßige Austausch der Vibratoren in den Betriebskosten berücksichtigt wird. Erhöhte Drehzahlen, hohe Beschleunigungskräfte (G-Kräfte) und leistungsintensive Anwendungen können extreme Hitze und Verschleiß an internen Komponenten verursachen, vor allem an den Wicklungen und Lagern.

Extreme Betriebsbedingungen wie hohe Umgebungstemperaturen, staubige Umgebungen, übermäßige Materialmengen und widrige Witterungsverhältnisse können bei diesen Anlagen ebenfalls Schäden verursachen. Selbst bei einer robusten Kon­struktion des Vibrationsmotors können die ständige Bewegung und die hohe Hitze die Lager und die Wicklungsisolierung im Laufe der Zeit allmählich abnutzen.

Der Zeitraum zwischen potenziellen Ausfällen hängt von mehreren Faktoren ab. Zu den wichtigsten zählen die Betriebsumgebung, die Anforderungen an die Zentrifugalkraft, die Qualität der Stromversorgung, die Art und die Intervalle der Schmierung sowie die Konstruktion und die Verarbeitungsqualität des Vibrationsmotors. In diesem Artikel werden Anwendungen der Vibrationssiebung beleuchtet, wie sie die Materialtrennung beeinflussen und wie ein gut konstruierter Vibrationsmotor die Effizienz steigern und die Betriebskosten senken kann.

Durchsatzmengen und Vibrationssiebung

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts ist die Nachfrage nach mineralischen Rohstoffen stetig gewachsen, was Schüttgutverarbeiter und Materialrecycler dazu zwingt, ihre Produktionsmengen kontinuierlich zu steigern [1]. Im Bereich der Siebung kann sich dies auf die Qualität und Genauigkeit des Trennprozesses auswirken. Eine bloße Erhöhung des Durchsatzvolumens oder der Durchsatzgeschwindigkeit kann dazu führen, dass das Material mehrere Durchläufe absolvieren muss, um eine ordnungsgemäße Trennung zu erreichen (Bild 2).

Faktoren, die Betreiber bei Vibrationssieb-Anwendungen berücksichtigen müssen:

Effizienz – Das Volumen des Materialstroms bestimmt die auf dem Sieb befindliche Materialmenge, was Einfluss darauf haben kann, wie gut das Material getrennt wird.

Material – Die Geschwindigkeit, das Volumen und die gewünschte Siebleistung hängen von den Eigenschaften und dem Schüttwinkel des jeweiligen Materials ab.

Schüttwinkel – Der Schüttwinkel beschreibt, wie sich das Material auf natürliche Weise auf der Oberfläche verteilt. Die Beschickungsmethode und die Art der Schwingbewegung tragen zu einer gleichmäßigen Verteilung auf dem Sieb bei.

Siebkonstruktion – Zunächst muss das Sieb dem zusätzlichen Gewicht standhalten können. Unabhängig davon, ob es um Entwässerung oder Trennung geht, müssen das Gittermuster, die Durchlässigkeit und die Art der Schwingbewegung die Trennung im jeweiligen Anwendungsfall fördern.

Effektive Neigung – Der Winkel der angelegten Schwingung bestimmt die Geschwindigkeit, mit der sich das Material auf dem Sieb nach unten bewegt. Schwerkraft, Amplitude und Frequenz sind Faktoren, die die Wirksamkeit des Siebs beeinflussen.

Schwingungsamplitude und -frequenz – Eine Erhöhung entweder der Amplitude oder der Frequenz steigert das Materialvolumen, das durch das System transportiert wird.

Schwingungsbewegung – Es gibt zwei allgemeine Schwingungsbewegungen: linear (hin und her oder auf und ab) und elliptisch (rotierend).

Ausfallmechanismen bei Siebvibrationen

Obwohl das Hauptthema die Vibration ist, ist sie nicht der einzige Ausfallmechanismus im Siebprozess. Laut einer umfassenden Literaturübersicht mit dem Titel „Causes Of Failures In Vibrating Screens: A Literature Review“ (Ursachen für Ausfälle bei Vibrationssieben: Eine Literaturübersicht) umfasst „die Definition von Ausfallmechanismen alle Faktoren, die strukturelle Ausfälle oder Ausfälle von Bauteilen verursachen oder beeinflussen können. Im Wesentlichen bezieht sie sich auf jede Abweichung, die in die Vibrationssiebbaugruppe eindringt und zu zukünftigen Problemen führt.“ [2]

Wenn ein Siebgestell ausfällt, kann dies erhebliche Auswirkungen auf die Produktion haben. Allein die Anpassung der Materialmenge, die den verbleibenden Einheiten zugeführt wird, verringert die Effizienz, beeinträchtigt die Trennqualität und beschleunigt den Verschleiß, was die Wahrscheinlichkeit weiterer Ausfälle erhöht. Diese Ausfallzeit steigert die Arbeitskosten, erhöht das Sicherheitsrisiko und treibt die Betriebskosten in die Höhe.

