Beschreibung

Taumelsiebmaschine, Allgaier, www.allgaier.de

Sieben ist eine wesentliche Grundoperation der mechanischen Verfahrenstechnik. Nahezu alle Schüttgüter werden bei ihrer Herstellung oder Verarbeitung gesiebt, d.h. nach ihrer Korngröße klassiert. Oft ist die Siebung ein für die Qualität des Endprodukts außerordentlich wichtiger Verfahrensschritt.

Insbesondere im Bereich kleiner sowie auch im Bereich mittlerer Korngrößen haben sich heute Taumelsiebmaschinen als Standardmaschinen für das Siebklassieren durchgesetzt. Aufgrund vielfältiger Einstellmöglichkeiten lassen sich mit ihnen die verschiedensten Produkte wirtschaftlich und gleichzeitig mit hoher Güte klassieren.

Wesentliche Kennzahlen der Siebung im industriellen Einsatz sind die erzielbare Leistung, d.h. der maximal mögliche Aufgabemassenstrom, sowie die Siebgüte. Die Siebgüte wird dabei meist anhand des Fehlkorngehalts der einzelnen Fraktionen, üblicherweise in Über- und Unterkorn aufgeschlüsselt, sowie als einzelne Kennzahl für den Klassiervorgang in einer Siebmaschine beurteilt.

Die Auswahl einer geeigneten Siebmaschine und das Auffinden optimaler Prozess- und Einstellparameter entspricht einer Mehrkriterienoptimierung, bei der sich die oben angeführten Zielgrößen meist gegenläufig verhalten. Üblicherweise werden vom Anwender Grenzwerte für die Zielgrößen vorgegeben, innerhalb denen der Siebvorgang optimiert werden soll. Im industriellen Bereich wird dieses Optimierungsproblem durch Siebversuche im Technikumsmaßstab gelöst.

Die Simulation des Siebvorgangs basiert auf der Diskrete Elemente Methode. Dabei wird die Bewegungsgleichung für jedes in der Maschine befindliche Partikel aufgestellt und numerisch integriert. Die Interaktionen der Partikel werden durch problemangepasste Kraftgesetze im Sinne eines Penaltyansatzes beschrieben.

Sowohl die Taumelsiebmaschine als auch das Siebgewebe werden mit Oberflächenelementen beschrieben. Ein wesentliches Element des Simulationsansatzes ist die realitätsnahe Modellierung des Siebgewebes aus sinunsförmig gewobenen Drähten. Zur Verringerung der Rechenzeiten unter Beibehaltung der komplexen Modellierung des Siebgewebes wird ein hierarchischer Ansatz eingeführt. Das Siebgewebe wird aus einzelnen Knoten durch replizierte Geometrie wiederhergestellt. Die Transformationen der Oberflächenelemente der Drähte werden nur dann durchgeführt, wenn Partikel mit dem Hüllvolumen eines Knotens interagieren, wodurch die Rechenzeiten wesentlich verkürzt werden.

Die Simulationsergebnisse zeigen eine gute qualitative und quantitative Übereinstimmung mit experimentellen Untersuchungen. Um den Versuchsaufwand zu reduzieren oder die Weiterentwicklung der Siebmaschinen voranzutreiben, können Anhaltswerte für das Verhalten eines Schüttguts bei der Siebung sowie für geeignete Maschineneinstellungen aus den Simulationen gewonnen werden.

Simulationsvideo

Ansprechpartner

• Dipl.-Ing. Christian Ergenzinger