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Vertikalförderung von Schüttgütern

In den Aufbereitungsanlagen für Kies und Sand und in noch größerem Umfang in Schotterwerken ist die Vertikalförderung des Aufbereitungsgutes eine für den Prozeß unentbehrliche Funktion.

Da wesentliche Prozeßschritte, wie das Brechen, Sortieren, Waschen und Entwässern, unter einer durch die Schwerkraft des Materials angetriebenen Fließbewegung vor sich gehen, muß das Material zunächst auf die dafür benötigte Ausgangshöhe angehoben werden. Bei einer entsprechenden Zahl von Aufbereitungsschritten kann das auch mehrfach hintereinander erforderlich sein. Während der Aufbereitungsprozesse ist dann das Material nur noch zu dosieren, um den Maschinen die jeweils richtige Menge der Rohstoffe aufzugeben. Hierzu werden überwiegend Schubwagen, Schneckenförderer und Zellenradschleusen verwendet.

Als Vertikalförderer hat das Becherwerk auch heute noch große Bedeutung. Diesem Fördermittel ist jedoch ein Systemsubstitut durch den Gurtförderer erwachsen, der vom Ursprung her ein Horizontalfördermittel ist, in ansteigender Anordnung zusammen mit der horizontalen Weg komponente aber auch eine vertikale überwindet. Aus diesen bei den klassischen Fördermitteln wurden weitere Formen abgeleitet – in der Praxis trifft man heute auf Glattgurtförderer, Steilgurtförderer, Senkrecht-Gurtförderer und Becherwerke. Ein neuartiges kombiniertes Vertikal-Horizontal-Fördermittel ist der Pocketlift, der speziell für große Hubhöhen in Betracht kommt.


Bandförderer

Förderbänder in üblicher Form, mit glatten, unter 30° gemuldeten Gurten bei bis zu 800 mm Breite sind das in der Zuschlagstoff-Produktion bevorzugte Höhenfördermittel. Der Hauptgrund hierfür liegt in den geringeren Anschaffungs- und in den relativ niedrigen Verschleißkosten. Infolge der Abhängigkeit vom Schüttwinkel der Materialien, ist der Steigungswinkel von Gurtförderern aber auf ca. 18" begrenzt. Um mit einem Steigband 1 m Höhenunterschied zu überwinden, werden 3,24 m Förderer-Baulänge und 3,08 m überbaubare Länge am Boden benötigt. Das erstgenannte Maß schlägt sich in Anlagen-Anschaffungskosten nieder, das zweite hat Bedeutung hinsichtlich des Platzbedarfs.

Der Zwang, mit der Gewinnung von Höhe horizontale Distanz überwinden zu müssen, um z. B. von der Austraghöhe des Primärbrechers auf die Aufgabehöhe der auf den Vorsilos der Nachbrechanlage angeordneten Siebmaschine zu kommen, hat zu der heute oft anzutreffenden Dreiteilung von Schotterwerksanlagen geführt.

Von der Vorbrechanlage führt ein Steigband auf das Sieb vor dem Nachbrecher, das zusammen mit den Vorsilos und den Brechern der Sekundär- und Tertiärstufe baulich eine Gruppe bildet. Von der Nachbrechstation führt ein weiteres Band mit ähnlicher Distanz auf die Siebe über der Schotter/Splitt-Silogruppe, während ein entgegengesetzt ansteigendes Band das Kreislaufmaterial und weiter herunter zu brechende Produktkörnungen wieder dem Nachbrecherhaus zuführt. Dort, wo die durch diese Distanzen benötigte Weiträumigkeit des Anlagen-Areals nicht zur Verfügung steht, kann es erforderlich sein, die Nachbrechstation und die Fertigprodukt-Silogruppe näher aneinanderzurücken. Häufig werden Tertiär- und, wo vorhanden, Quartärbrecher, auch abseits des Sekundärbrechers, nämlich in der Nähe der Schottersilos untergebracht, etwa wenn vorgesehen ist, Schotterkörnungen zu Edelsplitt weiterzuverarbeiten. Bei den dann geringen Entfernungen würde die direkte Verbindung zwischen dem Austrag und dem nächsten Aufgabepunkt mittels eines einzelnen Bandes einen zu , großen Steigungswinkel zur Folge haben. Die übliche Lösung besteht stattdessen im Einbau einer sogenannten Bandschere - ein Steigband führt von der Anlage weg "ins Gelände" und übergibt an einem Umkehrpunkt an ein zweites Band, welches zur Anlage zurückkehrend den Rest der Höhendifferenz überwindet. Diese Lösung ist um eine zweite Gurtförderer-Antriebs- und Spannstation und den Umkehrturm mit Übergaberutsche oder Vibrationsaufgeber aufwendiger, was bei der Entscheidung für Gurtförderung oder Becherwerk zu berücksichtigen ist.

