In der Kombination liegt die Stärke. Ultraschall und Luft unterstützen Feinstsiebung - prozesstechnik online

Ultraschall und Luft unterstützen Feinstsiebung

In der Kombination liegt die Stärke

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Feine Pulver sind schwierig zu sieben. In vielen Fällen reicht ein einzelnes Siebreinigungsverfahren zur Unterstützung des Siebprozesses nicht aus. Werden die beiden Verfahren Ultraschall- und Luftreinigung miteinander kombiniert, lassen sich auch bei kritischen Produkteigenschaften Trennschärfe, Ausbeute und Durchsatz steigern.

Volker Spies

Taumelsiebmaschinen eignen sich gut für die Fraktionierung fein- und feinstkörniger Schüttgüter, da sie mit einer niederfrequenten, produktschonenden Schwingung arbeiten. Die dreidimensionale Siebbewegung lässt sich auf das einzelne Siebgut einstellen, wodurch ein hoher Siebgütegrad erreicht werden kann. Siebreinigungseinrichtungen wie Bälle, Ultraschall oder Luftstrahlen unterstützen den Siebvorgang zudem. Dennoch kann es bei der Fraktionierung besonders siebschwieriger Produkte zu einem Absinken der Durchsätze kommen. Eine kombinierte Siebreinigung aus Ultraschall und Luft kann in diesem Fall die Siebleistung deutlich verbessern.
Luftstrahl wirkt doppelt
Bei einer Taumelsiebmaschine mit kombiniertem Reinigungssystem wird das Siebgut zentral zugeführt und der runde Siebaufbau in eine dreidimensionale Schwingung versetzt. Die Taumelbewegung sorgt über das Zusammenwirken von Exzentrizität sowie radialer und tangentialer Neigung für eine spiralförmige Bewegung des Siebguts. Je nach Anteil der drei Bewegungskomponenten verändert sich die Verweildauer des Siebguts.
Für die Reinigung mit Ultraschall werden von einem Ultraschallgenerator hochfrequente Schwingungen erzeugt und über einen Ringresonator gleichmäßig auf das Siebgewebe geleitet. Die Schwingungen bewirken Beschleunigungswerte von bis zu 15 000 g, sodass selbst starke Haftkräfte zwischen Einzelpartikeln überwunden werden können.
Parallel dazu bläst ein Luftstrahl durch die Siebmaschen nach oben, der kurz oberhalb des Siebs durch die unter dem Siebdeck angeordnete Absaugung wieder umgelenkt und durch das Siebgewebe zurückgeführt wird. Der Luftstrahl wirkt somit doppelt. Beim ersten Durchströmen des Siebs bläst er die Maschen frei und zieht beim zweiten Durchgang feine Partikel mit durch das Siebgewebe. Der Abstand zwischen Luftstrahlaustritt an den rotierenden Düsenarmen und Sieb spielt dabei eine Rolle. Die Überlagerung der beiden Siebreinigungsverfahren Ultraschall und Luft ist am äußeren Rand des Siebeinsatzes besonders wirkungsvoll, denn in diesem Bereich wird das Grenzkorn gesiebt. Die Luft lockert das Siebgut hier sehr wirksam auf und die durch den Ultraschall erzeugten Mikroschwingungen überwinden zusätzlich die Haftkräfte zwischen den Partikeln. Dies führt zu optimierter Trennschärfe bei gleichzeitig erhöhtem Durchsatz.
Die Wirkung des Systems zeigen Testsiebungen mit einem Polyamidpulver, das als siebschwierig gilt. Der Trennschnitt soll bei 63 µm liegen. Das Produkt ist die Feinfraktion, die rund 90 % des Pulvers umfasst, also selbst im theoretischen Idealfall mit einer Ausbeute von max. 90 % abgesiebt wird. Die sehr steile Korngrößenverteilung bedeutet zudem, dass schon geringe Änderungen der Maschenweiten zu großen Fehlkornwerten führen. Eine Siebaufgabe, die bisher sehr schwierig zu lösen war. Das kombinierte System aus Ultraschall und Luftreinigung führte zu einer spürbaren Verfahrensverbesserung.
Die Wirksamkeit des kombinierten Siebreinigungsverfahrens zeigt sich im Direktvergleich aller drei Siebreinigungsverfahren. Versuchsweise wurde das Polyamidpulver nacheinander auf einer Taumelsiebmaschine mit einem Durchmesser von 1200 mm jeweils mit Ultraschall- und Luftsiebreinigung sowie mit kombinierter Ultraschall-Luftreinigung gesiebt. Die Messergebnisse sind in der Tabelle zusammengefasst. Die reine Ultraschallsiebung bei 63 µm ergibt lediglich eine Ausbeute von 50,3 %. Die als Grobgut abgeführte Fraktion besteht zu 90 % aus Produkt, das somit verloren geht. Auch der Durchsatz von 306 kg/h mit Ultraschalleinsatz ist nicht optimal. Mithilfe der Luftreinigung steigt die Ausbeute dank des im Filter abgeschiedenen Anteils immerhin auf 58,3 %. Der Durchsatz erreicht jedoch nur 277 kg/h. Das Grobgut besteht zu 78 % aus Produkt. Die Kombination der beiden Siebreinigungsverfahren als Ultraschall-Luftreinigung führt zu einem Leistungssprung. Die Ausbeute im Anwendungsbeispiel beträgt 83,8 % und liegt damit um 65 % über der Ausbeute beim reinen Ultraschallverfahren bzw. um 43 % über der Ausbeute, wenn nur per Luftstrahl gereinigt wird. Der Durchsatz erhöht sich auf 515 kg/h. Er liegt damit um 68 bzw. 86 % über den Werten der jeweiligen einzeln angewandten Ultraschall- oder Luftreinigung. Die im Technikum ermittelten und hier dargestellten Messwerte wurden in der für dieses Produkt realisierten Produktionsanlage sogar noch übertroffen.
Sichtertrennung ersetzen
Weitere Versuche haben gezeigt, dass sich mit dem kombinierten Siebreinigungsverfahren in der Feinstsiebung ganz neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Produkte, die in der Vergangenheit nur aufwändig und mit hohen Kosten über Sichter getrennt werden konnten, lassen sich jetzt wirtschaftlich über Taumelsiebmaschinen mit Ultraschall-Luft-reinigung mit genau definiertem Trennschnitt selektieren. Mit dem kombinierten Verfahren können viele Produkte über sehr feine Maschenweiten, beispielsweise von 0,032 mm, gesiebt werden. Haupteinsatzbereich dieser Siebreinigungstechnologie sind vor allem Kunststoffe wie PA, PE, HDPE, PVC, PP, PS, EPS, CMC, Cellulose sowie Pulverlacke, Toner, Wachs, Metalle, Perlite, Silizium, Schleifmittel, Koks, Gips, Quarzsand, Emailpulver, Stärke, Reismehl und weitere Pulver. Die Wirkungsweise des Verfahrens für das einzelne Produkt kann in Technikumsversuchen festgestellt werden. Bestehende Taumelsiebmaschinen lassen sich leicht nachrüsten. Sind diese bereits mit einer Luftreinigung ausgestattet, können sie ohne weiteres mit einer entsprechenden Ultraschallreinigung kombiniert werden.
cav 434

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