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Der Außenrüttler ist ein Drehstrom-Asynchronmotor, bei dem an den Enden der Läuferwelle Gewichte exzentrisch angebracht sind, so genannte Unwuchten. Bei sich drehender Welle werden Fliehkräfte erzeugt. Die Größe dieser Fliehkräfte kann durch Verstellen der Unwuchten im Stillstand der Rüttler verändert werden. Die Unwuchten sind geteilt und können gegeneinander verdreht werden. Jedes Gewicht erzeugt bei Drehung einen Fliehkraftvektor, dessen Richtung durch den Drehpunkt (Läuferwellenmitte) und den Schwerpunkt der Unwucht festgelegt ist.

Da sich die Gesamtfliehkraft als Resultierende dieser Fliehkraftvektoren ergibt, kann man durch verdrehen der Gewichte die Gesamtfliehkraft vergrößern oder verkleinern (s.Abb. 2 und 4). Außenrüttler können Fliehkräfte bis 100kN und mehr erzeugen. Um trotz der der rauen Einsatzbedingungen hohe Standzeiten der Außenrüttler zu erzielen, haben die Motoren schwingungsfeste, hochtemperaturfeste Statorwicklungen, Spezial-Wälzlager mit Hochleistungschmierfetten und schwingungsfeste Anschlusskabel.

Die Fliehkräfte, die der Rüttler erzeugt, versetzen nun die Rüttelvorrichtung (Tisch, Schalung, Form, Rinne) und die Masse, z.B. den Beton in Schwingungen. Die Größe der erzeugten Fliehkraft und die Masse der Einrichtung, an die der Außenrüttler fest angeschraubt ist und die er in Schwingungen versetzen soll, bestimmen die Größe der Schwingungsbreite.

Die Schwingungsbreite s ist der gesamte Ausschlag (Doppelamplitude), der während einer ganzen Schwingung an einer Stelle der Rütteleinrichtung auftritt.

Da die umlaufenden Gewichte Fliehkräfte in periodisch wechselnden Richtungen erzeugen, rufen sie kreisförmige, lineare oder elliptische Schwingungen hervor. Ein Außenrüttler allein erzeugt grundsätzlich kreisförmige Schwingungen, während zwei gleiche, parallel angeordnete und gegenläufig drehende Außenrüttler lineare Schwingungen erzeugen.

• Kreisförmige Schwingung

  Der Rüttler bewegt radial in allen Richtungen die gleiche masse, das heißt die Schwingungsbreite s ist in allen Richtungen gleich, es entsteht eine kreisförmige Schwingung.

• Lineare Schwingung

  Zwei gleiche Außenrüttler sind parallel zueinander angebracht und drehen gegenläufig. Durch die eintretende Synchronisation heben sich die gegeneinander gerichteten Kräfte auf, die gleichgerichteten addieren sich. So entsteht eine lineare Schwingung.

  Beim Fördern erzeugen z.B. zwei gegenläufig angebrachte Außenrüttler eine Wanderbewegung des Fördergutes in eine Richtung (lineare Bewegung). Die einzelnen Fördergutteilchen oder –stücke werden unter einem bestimmten Wurfwinkel dauernd so angestoßen, dass eine Kette von Mikrowurfbewegungen entsteht.

• Elliptische Schwingung

  Ein Rüttler ist allein asymmetrisch an einer beliebigen Stelle einer Form angebracht, z.B. am Ende eines T-Trägers. In den verschiedenen Richtungen muss er unterschiedlich große Massen bewegen. Bei großer Masse wird die Schwingungsbreite klein, bei kleiner Masse wird sie groß. Die unterschiedlichen Schwingungsbreiten erzeugen so eine elliptische Schwingung.

Es gibt so genannte Normalfrequenzrüttler mit 1000, 1500 oder 3000 Schwingungen pro Minute bei einer Netzfrequenz von 50 Hz und Hochfrequenzrüttler mit 6000 oder 12000 Schwingungen pro Minute bei einer Betriebsfrequenz von 200 Hz. Welcher Rüttler bzw. welche Schwingungszahl gewählt wird, hängt ab vom jeweiligen Einsatzfall (Verdichten, Lockern, Fördern), von der zu bewegenden Rütteleinrichtung (Steifigkeit, Gewicht) und dem zu bearbeitenden Material (Eigenschaften, Gewicht).

Grundsätzlich gilt, dass bei gleicher Fliehkraft eine niedrigere Rüttlerfrequenz eine größere Schwingungsbreite erzeugt und umgekehrt eine hohe Rüttlerfrequenz eine kleinere Schwingungsbreite bewirkt. So sind z.B. Rüttler mit 1000 und 1500 Schwingungen/min wegen ihrer verhältnismäßig großen Schwingungsbreiten zum Sieben und Fördern grobkörniger Stoffe geeignet.

Außenrüttler mit 3000 Schwingungen/min haben sich beim Lockern und Lösen oder für das Fördern feinkörniger Stoffe bewährt. Hochfrequenz-Außenrüttler mit 6000 oder 12000 Schwingungen /min sind hervorragend zur Verdichtung feinkörniger Stoffe geeignet, da sie durch hohe Frequenz und geringe Amplitude die Feinstanteile besonders stark anregen. Das bedeutendste Einsatzgebiet der Hochfrequenzrüttler ist die Betonverdichtung. Außenrüttler mit 6000 Schwingungen/min erzeugen größere Tiefenwirkung und verursachen weniger Lärm als solche mit 12000 Schwingungen/min.

Verdichten von Beton in großflächigen Schalungen

Bei diesem Einsatzfall erzeugen die Außenrüttler Schwingungen, die in das Profil (Rüttlerträger), am dem sie angebracht sind, eingeleitet werden. Die Schwingungen werden von weiteren Versteifungsträgern an die Schalhaut und von dort in den Beton weitergegeben.

Verdichten von Stoffen mit kleineren Rütteleinrichtungen

Schüttgüter aller Art können zum Beispiel mit einem kleinen Rütteltisch verdichtet werden, auf dem die Behälter oder die Formen befestigt sind. Zwei Außenrüttler werden gegenläufig drehend unter der Tischplatte befestigt. Sie versetzen den ganzen Tisch in lineare Schwingungen.

Die Fliehkraft F_c versetzt die gesamte Vorrichtung zusammen mit der zu verdichtenden Masse in Schwingungen. Die an der Vorrichtung gemessene Schwingungsbreite s darf nicht zu groß sein, da sonst die Rüttelvorrichtung beschädigt werden kann, Wenn die Schwingungsbreite nicht gemessen werden kann, muss man sie errechnen. Die Beschleunigung a ist entweder bereits bekannt oder wird aus Tabelle 4 entnommen.