Als weitere Alternative verdient die Förderung mit Steilfördergurten Beachtung. Diese mit Noppen, Rippen oder Stollen besetzten Muldengurte lassen Bandsteigungen bis zu 30° zu.

Eine jüngere Neuentwicklung auf diesem Gebiet ist ein von Svedala herausgebrachter U-Stollen-Gurt mit 35 mm hohen Gurtstollen, der sich auch für die steile Förderung von Schotterkörnungen eignet (Abb. 2).

Trellex Stollengurt (Foto Svedala)
Trellex Stollengurt (Foto Svedala)

Wegen der unvermeidlichen Gurtstreckung beim Umlauf um Trommeln müssen mit zunehmender Systemhöhe des Gurtes größere Trommeldurchmesser angewandt werden, was aus konstruktiven Gründen und unter Kostengesichtspunkten jedoch unerwünscht ist. Bei dem neuen Stollengurt gelang es durch eine geeignet Form der Stollenunterbrechung, den erforderlichen Durchmesser von Antriebs- und Umkehrtrommeln auf weniger als 300 mm zu begrenzen.


Flexowell-Fürdersystem

Läßt sich auch mit Steilfördergurten eine Lösung nicht realisieren, bleibt nur der Übergang auf die Senkrechtförderung, die aber gleichfalls mit Hilfe von Fördergurten möglich ist. Die hierfür bekannt gewordenen Flexowellgurte von Trellex bestehen aus einem quersteifen Basisgurt mit Gewebeoder Stahlseilarmierung und beidseits aufvulkanisierten Wellenkanten aus verstärktem Kautschuk sowie quer angeordneten Stollen (Abb. 3).

Fördersystem Flexowell (Foto Treller)
Fördersystem Flexowell (Foto Treller)

Letztere sind gleichfalls auf dem Basisgurt aufvulkanisiert und mit den Wellenkanten verschraubt. Ursprünglich für die steile Förderung gedacht, wurde der Flexowellgurt im Zuge der Weiterentwicklung für die Senkrechtförderung tauglich gemacht. Wellenkanten und Querstollen werden mit Höhen von 40 bis 630 mm ausgeführt, wobei die Stollen auch in einer in Förderrichtung gekrümmten Form angewendet werden. Gurt, Seitenkanten und Stollen bilden auf diese Weise Taschen mit einem Querschnitt ähnlich dem von Becherwerksbechern. Eine besondere Eigenschaft dieses Fördermittels liegt darin, daß der Gurt von der Horizontalen bis zur Vertikalen durch alle Lagen geführt werden kann und damit Übergaben zwischen Waagerechtund Senkrechtförderern überflüssig macht. Auf den senkrechten Strecken wird der Gurt freihängend - nur durch Seitenführungsrollen in größeren Abständen stabilisiert - gezogen. Einsetzbar auch für sehr große Förderhöhen von weit über 100 m, laufen Flexolift-Anlagen mit Förderleistungen bis zu mehreren tausend Tonnen pro Stunde.


Becherwerke



Abb. 4: Förderung mit Becherwerken (Prinzipzeichnung Bleichert & Rohr)
Abb. 4: Förderung mit Becherwerken (Prinzipzeichnung Bleichert & Rohr)

Becherwerke (Abb. 4) dienen zur Senkrechtförderung von Schüttgütern verschiedenster Art wie Zement, Sand, Kies, Splitt, Schotter, Kohle, Schlacke usw. bei geringem Platzbedarf. Sie sind als Rundglieder-Kettenbecherwerke, Laschenketten-Becherwerke und als Gurtbecherwerke bekannt. In jüngerer Vergangenheit dazu gekommen sind Traktorketten-Becherwerke.