Die Studie unterteilte die Ausfallmechanismen in fünf verschiedene Kategorien:

1. Konstruktionsmangel – Unzureichende technische Auslegung entweder der Siebkonstruktion oder des Vibrators (Bild 3).

2. Mangel im Fertigungs- und Montageprozess – Strukturelle Anpassungen nach der Installation sind üblich und können den Schwerpunkt verändern oder das Gewicht der Maschine erhöhen, was den Wirkungsgrad verringert.

3. Betriebsfehler – Steigende Durchsatzmengen, die die empfohlenen Grenzwerte überschreiten, oder die Fehlkalibrierung von Vibratoren, die die Anlagen übermäßig belasten, sind häufige Betriebsfehler.

4. Unzureichende Wartung – Die Vernachlässigung der Überwachung von Lagerplatten und Federn an Siebkon­struktionen, die Nichtbeachtung von Schmiervorschriften und die nicht rechtzeitige Beseitigung von Rost sind häufige und kostspielige Ausfallursachen.

5. Verschleiß und Alterung – Diese Faktoren sind unvermeidbar, doch eine ordnungsgemäße Installation und Wartung hochwertiger Anlagen kann die Lebensdauer des Systems verlängern.

Schwingungsamplitude und -frequenz

Die Amplitude bezieht sich auf die Größe oder Intensität der Schwingung und gibt an, wie weit sich ein Objekt von seiner Ruheposition entfernt. Die Frequenz hingegen gibt an, wie viele Schwingungszyklen pro Zeiteinheit auftreten (gemessen in Hertz). Eine höhere Frequenz kann das Durchsatzvolumen erhöhen, birgt jedoch das Risiko, den Verschleiß des Siebs und die Belastung des Rahmens zu steigern, wenn die Kraftabgabe nicht berücksichtigt wird.

Die Kraft des Vibrators kann eingestellt werden und muss mindestens dem Gesamtgewicht des isolierten Gestells und des Ladungsvolumens entsprechen. Bei einer neuen Maschine werden die Vibratoren in der Regel auf die Kraftabgabe eingestellt, die die beste Leistung bietet. Schaffen Sie ein Gleichgewicht zwischen Durchsatzvolumen und Zuverlässigkeit. Es ist wichtig, Verschleiß und Wartungsaufwand zu berücksichtigen, wenn die Kraftabgabe der Vibratoren geändert wird.

Bewegung und Anordnung der Vibratoren

Bei den meisten horizontalen Siebanwendungen arbeiten zwei Vibratoren auf einem Gestell im Tandem, indem sie sich gegenläufig drehen, um eine lineare Bewegung zu erzeugen. Diese Bewegung erzeugt eine Kraftlinie, die den Schwerpunkt der Maschine schneidet. Die Anordnung und der Winkel der Vibratoren beeinflussen die Art der Bewegung. Bei korrekter Berechnung von Neigung und Amplitude unterstützt die Schwerkraft den Materialfluss über das Sieb.

Eine lineare Seitwärtsbewegung ist in Branchen wie dem Bergbau und dem Recycling effektiv, da sie eine Verteilung des Materials über das Sieb ermöglicht. Durch die Montage der Vibratoren an den Seiten des Gestells werden größere Materialien zu den Seiten verschoben und rollen dorthin, sodass die schwereren Enden nach unten zeigen. Beim Recycling von Bau- und Abbruchabfällen (C&D) hilft dies beispielsweise dabei, Nägel und andere Metallteile abzutrennen. Bei der Schüttgutförderung lockern das Rollen und die Zusammenstöße das Zuschlagmaterial auf und unterstützen den Durchfluss der Partikel durch den Rost.