Schwingungseinleitung

Der Schwingungseinleitung muss große Aufmerksamkeit gewidmet werden, und zwar sowohl bei kleinen Rüttelvorrichtungen, an denen ein oder zwei Außenrüttler angebracht sind, als auch bei großflächigen Formen zur Betonverdichtung, die mit bis zu 50 Außenrüttlern bestückt sind. Bei der Herstellung von Betonfertigteilen ist eine gleichmäßige Schwingungseinleitung, die eine gleichmäßige Verdichtung bewirkt, neben der Beschleunigung und der Rütteldauer das wichtigste Kriterium, um einwandfreie Oberflächen und hohe Dichten zu erzielen. Es ist wesentlich, die notwendigen Fliehkräfte so zu verteilen, dass sie an möglichst vielen Stellen der Rütteleinrichtung eingeleitet werden.

Dort erzeugen sie so genannte Beschwingungen (Durchbiegen des Rüttelträgers). Die einzelnen Außenrüttler werden so angebracht, dass z.B. bei großflächigen Schalungen jeder Außenrüttler nur den ihn umgebenden Bereich in Schwingungen versetzt und die Schwingungszonen sich knapp überschneiden.

Wenn bei zu labilen Formen Resonanzerscheinungen auftreten, müssen diese durch geeignete Maßnahmen, z.B. zusätzliche Versteifungen, Änderung der Rüttleranbringung oder Frequenzveränderung vermieden werden, da Bruchgefahr besteht.

Bei richtigem Anbau mehrerer Außenrüttler (an großflächigen Schalungen) und ausreichender Steifigkeit der Form wird die örtliche Belastung der Schalung verringert und ihre Haltbarkeit erhöht. Abbildung 11 zeigt die Auswirkungen der Verteilung der Fliehkraft auf mehrere Einleitungsstellen.

Anbringungsort

Bei der Auswahl der Ansatzpunkte ist daraus zu achten, dass eine gute Weiterleitung der erzeugten Biegeschwingung gewährleistet ist. Am besten wird dies erfüllt, wenn schon bei der Konstruktion der Rütteleinrichtung darauf geachtet wird, dass ausreichend dimensionierte, durchgehende Profile vorgesehen sind, die die Konstruktion versteifen.

So genannte Rüttlerträger dienen der Aufnahme der Außenrüttler und der gleichmäßigen Schwingungsverteilung. Durch falsch angebrachte Außenrüttler oder vibrationstechnisch ungünstige Rütteleinrichtungen können bei der Betonverdichtung tote Zonen oder Bereiche übermäßiger Erregung entstehen.

Auch bei kleineren, steifen Formen sollten die Außenrüttler so angebracht werden, dass sie die Rütteleinrichtung gleichmäßig in Schwingungen versetzen, d.h. überall ungefähr gleich große Schwingungsbreiten erzeugen.

Montage der Außenrüttler

Damit die Schwingungen, die der Außenrüttler erzeugt, möglichst verlustfrei in die Rüttelvorrichtung eingeleitet werden, müssen bei der Montage folgen Punkte beachtet werden:

Jeder Außenrüttler muss auf einer Platte von 15-20mm Dicke befestigt sein. Diese Platte muss eben und sorgfältig an vorhandene Versteifungsprofile angeschweißt sein.

Sollen lineare Schwingungen durch zwei gegenläufige Außenrüttler erzeugt werden, muss die Verbindung zwischen den Außenrüttlern absolut schwingungssteif sein, um eine Synchronisation zu ermöglichen (absoluter Gleichlauf der Außenrüttler).  Dies wird erreicht durch ausreichende Versteifungen. Abbildung 12 zeigt ein Beispiel für solche Versteifungen.

Um die erzeugten Schwingungsbreiten verlustfrei zum gewünschten Wirkungsort zu übertragen, muss darauf geachtet werden, dass die Rüttlerbefestigungen (Platte, Träger) sich nicht durchbiegen können. Beispielsweise bedeutet bei Hochfrequenz-Außenrüttlern, die bei hohen Fliehkräften nur 0,4mm Schwingungsbreite erzeugen, eine Durchbiegung der Rüttlerbesfestigung von 0,1-0,2mm einen Verlust von 25-50% der Schwingungsenergie.

Die beiden Hauptwirkrichtungen der erzeugten Fliehkräfte müssen besonders beachtet werden. Es sind dies die senkrecht und parallel zur Befestigungsfläche wirkenden Fliehkräfte, wobei die um 90 Grad zur gewünschten Wirkrichtung angreifenden Kräfte Schweißnahtrisse an den Rüttlerbefestigungen verursachen können. Es müssen dann zusätzliche Versteifungen, z.B. Knotenbleche, angeschweißt werden. Abbildung 14 zeigt einige Möglichkeiten der beschriebenen Versteifungen.

Es müssen Stahlprofile vorhanden sein, die die Schwingungen gleichmäßig verteilen. Dazu eignet sich als Rüttlerträger das Stahlbauprofil HE-B 140 (IPB 140) besonders gut.

Die Außenrüttler müssen an Versteifungsprofilen angebracht werden und nicht direkt an dünnwandigen Bauteilen wie Silowänden oder Schalblechen von Betonelementschalungen.

Der feste Sitz der Außenrüttler ist wichtig, damit Außenrüttler und Rüttelvorrichtung eine Schwingungseinheit bilden. Die Befestigung des Außenrüttlers ist wegen der großen dynamischen Belastung mit absoluter Sorgfalt durchzuführen. Geeignet sind vergütete Stahlschrauben der Güteklasse 8.8. nach DIN931 und Unterlegscheiben nach DIN125. Die Elastizität von langen Stahlschrauben erhöht die vibrationssichere Befestigung. Die Schrauben müssen mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen werden. Bei Befestigung mit Durchgangsschrauben müssen Sicherungsmuttern oder Kontermuttern verwendet werden. Die Befestigungsschrauben sollen nach kurzer Betriebszeit  nachgezogen und in größeren Zeitabständen auf Festsitz geprüft werden. Lockerungen der Schraubverbindungen führen zu Gehäusebrüchen, Ausfällen der Außenrüttler und Rissen in der Schalung. Mangelhafte Befestigung und Lockerung der Schraubverbindungen ist eine der häufigsten Ursachen für Störungen.

Eine Rüttelvorrichtung ist richtig gebaut, wenn ein Höchstmaß an Steifigkeit bei niedrigem Gewicht erreicht wird. Niedriges Gewicht und große Steifigkeit sind keine widersprüchlichen Forderungen, wenn die Versteifungen mit geeigenten Verrippungen erzeugt werden. Die Tischkonstruktion in Abbildung 15 hat eine hohe Verrippung zur Mitte hin (trapezförmig). Diese Art der Versteifung ergibt eine hohe Steifigkeit und gleichmäßige Schwingungsverteilung über die gesamte Fläche. Die Konstruktion ist rüttelsteif, wenn die Höhe h 1/4 – 1/5 der Länge l beträgt.