Moderne Becherwerke zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade und vergleichsweise niedrigen Bedarf an Antriebsleistung aus, insbesondere wenn die Aufgabestelle so ausgebildet wird, daß die Becherbefüllung überwiegend durch fallendes Gut erfolgt und der Schöpfleistungsanteil dadurch reduziert werden kann. Kettenbecherwerke, die mit Bechern nach DIN 15233 und DIN 15234 bei Becherbreiten bis 1600 mm für grobes Haufwerk eingesetzt werden, laufen mit Fördergeschwindigkeiten zwischen ca. 0,9 und 1,5 m/sec und erreichen bei einem Becherfüllungsgrad von 75 % Förderleistungen bis zu etwa 600 m/h. Über diese DIN-Bechervverke hinaus sind Hochleistungs-Kettenbecherwerke entwickelt worden, die durch vergrößerte Becherinhalte und verkürzte Becherabstände bei gleichen Becherbreiten und Fördergeschwindigkeiten nahezu doppelt so große Förderleistungen wie die DIN-Becherwerke erbringen können.

Die zweite geläufige Ausführungsform des Becherwerkes ist das Gurtbecherwerk, bei dem die Becher an einem Gummigurt befestigt sind.

Gegenüber den Kettenbecherwerken zeichnen sich Gurtbecherwerke durch ihren geräuscharmen Lauf, den geringeren Bedarf an Antriebsleistung und die bei gleicher Becherbreite bedeutend höhere Förderleistung aus. Weitere Vorteile liegen im geringen Verschleiß des Zugorgans und im höheren mechanischen Wirkungsgrad. Gurtbecherwerke laufen mit Geschwindigkeiten bis ca. 1,6 m/s. Für eine Anlage mit 1600 mm breiten Normbechern, die bei einem Füllungsgrad von 75 % 150 l fassen, wird die Förderleistung mit knapp 800 ml/h angegeben.

Noch deutlicher ist der Unterschied bei Hochleistungs-Gurtbecherwerken. Sie stellen die bevorzugte Bauform für große Förderleistungen und Hubhöhen bis über 120 m dar.

Wiederum durch den größeren Becherinhalt, höhere Fördergeschwindigkeit und kleinere Becherabstände werden Leistungen nachgewiesen, die bei 1600 mm Becherbreite über 1500 ml/h hinausgehen. In der Zementindustrie findet man Gurtbecherwerke für die Förderung von Rohmehl und Zement. Abbildung 1 zeigt eine Anlage mit 102 m Hubhöhe für die Befüllung von Zementsilos in einem norddeutschen Zementwerk. In Abbildung 5 sind drei Becherwerksköpfe für Zementbecherwerke in einer modernen, leicht bauenden Konstruktion wiedergegeben.



Abb. 5: Becherwerkskörper in leichter Bauweise (Foto Möllers)
Abb. 5: Becherwerkskörper in leichter Bauweise (Foto Möllers)

Sofern in der Aufbereitung von Kies und Sand Becherwerke eingesetzt werden, sind das für Körnungen unter 22 mm auch überwiegend Gurtbecherwerke, weiche in Schotterwerken gleichfalls den Vorrang genießen, soweit es um Splittkörnungen geht.

Für die groben Schotterkörnungen werden vorzugsweise Kettenbecherwerke eingesetzt. Das Becherwerk mit Zentralkette (BW-Z) zeichnet sich durch eine hohe Förderleistung aus, die durch eine dichte Becherfolge und Becher bis zu 1100 mm Breite erreicht wird.

Charakteristisches Merkmal dieses Becherwerkstyps ist die geschmiedete Zentralkette, an der die Becherbefestigung über Winkelhalter vorgenommen wird (Abb. 6).

Abb. 6: Becherwerkskopf (Foto Aumund)
Abb. 6: Becherwerkskopf (Foto Aumund)

Dieses System reduziert Vibrationen und verhindert so Rißbildungen an Becherwänden und Schweißnähten. Die Kraftübertragung erfolgt - verschleißmindernd - über ein unverzahntes Antriebsrad durch Reibschluß. Symmetrisch gestaltete Laschen erlauben die Nutzung der Buchsen auf beiden Seiten, wodurch die Kettenstandzeit deutlich verlängert wird. Die Wartungsarbeiten werden durch den serienmäßig installierten Kriechgang erheblich vereinfacht und können sicherer ausgeführt werden.