Lineare Auf- und Ab-Bewegungen sind äußerst effektiv für die Sandbiofiltration und die Entwässerung von Partikeln. Bei Vibratoren, die auf Schienen über dem Materialstrom montiert sind, heben und senken interne Gewichte ein spezielles Sieb aus strapazierfähigem, feinmaschigem Gewebe. Diese Bewegung bewirkt die Abtrennung von Partikeln vom Sieb. Bei jedem Zyklus wird Luft zwischen die Partikel geleitet und Wasser herausgedrückt, sodass nur Feuchtigkeit und Partikel in Mikrometergröße hindurchgelangen können (Bild 4).

Die elliptische Drehbewegung spielt in der Landwirtschaft beim Dreschvorgang eine wichtige Rolle, kommt aber auch im Recycling und in der Schüttgutverarbeitung zum Einsatz. Vor oder hinter dem Sieb angebracht, bewirkt diese Bewegung, dass sich das Material vorwärts und dann rückwärts bewegt, wobei das Sieb nicht nur zur Trennung dient, sondern im Falle von Getreide auch dazu, die Spelzen vom Korn zu entfernen. Dieser „Käsereibe“-Effekt hilft zudem dabei, losen Schmutz aus Bruchgestein und Feinanteile aus abgebautem Rohmaterial zu entfernen.

Elektrische und hydraulische Siebvibratoren

Das Gewicht und das Volumen der Schüttgutumgebung erfordern einen leistungsstarken Vibrator, um die Aufgabe effektiv zu bewältigen. Während elektrische Siebvibratoren weit verbreitet sind, eignen sich hydraulische Vibratoren besser für mobile Siebanwendungen, bei denen kein Strom verfügbar ist. Die Bewegung eines hydraulischen Siebvibrators wird von einer Hydraulikpumpe angetrieben, die unter Druck stehende Flüssigkeit zum Motor fördert. Der Motor wandelt dann die Flüssigkeitskraft in eine Drehbewegung um, die auf Exzentergewichte übertragen wird. Ein Exzentergewicht ist eine rotierende Masse, die gegenüber dem Drehpunkt versetzt ist und so eine Unwuchtkraft erzeugt (Bild 5).

Industrielle elektrische Rüttler für die Materialsiebung sollten für den Umrichterbetrieb ausgelegte Wicklungen mit Klasse-H-Isolierung verwenden, um eine Überhitzung im Dauerbetrieb zu verhindern. Die Siebrüttler von Martin^® Engineering erzeugen eine Zentrifugalkraft von bis zu 7483 kg. Die einstellbaren Exzentergewichte ermöglichen eine Leistungsanpassung an 3- oder 4-teilige Siebe und verfügen über wartungsarme, schmierbare und langlebige Zylinderrollenlager. Die hochfesten Gehäuse aus Aluminiumguss entsprechen der Schutzart IP66 für Staub- und Wasserschutz; es sind explosionsgeschützte Modelle erhältlich, die mit den Kennzeichnungen cETL, ATEX und IECEx für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen versehen sind.

Ein Beispiel für einen hydraulischen Siebvibrator ist der Martin^® Hydraulic Screen Vibrator, der bis zu 3855 kg Zentrifugalkraft für eine effiziente Materialtrennung liefert. Das IP66-Gehäuse gewährleistet eine trockene und sandfreie Innenumgebung und verwendet die gleichen Befestigungslochmuster wie elektrische Vibratoren.

Beide Geräte sind äußerst effektiv in anspruchsvollen industriellen Umgebungen mit Dauerbetrieb. Die wartungsarmen Komponenten gewährleisten langlebige Leistung und Sorgenfreiheit, unterstützt durch eine branchenführende 3-Jahres-Garantie.

Fazit

Wie wir gezeigt haben, ist die richtige Vibration unerlässlich, aber es handelt sich bei dem Vibrationsmotor auch um ein Verschleißteil. Daher sind hochwertige, langlebige Geräte entscheidend, um übermäßige Ausfallzeiten zu vermeiden. Neben einer soliden Garantie sollte der Gerätehersteller oder -vertreter reaktionsschnell sein und in der Lage sein, schnell Ersatz bereitzustellen.

Ein gut konstruiertes System sowie die richtige Kalibrierung und Platzierung der Vibratoren für die jeweilige Anwendung sind für eine effiziente und optimierte Siebtrennung unerlässlich. Um die Lebensdauer der Anlagen weiter zu verlängern, sollten diese Systeme wartungsfreundlich und gut zugänglich sein, was sowohl die Sicherheit am Arbeitsplatz als auch niedrigere Betriebskosten gewährleistet.