Je größer die Fliehkraft ist, desto höher muss die Verrippung sein. Der Rütteltisch hat eine Größe von 1x1m, die Verrippung ist 8mm dick. Das Tischgewicht beträgt bei dieser Bauart 90kg. Die Tischkonstruktion von Abbildung 16 hat dagegen durchgehend eine zu niedrige Verrippung bei einer Verrippungsdicke von 14-16mm. Der Tisch hat dann bei einer Größe von ebenfalls 1x1m ein Gewicht von 130kg. Das Ergebnis ist eine ungleiche Verteilung der Schwingungsbreite über die Tischfläche. Da die Steifigkeit fehlt, kann bei weicher Lagerung ein ››Flattern‹‹ in den Außenbereichen oder bei harter Lagerung ein stärkeres Durchbiegen im Mittelbereich entstehen. Dabei treten Schwingungsunterschiede von bis zu 200% auf (Amplitudenvergrößerung).

Die grundsätzlichen Anforderungen an eine Rüttelvorrichtung sind:

• Steifigkeit zur Erzielung Von Schwingungsfestigkeit
• Gleichmäßige Schwingungsverteilung und Vermeidung von Amplitudenvergrößerungen
• Geringes Gewicht zur Einsparung von Rüttelenergie
  (F_c = m ⋅ a)

Schwingungsisolierte Lagerung der Rütteleinrichtung

Rütteleinrichtungen müssen so gelagert sein, dass sie frei schwingen können und keine Schwingungen auf Fundamente und Gebäude übertragen werden.

Zur elastischen Lagerung werden Gummi-Metall-Elemente oder in der Fördertechnik auch Schraubenfedern verwendet. Die statische Belastung der Gummi-Metall-Elemente soll 5-6kg/cm² Gummifläche betragen. Die dynamische Belastung kann bei kurzen Rüttelzeiten, wie sie z.B. bei Schalungen von Betonfertigteilen üblich sind vernachlässigt werden. In der Praxis haben sich Gummi-Metall-Elemente mit einer Shore-Härte von 55 Shore A zur Lagerung von Rütteleinrichtungen bewährt. Wichtig ist, vor allem bei kleinen Rütteleinrichtungen, dass gleiche Shore-Härten verwendet werden.

In der Fördertechnik werden Shore-Härten von 40-45 Shore A verwendet.

Dabei bedeutet beispielsweise 40 Shore A ››weich‹‹, 75 Shore A ››hart‹‹. Die Bedeutung der elastischen Lagerung darf auf keinen Fall unterschätzt werden, da alle vorangegangenen Überlegungen nur bei einer funktionierenden Schwingungsisolierung zutreffen.

Die elastische Lagerung ist die Grundvorrausetzung für das Funktionieren einer Rütteleinrichtung.

Da man bei der Auslegung von Rüttelanlagen vor allem mit Nährungsformeln und Erfahrungswerten operiert, ist das Abstimmen bei Inbetriebnahme hier besonders wichtig. Um das Zusammenwirken von Rüttler und Anlage zu überprüfen, misst man folgende Werte:

• Stromaufnahme
• Schwingungsbreite
• Temperatur

Aus der Stromaufnahme lässt sich auf die Wirksamkeit des Rüttlers, auf Art und Zustand der Schalung und ihrer Versteifung sowie der Schraub- und  Schweißverbindungen schließen. Über die Schwingungsbreite lässt sich  herausfinden, wo noch Versteifungen notwendig sind. Die Temperatur (gemessen  am Zwischenlager) ist ein Indikator für die Arbeitsweise des Motors. Eine bestimmte Betriebstemperatur (Herstellerangabe) darf nicht überschritten werden.

Messen der Stromaufnahme

Bei richtiger Konstruktion der Rütteleinrichtung und richtig dimensioniertem Außennrüttler liegt die Stromaufnahme ungefähr in Höhe des Nennstroms des Außenrüttlers. Liegt die gemessene Stromaufnahme weit unter dem zugehörigen Nennstrom, so ist die Rütteleinrichtung zu schwer. In diesem Fall kann die Fliehkraft vergrößert werden. Ist die Stromaufnahme hingegen größer als der Nennstrom, so gibt es zwei mögliche Ursachen: Entweder ist die gewählte Fliehkraft zu hoch, in diesem Fall verringert man sie oder wählt einen Außenrüttler mit einer kleineren Fliehkraft. Oder aber der Grund ist die mangelnde Steifigkeit der Rüttelanlage, in diesem Fall kann man zusätzliche Versteifungen anbringen.

Messen der Schwingungsbreite

Zum Messen der Schwingungsbreite eignet sich am besten ein Schwinungschreiber. Die Schwingungsbreite sollte an allen Stellen der Vorrichtung ungefähr gleich groß sein. Aus Tabelle 3 lässt sich erkennen, ob die beabsichtigte Beschleunigung bei der gemessenen Schwingungsbreite auch erreicht wird.

Weitere Maßnahmen

Weitere Maßnahmen, die in der Praxis zur Verbesserung der Vibrationsergebnisse führen können, sind:

• Ändern der Drehrichtung einzelner Außenrüttler
• Ändern der Anbaulage der Rüttler (Drehen, Verschieben)
• Versteifung der Rüttelvorrichtung mit zusätzlichen Profilen
• Verwendung weicherer Gummi-Metall-Elemente (Lagerung)

Zum Verdichten von Beton, vor allem in großformatigen Formen und Schalungen, werden überwiegend Hochfrequenz-Außenrüttler mit 6000 Schwingungen/min eingesetzt, in geringem Maße auch solche mit 12000 Schwingungen/min.

Vorteile der Hochfreuquenz-Rüttelung

Intensive Verflüssigung des Zementleims durch hohe Beschleunigung

• gute Entlüftung durch langsam von unten fortschreitende Verdichtung → geringer Luftporenraum
• geschlossene Oberflächen → weniger Nacharbeit
• hohe Betonfestigkeiten → Qualitätsverbesserung

Geringe Grobkornbewegung durch kleine Schwingungsbreiten

• keine Entmischungsgefahr auch bei längeren Rüttelzeiten
• keine Wanderbewegungen und kein Verschieben von Bewehrungen (Armierungen)

Kleine Schwingungsbreiten bei erhöhter Frequenz

• geringe Gefahr von Formbrüchen und Schweißnahtrissen
• geringe gegenseitige Beeinflussung der Betonrüttler an einer Form auch bei kleinen Abständen (1,5-2,5 m).

Resonanzschwingungen und Amplitudenvergrößerung gering

Große, nicht rüttelsteife Formen und Schalungen können Zonenweise gleichmäßig erregt werden → leichtere Schalungen.
Gutes Durchdringen der Schwingungen durch Isolierschichten(z.B. bei Sandwichelementen)
Einwandfreie Sichtflächen durch gleichmäßig verteilbare Schwingungsleitung.
Hochfrequenz-Außenrüttler haben große elektrische Leistungsreserven, die auch bei stark wechselnden Belastungen größtmögliche Fliehkraft- und Drehzahlkonstanz gewährleisten.

