Know-How Center Fördern und Sieben

Wirkungsweise der Außenrüttler

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.

Abb. 41: Förderrinne

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).

Abb. 42: Beschreibung der Flugbahn eines
Fördergutpartikels (Wurfparabel)

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.

Abb. 43: Beispiele für Mikrowürfe

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.

a	av	α°	v in m/min bei			s in mm bei			Bemerkung
			n = 1000	n = 1500	n = 3000	n = 1000	n = 1500	n = 3000
15 20 25 30 35	12,6 14,6 16,4 17,7 19	57 47 41 36 33	4,18 8,42 12,6 16,4 21	1,86 3,74 5,6 7,28 9,35	0,93 1,87 2,8 3,64 4,68	2,7 3,6 4,5 5,4 6,3	1,2 1,6 2 2,4 2,8	0,3 0,4 0,5 0,6 0,7	v klein. Anwendung, wenn kleine Leistung genügt oder nicht genügend Fliehkraft vorhanden ist. Fördergut wird geschont, geringer Rinnenverschleiß
40 45 50	20,5 21,5 22,7	31 28,5 27	26,1 29,8 34,2	11,6 13,24 15,2	5,8 6,62 7,6	7,2 8,1 9	3,2 3,6 4	0,8 0,9 1	Günstigster Anwendungsbereich
60 80	25,4 30	24 22	42,6 -	18,96 26,82	9,48 13,41	10,8 14,4	4,8 6,4	1,2 1,6	v groß. Rinnenbe-anspruchung und a sehr hoch, hoher Rinnen-Verschleiß
a = Beschleunigung in m/s2 av = Vertikalbeschleunigung in m/s2 α = Anstellwinkel in ° v = Fördergeschwindigkeit in m/min s = Schwingungsbreite

Tabelle 8: Nach der Berechnung von v und α im günstigen Bereich aus.