Außenrüttler mit 6000 Schwingungen/min

Bei 6000 Schwingungen/min sind die Schwingungsbreiten einerseits klein genug, um Entmischungen zu verhindern, andererseits groß genug, um sich in Schalungen so weit auszubreiten, dass die Außenrüttler nicht zu dicht aneinandergesetzt werden müssen. Es werden weniger Betonrüttler gebraucht, um dieselbe Fläche gleichmäßig zu verdichten, als bei Außenrüttlern mit höheren Schwingungszahlen. Außerdem ist die Geschwindigkeit größer, mit der die Verdichtung von den Erregungszonen aus fortschreitet, d.h. die Rüttelzeit ist kürzer.

Wichtig ist, dass bei gleicher Dämpfung durch den Beton aufgrund der größeren Schwingungsbreiten eine größere Tiefenwirkung erzielt wird und so auch dicke Teile einwandfrei durch verdichtet werden. Noch wichtiger als bei Massivelementen ist dies bei so genannten Sandwichelementen, da die Schwingungen dort auch die Dämmschicht durchdringen müssen.

Außenrüttler mit 12000 Schwingungen/min

Außenrüttler mit 12000 Schwingungen/min ermöglichen theoretisch eine noch intensivere Verdichtung als solche mit 6000 Schwingungen/min, können aber wegen der sehr geringen Schwingungsbreiten nur eingesetzt werden, wenn die Formen so steif ausgebildet sind, dass auch diese kleinen Schwingungsbreiten ohne Verlust übertragen werden können.

Außerdem ist der Wirkbereich relativ klein und die Lärmentwicklung sehr groß. Außenrüttler mit 12000 Schwingungen/min werden meist nur bei der Fertigung solcher Teile eingesetzt, bei denen höchste Festigkeit und Dichtheit verlangt sind, z.B. bei Rohren.

Schwingungsfähigkeit und Resonanzverhalten einer Schalung sind im vorhinein nicht zu bestimmen, da die Einflüsse von Konstruktion, Werkstoff, Lagerung, Verbindungsteilen, Schwingungsleitung, Art und Zusammensetzung des Betons schwer zu erfassen sind. Deshalb greift man bei der Ermittlung der Fliehkraft auf Erfahrung zurück. In der Praxis hat sich folgende Näherungsformel bewährt:

F_c = m ⋅ a ⋅ S / 1000

F_c –  Fliehkraft in kN
m –  hier: Masse der schwingenden Teile der Verdichtungseinrichtung  +  Masse der  Rüttler + 10% der Masse des Betons in kg
a -  Beschleunigung in m/s²
S -  Kennwert für die Steifigkeit und das Resonanzverhalten der Verdichtungseinrichtung

Das Resonanzverhalten und die mehr oder weniger große Schwingungsfreudigkeit der Schalungen führen in der Regel zu einer übermäßigen Vergrößerung der Schwingungsbreiten und somit der Beschleunigung a. Damit nun die Richtwerte für a eingehalten werden können, wird a mit Hilfe des Kennwertes S reduziert (s. Abb. 18).

Die Betonmasse geht nur anteilig mit ca. 10% in die Rechnung ein, da der Frischbeton als Gesamtheit im unverdichteten Zustand keine mitschwingende Masse darstellt, was sich aber mit fortschreitender Verdichtung langsam ändert. Erst am Ende des Verdichtungsvorganges wäre ein Großteil des Betons als schwingende Masse zu betrachten. Das sieht man auch daran, dass die Stromaufnahme des Außenrüttlers mit fortschreitendem Verdichtungsvorgang langsam sinkt.

Ein Beispiel verdeutlicht die Zusammenhänge:

Gegeben:    Ein Rütteltisch mit den Maßen 10m x 4m, Masse des Tisches und der Randschalungen 6350kg, Masse der Außenrüttler 225kg, Masse des zu verdichtenden Betons 18000 kg. Es soll mit 6000 Schwingungen/min verdichtet werden.

Gesucht:    Fliehkraft Fc

Lösung:    gewählt:

a = 80 (s. Tab. 4 und  Abb. 18)
S = 0,15 (da Tischkonstruktion nicht steif und Eigenschwingungen nicht zu erwarten sind; s. Tab. 5)

Fc = [(6350 + 225 + 0,1 ⋅ 18000) ⋅ 80 ⋅ 0,15] / 1000 kN

Diese Gesamtfliehkraft wird gleichmäßig auf mehrere Rüttler verteilt; bei 9 Rüttlern insgesamt muss dann jeder Rüttler 12kN (Nennwert) Fliehkraft erzeugen.Ein Beispiel verdeutlicht die Zusammenhänge:

Die jeweilige Rüttelzeit der Betonrüttler hängt von mehreren Parametern ab, nämlich der Größe der Beschleunigung, der verlangten Festigkeit, der zu rüttelnden Masse, der Betonzusammensetzung, der Höhe des Betons in der Form und der Anordnung der Bewehrung. Die Rüttelzeit ist ausreichend, wenn die obere Fläche mit Feinmörtel geschlossen ist, nur noch wenige Luftblasen aus dem Beton aufsteigen und im Falle steifen Betons sich dieser unter kräftigem Druck der Hand während des Rüttelns verformt. Vereinzelte, nicht zusammenhängende Luftporen an den Betonoberflächen und im Beton lassen sich bei üblichem Verdichten nicht vermeiden. Aber sie haben praktisch keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Betons.

In Betonfertigteilwerken werden zur Herstellung von großformatigen Betonelementen die verschiedensten Formen und Schalungen verwendet:

• Rütteltische
• Fertigungsbahnen für Rüttelbockstationen
• Paletten für Rüttelbockstationen
• Stützen und Binderschalungen
• TT-Schalungen
• Batterieschalungen und Wandfertiger
• Garagenschalungen
• Schachtschalungen
• Großrohrformen
• Treppenschalungen u.a.m.

Rütteltische

Als ein Beispiel einer Betonverdichtungsanlage wird ein Rütteltisch betrachtet, dessen Abmessungen bis zu 5 x 15m betragen können. Es gibt zwei Formen von Rütteltischen: den Kipptisch und den Schwingkipptisch. Der Kipptisch ist ein starrer, verwindungssteifer Schalttisch mit sehr geringer Oberflächentoleranz, der zum Abheben des Fertigteils gekippt werden kann (hydraulisch). Beim Schwingkipptisch ist die Oberkonstruktion von der Unterkonstruktion getrennt und auf Gummi-Metall-Elementen gelagert. Die durch Betonrüttler in Schwingung zu versetzende Masse ist dadurch leichter, so dass mit kleineren Außenrüttlern gearbeitet werden kann. Die Oberflächentoleranzen bei Teilbelegung sind aber größer.

Bei der Anbringung der Außenrüttler an Rütteltische hat sich die so genannte versetzte W-Anordnung an den Hauptlängsträgern am besten bewährt. Ganz wesentlich ist, dass der Anbringungsort der Hochfrequenzaußenrüttler genügend versteift ist. Bei der Bestückung geht man von der Überlegung aus, dass jeder Betonrüttler einen Teilbereich des Tisches in Schwingungen versetzt und diese Teilbereiche sich überschneiden. Bei Schwingtischen werden die Außenrüttler auf Rüttlerplatten parallel zu den Längsträgern angebracht. Auch hier ist die versetzte W-Anordnung wichtig, um eine gleichmäßige Schwingungsverteilung auf der Schaltfläche zu gewährleisten.

Als weiteres Beispiel wird die Gruppe der stabförmigen Schalungen betrachtet: Stützen- und Binderschalungen sowie TT-Schalungen.

Stützen- und Binderschalungen

Stützen- und Binderschalungen gibt es als Einzel- oder Doppelform mit verstellbaren Seiten- und Bodenschalungen in Längen von bis zu 60m. Es werden schlaff bewehrte oder vorgespannte Elemente gefertigt, bei denen eine intensive Verdichtung im Spannbereich notwendig ist. Dazu dienen seitlich in verschiedenen Höhen angebrachte so genannte Rüttlerträger (durchlaufende IPB -Träger), auf denen die Hochfrequenz-Außenrüttler wechselseitig angebracht werden. Bei Doppelstützen-Schalungen werden zusätzlich unter dem Kern weitere HF-Außenrüttler befestigt.

TT-Schalungen

In TT-Schalungen  (Rippendeckenschalungen) werden meist vorgespannte Deckenelemente gefertigt. Auch diese Schalungen können 60m lang und mehr sein. Es gibt hydraulisch und mechanisch verfahrbare Schalungen. Steghöhe, Stegbreite, Stegabstand und Plattenbreite können verändert werden. Auch bei der TT-Schalung werden jeweils rechts und links des Steges angebrachte Rüttlerträger für die Befestigung der Hochfrequenz-Außenrüttler verwendet.

Besonders bei Stabschalungen ist der Einsatz von regelbaren Frequenzumformern sinnvoll (siehe variable Frequenz).

Andere Anwendungen

Neben dem Verdichten von Beton in großflächigen Schalungen sind weitere Anwendungen von Hochfrequenz- und zum Teil auch Normalfrequenz - Außenrüttlern in der Betonverdichtung:

• Steinformmaschinen (Haupt- und Auflastrüttelung),
• Gleitfertiger (Rüttelbrücken),
• Hohldeckenfertiger (Rüttelbohle),
• Rohrformmaschinen,
• Kleinformen (Kellerschächte, Kanalschächte, Lichtschläuche),
• Einzelrohrformen,
• Fertigungseinrichtung für Eisenbahnschwellen

Bei Hochfrequenz-Außenrüttlern muss die Netzfrequenz (50Hz) mit Frequenzumformern auf 200 Hz (Ausgangsfreuquenz f₂) erhöht werden. Es gibt auch Vario-Frequenzumformer, die eine variable Ausgangsfrequenz f₂ erzeugen. Das heißt, dass auch die Schwingungszahl (Drehzahl) des Rüttlers variabel ist.

n = 60 ⋅ f_el / p

Eine Veränderung der Motordrehzahl bewirkt eine Veränderung der Fliehkraft:

F_c2 = F_cl  ⋅ (n₂ / n₁)²

Mit Vario-Umformern kann also die Fliehkraft des Rüttlers während des Betriebs verändert werden. Das hat den Vorteil, dass sich die Fliehkraft schnell an den jeweiligen Füllungsgrad der Schalung und an den Verdichtungszustand des Betons anpassen lässt. (Als Antriebsfrequenz hat sich in der Praxis der Bereich 80-210 Hz als sinnvoll erwiesen.)

Der Drehstrom-Asynchronmotor des Außenrüttlers arbeitet bei diese Frequenzveränderung immer im optimalen Betriebsbereich, da Frequenz und Spannung immer im gleichen Verhältnis verändert werden (U/f = konstant).

Vorteile der variablen Frequenz

Da die Schwingungsbreite von der Drehzahl unabhängig ist, wird während der Frequenzverstellung immer mit der gleichen Schwingungsbreite, aber mit veränderter Beschleunigung gearbeitet siehe 2.2 Zusammenhang zwischen Fliehkraft, Schwingungsbreite und Drehzahl.

Da die Höhe des vom Außenrüttler verursachten Schalldruckpegels wesentlich von der Frequenz und der Beschleunigung, die auf die Schalungen einwirken, beeinflusst wird, sind bei richtiger Anwendung der Vario-Umformer Geräuschminderungen von bis zu 15 dB (A) zu erzielen. Ein wesentlicher Effekt der Frequenzveränderung ist also, dass bei einem Optimum an Verdichtungseinwirkung möglichst wenig Lärm erzeugt wird. Zum Beispiel wird beim Betonieren von Stabschalungen (Binder, Stützen,Träger) der Beton lagenweise eingefüllt. Wenn die Außenrüttler schon bei minimaler Füllung der Form mit maximaler Fliehkraft arbeiten (das ist der Fall bei fester Ausgangsfrequenz), geht nicht nur ein Großteil der erzeugten Energie beim Vibrieren des leeren Schalungsteils (oberer Teil) verloren, es entsteht auch unnötiger Lärm. Da überschüssige Fliehkraft auch zur Ermüdung von Schweißnähten und zum Losrütteln von Anbauteilen (z.B. Heizungsrohren) führt, wird mit angepasster Fliehkraft auch die Rüttelvorrichtung geschont.

Schalungen und großflächige Formen sind komplexe Gebilde, die meist mehrere Eigenschwingungszahlen aufweisen, die kaum im voraus bestimmt werden können. Liegt nun eine dieser Eigenfrequenz nahe der üblichen Frestfrequenz der Außenrüttler, können starke örtliche Resonanzen auftreten, die durch erhöhte Beschleunigungsamplituden verstärkte Schalldruckpegel erzeugen. Außerdem sind diese Resonanzschwingungen sehr schädlich für die Schalung.

Eine sehr gute Möglichkeit, die Vorteile des Vario-Umformers voll auszunutzen, ist die Steuerung der Anlage per Funk. In diesem Fall steht der Bediener direkt an der Schalung und kann je nach Stand des Verdichtungsvorganges durch Verstellen der Frequenz direkt Einfluss nehmen. Es ist also je nach Bauteil von Betonzusammensetzung ein individueller Verdichtungsvorgang möglich. Dementsprechend gute Ergebnisse werden erzielt.

Arten von Vario-Frequenzumformern

Der Vario-Umformer kann ein rotierender Frequenzumformer (mechanisch) oder ein statischer Frequenzumformer (elektronisch) sein. Der entscheidende Vorteil des mechanischen Frequenzumformers ist, dass einzelne Außenrüttler und sogar ganze Außenrüttlergruppen auf den laufenden Umformer zugeschaltet werden können. Das ist möglich, weil er starke Überlastungen und hohe Stromspitzen problemlos verkraftet. Deshalb eignet er sich auch als Zentralumformer in Werken, in denen die verschiedenartigsten Produktionseinrichtungen betrieben werden.

Der elektronische Frequenzumformer dagegen eignet sich als Versorgung für eine Fertigungseinheit, z.B. Rüttelstation, TT-Bahn oder Stützenschalungen. In diesen Fällen muss er genau auf den Betriebsablauf abgestimmt werden, d.h. die Anzahlt der Außenrüttler pro Gruppe, die gleichzeitig anlaufen können, muss festgelegt werden. Das ››Zuschalten‹‹ einer zweiten Rüttlergruppe kann nur über einen zweiten Umformer oder nach Ausschalten und wieder Neuanlauf der ersten Gruppe erfolgen. Dies ist bedingt durch die hohen Ströme von anlaufenden Rüttlergruppen, die den zulässigen Überlaststrom des laufenden Umformers im Regelfall überschreiten. Deshalb müssen Betriebsablauf und Arbeitsweise vorher genau festgelegt werden. Auf keinen Fall sollte auf fachmännische Beratung verzichtet werden. Beim Automatisieren von Fertigungsabläufen können regelbare Frequenzumformer mit speicherprogrammierbaren Steuerungen kombiniert werden. Dieses Zusammenwirken nutzt man, um z.B. Verdichtungsparameter (wie Rütteldauer, Frequenz, Teilenummer, Nummer der Rüttelvorrichtung usw.), die zu guten Ergebnissen geführt haben, abzuspeichern (auf PC oder in der SPS) und beliebig oft reproduzieren.

Eine Hochfrequenz-Rüttelanlage besteht aus Betonrüttler, zentralem Umformer, Schalt- und Verteilerkästen sowie gegebenenfalls einer Funkanlage.

Da jede Installation genau auf den jeweiligen Betriebsablauf zugeschnitten ist, sind allgemeine Hinweise nicht sinnvoll. Wichtig ist aber immer, dass der Betonrüttler mit hochschwingungsfestem Kabel ausgerüstet ist, ein Motorschutzhalter für den Schutz von Rüttler und Schalung sorgt und die Anlage fest installiert wird, d.h.: fest verlegte Kabel und fest installierte Umformer-, Schalt- und Verteilerkästen.

Hochfrequenzaußenrüttler gibt es für Betriebsspannungen von 250 V und 42 V. Bei Neuinstallationen hat sich das 250-V-Installationssystem durchgesetzt, da hier kleinere Kabelquerschnitte und preiswertere Schaltelemente verwendet werden können. Die elektrische Sicherheit ist beim 250-V-Installationsystem gewährleistet durch den vorgeschriebenen Schutzleiter, der die Anwendung folgender Schutzmaßnahmen nach VDE 0100 ermöglicht:

• Schutzerdung (§9N)
• Nullung (§10N)
• Schutzleitersysteme (§11N)
• FI-Schutzschaltung (§13N)

Ausschlaggebend für die Beurteilung des Lärms ist bekanntlich nicht nur die Höhe des momentan erzeugten Schallpegels, sondern auch dessen Einwirkdauer. Bei Neuanlagen von Rüttelvorrichtungen  liegt der zulässige Beurteilungsschallpegel bei 85 dB (A) über 8 Std./Tag. Das entspricht z.B. 97 dB (A) über 30min/Tag.

Um den Lärm, den eine Anlage zur Betonverdichtung erzeugt, so weit wie möglich zu reduzieren, hat man verschiedene Möglichkeiten:

• Kapselung und Abschirmung
• Lärmreduzierung an der Schalung
• Verwendung von Dämmmaterialien
• Lärmarm konstruieren
• Verwendung regelbarer Frequenzumformer

Kapselung und Abschirmung

Die Möglichkeit, bestimmte Produktion schalltechnisch abzukapseln, bietet sich nur bei Fließfertigungen wie Rüttelstationen oder ähnlichen Fertigungsmaschinen an. Bei Fertigung in großflächigen Schalungen ist diese Art der Lärmminderung nicht möglich.

Lärmreduzierung an der Schalung

Die Schalung muss von losen und klappernden Teilen freigehalten werden. Das heißt im einzelnen: Es dürfen keine Werkzeuge oder sonstige Kleinteile auf der Schalung liegen. Es dürfen keine losen Bolzen oder Schrauben, keine losen Heizungsrohre oder sonstige lose Konstruktionsteile an der Schalung sein.

Abb. 30: Ursachen für die Entstehung von Lärm beim Rütteln

Verwendung von Dämmmaterialien

Mit üblichen Dämmstoffen und –materialen kann eine Schallabstrahlung von großformatigen Schalungen bzw. deren dickwandigen Blechen und Trägern nicht verhindert werden.

Das ››Abhängen‹‹ von Rütteltischen mit Dämmmatten hohen spezifischen Gewichts hat auch nur geringe Wirkung. Lärmreduzierung bis zu 10dB (A) bringt ein speziell für diese Anwendung entwickeltes Verfahren zur primären Schalldämpfung, das ››Baryvibo-System‹‹. Es handelt sich um ein dreischichtiges Sandwichsystem mit einer viscoelastischen Zwischenschicht aus Kunstharz, bei dem vorhandene Metallkonstruktionen (Profile, Bleche, Versteifungen) als Träger in das System einbezogen werden. Das Baryvibo-System dämpft an Trägern und Blechen entstehende freie Biegeschwingungen, die nur Lärm erzeugen und für die Verdichtung nicht notwendig sind. Die Funktion der Rütteleinrichtung ist dabei nach wie vor gewährleistet.

Lärmarm konstruieren

Schon bei der Konstruktion einer neuen Rütteleinrichtung kann die Lärmentwicklung berücksichtigt und damit möglichst gering gehalten werden. Beachtet werden muss, dass die Schalung sowohl in statischer als auch dynamischer Hinsicht ausreichend dimensioniert ist. So können beispielsweise durch ausreichende, gleichmäßig verteilte Versteifungen Resonanzen verhindert werden.

Besonderer Wert ist auch auf die Schweißverbindungen. Schalhaut und Unterkonstruktion müssen kraft- und formschlüssig miteinander verbunden sein und dürfen nicht aufeinander schlagen (Schweißschnitte zu groß).

Verwendung regelbarer Frequenzumformer

Auch regelbare Vario-Frequenzumformer tragen wie erwähnt zur Reduzierung des Lärms bei, da bei optimaler Verdichtung unnötiger Lärm verhindert wird. Hier empfehlen sich besonders mechanische regelbare Vario-Umformer. Sie lassen sich proplemlos nachträglich in bereits bestehende Anlagen einbauen, da alle HF-Betonrüttler, das HF-Netz sowie die Schalt- und Verteileranlagen weiter verwendet können.

Die Befestigung des Außenrüttlers am Silo ist ein wichtiger Punkt, sowohl für die Funktion des Außenrüttlers als auch für die Haltbarkeit des Silos. Der Außenrüttler darf nämlich auf keinen Fall direkt an der Bunkerwand oder am Auslauftrichter angeschraubt werden. Die Materialbeanspruchung an dieser Stelle wäre so groß, dass das Blech ausreißen würde. Außerdem wäre der Einfluss des Außenrüttlers nur auf eine sehr kleine Fläche begrenzt. Um diese Effekte zu vermeiden, muss am Silo eine Versteifung mit einer Befestigungsmöglichkeit für den Rüttler angebracht werden.

Der U-Stahl sollte je nach Größe des Trichters ein U 80 - U 100 sein und eine Länge von ca. 400 mm – 2000 mm haben. Es ist sinnvoll das U-Profil bis auf die Querversteifung des Silos zu führen und mit diesem zu verschweißen. Der Außenrüttler wird senkrecht zur Achse des U-Stahls angebracht. Die Drehrichtung des Rüttlers sollte so sein, dass die Unwuchten sich bei seitlicher Betrachtung des Rüttlers an der Silowand von oben nach unten bewegen. Da der Rüttler gegen die starre Achse des U-Profils arbeitet, werden Silowand und Versteifung geschont und die vom Außenrüttler erzeugte Schwingung wird besser verteilt. Eine weitere Möglichkeit der Versteifung bei einem Behälter, Silo oder Bunker mit rundem oder rechteckigem Querschnitt ist das Anschweißen einer 15mm – 200 mm starren Platte (s. Abb. 35). Diese Möglichkeit bietet sich besonders dann an, wenn mehrere kleine Rüttler angebracht werden, um Schachtbildungen im senkrechten Teil des Silos (s. Abb. 36) zu vermeiden.

Sind die  Rüttler ausgewählt und die Anbringungsorte definiert, sollten auf jeden Fall die Rüttler auf das Silo abgestimmt werden. Dazu wird zuerst die Funktion der Rüttler überprüft. Um die korrekte Funktionsweise der Rüttler am Silo zu kontrollieren, gibt es zwei einfache Möglichkeiten: das Messen der Schwingungsbreite und das Messen der Stromaufnahme des Rüttlers. Ist die Schwingungsbreite, gemessen am Rüttler, größer als 1 mm und übersteigt die Stromaufnahme den angegebenen Nennwert, so versetzt der Rüttler die Silowand in zu große Schwingungen. Wenn die Versteifung ausreichend ist, kann die Ursache nur in der zu groß eingestellten Fliehkraft liegen.

Die Schraubverbindungen an den Befestigungen der Rüttler sollten kurz nach der Inbetriebnahme der Rüttler nachgezogen werden.

Die Rüttler dürfen nur eingeschaltet werden, wenn das Schüttgut abfließen kann, da sonst ein unerwünschter Verdichtungsvorgang eintritt. Eine sichere Möglichkeit, um das Verdichten abzuschließen, ist die Kopplung des EIN/AUS Schalters des Rüttlers mit dem Verschluss des Silos. Um Schäden am Silo zu vermeiden, z.B. wenn sich die Rüttlerbefestigung gelockert hat oder Schweißnähte und Versteifungen gerissen sind, sollte jeder Rüttler über einen Motorschutzschalter gesichert sein.

Silos, in denen sich Schüttgüter befinden, dienen nicht in allen Fällen nur der Aufbewahrung, sondern öfter auch dem Transport von Schüttgütern. Beim Transport z.B. in Silowaggons der Bundesbahn wird das Schüttgut durch die Erschütterungen während der Beförderung verdichtet und kann bei hoher Luftfeuchtigkeit zusätzlich noch verkleben. Das führt zu teueren Standzeiten am Zielort, da das Material zuerst mit Brechstangen oder ähnlichem Werkzeug zum Fließen gebracht werden muss. Durch den Einsatz eines Rüttlers wird dieses Problem gelöst. An jedem Waggon wird eine Halterung an der kritischen Stelle angebracht, an der der Rüttler beim Ausladen festgeschraubt wird, damit er den Auslaufvorgang unterstützt.

Eine andere Möglichkeit, Rüttler an Silos einzusetzen, ist die Benutzung von Austragshilfen und Austragsvorrichtungen. Austragshilfen sind Austragsschwingkörbe,  -schwingkreuze oder -schwingroste. Der Vorteil dieser Art des Lösens ist, dass der Rüttler nicht direkt am Silo sitzt, sondern am Schwingkörper.

Austragsvorrichtungen bestehen aus einem Schwingkörper (Konus, Sieb, Rost) und werden durch einen außen angebrachten Rüttler in Schwingungen versetzt. Die gesamte Austragsvorrichtung schließt am Konus des Siloauslaufs an und ist gegenüber dem Silo schwingungsisoliert aufgehängt. Die Austragsvorrichtungen arbeiten als vibrierende Auslauftrichter, sie übertragen die vom Rüttler erzeugte Schwingung über den Rütteleinsatz auf das Schüttgut.

An einer Förderrinne werden unter einem bestimmten Anstellwinkel zwei gegenläufig drehende Außenrüttler angebracht. Der Anstellwinkel entspricht dem Wurfwinkel, der bei der Betrachtung der Förderbewegung wichtig ist. Die beiden Außenrüttler müssen so angebracht werden, dass die Wirkrichtung der Fliehkräfte durch den Gesamtschwerpunkt der Rinne verläuft. Wie Abb. 6 zeigt, entsteht eine resultierende Kraft, die die Rütteleinrichtung (Rinne oder Sieb) auf einer Ebene hin- und herbewegt. Eine Voraussetzung für diese lineare Bewegung ist, dass beide Außenrüttler exakt synchron laufen, wie es die Zeichnung zeigt.

Dazu muss die Rinne (das Sieb) ein allseitig frei bewegliches System darstellen, schwingungsisoliert aufgehängt sein, und beide Außenrüttler müssen schwingungssteif miteinander verbunden sein. Die schwingungsisolierte Lagerung der Rinne wird mit Stahlfedern oder Gummischwungelementen erreicht (weiche Aufhängung wichtig!). Sind diese Bedingungen erfüllt, synchronisieren sich die beiden Außenrüttler beim Lauf aufgrund von Massenwirkungsgesetzen selbständig.

Fördervorgang

Das Schüttgut gelangt jetzt aus einem Sieb, Bunker oder Förderband auf die Förderrinne, die unter dem Einfluss  der Außenrüttler eine lineare Schwingung mit bestimmter Frequenz und Beschleunigung ausführt.

Um den Fördervorgang leichter verständlich zu machen, soll hier ein einzelner Fördergutpartikel betrachtet werden. Die Bewegung des Fördergutpartikels ist in Abb. 42 dargestellt.

Der in die Förderrinne gelangende Fördergutpartikel unterliegt der Beschleunigung a, welche die Rinne durch die Fliehkräfte der Außenrüttler erfährt. Da die Außenrüttler unter einem Anstellwinkel von 25° bis 30° abgebracht sind, wird auch der Fördergutpartikel unter diesem Winkel beschleunigt. In dem Moment, in dem die senkrechte Komponente dieser Beschleunigung (Vertikalbeschleunigung a_v) die Erdbeschleunigung übersteigt, hebt der Fördergutpartikel vom Rinnenboden ab (Lösepunkt L). Er fliegt bestimmte Zeit (t_w) auf einer Wurfbahn und legt eine Wurfstrecke zurück, bis er in der nächsten Schwingungsperiode der Rinne wieder auf dem Rinnenboden auftrifft (Punkt A).

Die so erzeugte Wurfweite und die Größe der Beschleunigung haben wesentlichen Einfluss auf den erzielbaren Fördergutstrom. Der Fördergutpartikel bleibt mit der Rinne solange in Verbindung, bis die senkrechte Beschleunigungskomponente der Rinne wieder größer als Erdbeschleunigung wird.

Dann erfolgt erneut eine Wurfphase. Diese Vorgänge wiederholen sich, bis der Fördergutpartikel die Rinne verlässt. Wegen der kleinen Wurfweiten und der hohen Frequenzen werden die Einzelwürfe vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen. Der Materialfluss erscheint daher wie ein in der Förderrinne kontinuierlich fließender Strom.  Durch verändern der Beschleunigung a und des Anstellwinkels α kann die Fördercharakteristik beeinflusst werden.

Um diesen Sachverhalt zu verdeutlichen, werden zwei Grenzfälle beschrieben. Befindet sich der Auftreffpunkt A des Fördergutpartikels sehr nahe dem unteren Umkehrpunkt, so ist die Rinnengeschwindigkeit niedrig. Es entsteht wenig Reibung zwischen Rinnenboden und Fördergutpartikel. Da t_R groß  ist, wird eine niedrige Fördergeschwindigkeit erzielt, dafür werden aber Rinne und Fördergut geschont.

Trifft dagegen der Fördergutpartikel nahe dem nächsten Lösepunkt L` auf, so ist die Rinnengeschwindigkeit hoch. Deshalb ist die Reibung zwischen Rinneboden und Fördergutpartikel groß. So erzielt man zwar eine hohe Fördergeschwindigkeit, Rinne und Fördergut werden jedoch übermäßig stark beansprucht.

Am günstigsten ist ein Kompromiss, wie ihn Abb. 42 zeigt.

Auswahl der Außenrüttler

Wie die notwendigen Außenrüttler für eine Rinne oder ein Sieb ermittelt werden, zeigt am besten ein Berechnungsbeispiel.

Folgende Daten müssen bekannt sein:

Förderleistung L_F in t/h oder m³/h
Schüttgewicht ρ' in t/m³
Rinnebreite b in m
Rinnenlänge l in m
Rinnenneigung ß in °
Schütthöhe h in m

Für die Schütthöhe h gibt es Erfahrungswerte:

h = 0,1 m bei einer Rinnenbreite bis 0,4 m
h = 0,15 bei einer Rinnenbreite bis 0,6 m
h = 0,2 bei einer Rinnenbreite bis 1,0 m

Daraus werden errechnet:

Rinnenhöhe H

H = h ⋅ 1,30 bis 1,4 in (m)

Fördergeschwindigkeit v (in m/min)

Fliehkraft F_c (in kN)

v =  L_F / ( b ⋅ h ⋅ 60 ⋅ F_w ⋅ F_ß ⋅ F_h ⋅ 0,9)

v   = Fördergeschwindigkeit in m/min
L_F = Förderleistung in m³/h
b   = Rinnebreite in m
h   = Schütthöhe in m
F_w = Faktor für die Förderwilligkeit des Gutes

• 1,0 = sehr gut, z.B. feuchter Sand
•  0,3 = sehr schlecht, z.B. bei staubförmigen, trockenen Materialien wie Zement

F_ß = Faktor für den Neigungswinkel
F_h = Faktor für die Schütthöhe

Die Faktoren F_w, F_ß und F_h sind empirisch ermittelte Werte. Das Ergebnis für die Fördergeschwindigkeit wird mit Tabelle 8 verglichen. v sollte bei der vorher festgelegten Schwingungszahl 3000, 1500, 1000 l/min auf jeden Fall in dem grün unterlegten günstigen Bereich liegen, da die Beschleunigung a den Wert von 60m/s² nicht überschreiten sollte (Zerstörungsgefahr von Rinne bzw. Sieb).

Falls die errechneten Werte für a und v zu groß sind, können Neigungswinkel und Schütthöhe korrigiert werden, bis v und damit a im günstigsten Bereich liegen.

Mit a lässt sich nun die Fliehkraft F_c (in kN) errechnen.

Fc = m ⋅ a / 1000

m = Rinnengewicht + Rüttlergewicht  (geschätzt) + 10-15% des in der Rinne liegenden Fördergutes in kg
a = Beschleunigung in m/s²

Da zwei Außenrüttler wegen der linearen Schwingungen verwendet werden müssen, ist die Fliehkraft pro Außenrüttler F_c /2.
Da nun auch das Gewicht der Außenrüttler bekannt ist, kann nochmals eine Korrekturrechnung mit dem tatsächlichen m durchgeführt werden.

Um eine einwandfreie Funktion der Rinne (oder des Siebes) zu gewährleisten, sind außerdem noch folgende Punkte bei der Konstruktion einer Förderrinne (oder eines Siebes) zu beachten.

• Die vordere und die hintere Aufhängung der Rinne sollten etwa gleich weit vom gemeinsamen Schwerpunkt entfernt, aber möglichst weit auseinander sein.
• Das Verhältnis zwischen Länge und Höhe einer Förderrinne sollte 5:1 betragen.
• Eine weitere Bedingung für die Synchronisation der beiden Außenrüttler ist, dass sie absolut schwingungsfrei miteinander verbunden sind. Auch die Förderrinne muss wegen der dynamischen Belastung extrem steif sein. Damit diese Forderung bei einem akzeptablen Gewicht noch zu erfüllen ist, sind freischwingende Förderrinnen maximal 6m lang.

Schwingsiebe werden zum Aussieben von Schüttgütern verwendet, um z.B. verschiedene Materialgrößen zu trennen, oder zum Entwässern von Kies oder Sand. Die Funktion von Schwingsieben ist ähnlich der von Förderrinnen, jedoch ist der Boden als Sieb ausgebildet. Der Siebboden ist in vielen Formen und Variationen entsprechend dem zu siebenden Material ausgeführt (Rundloch, Spalt, Viereck). Es gibt Siebe mit mehreren, untereinander angeordneten Siebböden, Entwässerungssiebe, Analysiebe u.v.m.

Der Unterschied zum Fördern liegt im Anstellwinkel der Außenrüttler, die wiederum paarweise gegenläufig angebracht sind. Der Anstellwinkel ist beim Sieben steiler, damit der Fördergutpartikel am Ende des Mikrowurfes möglichst senkrecht auf dem Siebboden auftrifft und so ein besserer Durchgang durch das Sieb erreicht wird. Außerdem ist auf diese Weise eine bessere Selbstreinigung des Siebes gegeben, da im Siebloch festsitzende Partikel beim nächsten Wurf besser herausgegeben werden. Der Anstellwinkel sollte beim Sieben ca. 45° betragen. Die Wurfweite muss mindestens der Machenweite des Siebbodens entsprechen.