Einsatzbeispiel

Zwei Förderer dieser Bauart sind in einem schwäbischen Kalkstein-Schotterwerk eingesetzt, das 1997 in Betrieb gegangen ist und dessen Fließschema in Abbildung 7 dargestellt ist.

Abb. 7: Verfahrensfließbild (Zeichnung Svedala)
Abb. 7: Verfahrensfließbild (Zeichnung Svedala)

Dieses Werk gliedert sich oberhalb der Vorbrechstufe in Vorsieb-, Schotter- und Edelsplittanlage. Die Edelsplittproduktion beginnt mit der Zerkleinerung des Kalksteins in einer Feinprallmühle, die aus einem 230 m3 großen Vorsilo beschickt wird. Vormaterial sind das in der Schotteranlage abgesiebte Überkorn 56/x und die nach Wahl zudosierbaren Schotterkörnungen 16/22 bis 45/56 mm. Außerdem läuft das Edelsplitt-Überkorn 22/x in geschlossenem Kreislauf in den Silo zurück. Zusammen mit den sieben Schottersilos wurde der Vorsilo in einer zweireihigen Gruppe angeordnet.

Nachdem durch die bauliche Anordnung der über Steigbänder beschickten Vorsieb- und Schotteranlage die Silogruppe dicht an die Werksgrenze geraten war, kamen sowohl für die Silobefüllung als auch für die Beschickung der Edelsplittsiebe nur Becherwerke in Betracht, für die Traktorketten-Becherwerke der Bauart Aumund gewählt wurden. Der in den Mühlensilo austragende Förderer mit 400 mm breiten Bechern hat 21 m Hubhöhe und ist auf 150 t/h ausgelegt.

Abb. 8: Vorsilo der Edelsplittanlage (Foto Svedala)
Abb. 8: Vorsilo der Edelsplittanlage (Foto Svedala)

Das auf die Siebe fördernde Becherwerk mit 355 mm breiten Bechern (Abb. 8, siehe Pfeil) überwindet 26,5 m Höhendifferenz und fördert 125 t/h. Die Antriebsleistungen betragen 18,5 bzw. 22 kW. Ein drittes Becherwerk wurde für die Befüllung des 250-m3-Silos der Natursand-Zudosier-Anlage aufgestellt; ein Gurtbecherwerk mit ca. 25 m Achsabstand, das etwa 30 m3/h fördert und 15 kW Antriebsleistung hat.


Steilfördersystem "Pocketlift"

Auf der Technologie der Wellkantengurte sowie Hochleistungsbecherwerke aufbauend wurde das Steilfördersystem "Pocketlift" entwickelt (Abb. 9).

Abb. 9: Umlenk- und Spannstation des Pocketlift (Foto Svedala)
Abb. 9: Umlenk- und Spannstation des Pocketlift (Foto Svedala)

Zwei schmale Stahlseilgurte sind durch stabile dreieckförmige Querträger verbunden. Die Stahlseilgurte dienen lediglich der Kraftübertragung. An den stahlarmierten Querträgern, welche die Gurtführung übernehmen, sind die gewebearmierten Gummitaschen angeschraubt, die einzeln ein- und ausgebaut werden können. Diese Taschen nehmen das zu fördernde Material auf. Wegen der besonderen Formgebung sind an den Taschen keine Gelenke erforderlich.

Umlenkungen der Stahlseilgurte sind nach beiden Seiten möglich, so daß C- und S-förmige Steilförderanlagen ebenso installiert werden können, wie Förderanlagen mit beliebig einstellbaren Förderwinkeln. Die Geschwindigkeit des Förderstranges erreicht bis zu 6 m/s. Die Aufgabe des Fördergutes erfolgt am Fuße der Anlage, wobei die Taschen mit frei fallendem Material gefüllt werden; sie müssen nicht schöpfen. Damit wird erreicht, daß der Verschleiß gering bleibt und der von der Fördereinrichtung abgestrahlte Schalldruckpegel sehr niedrig ist. Zusätzliche Aufgabestellen können an beliebigen Punkten eingerichtet werden, wenn der Förderer hier horizontal geführt ist. Hiermit kann der "Pocketlift" die Aufgabe eines mehrere Bruchsohlen überspannenden Sammelförderers übernehmen. Die Leistung dieses Systems erreicht bei einer Anlage vom Typ ST 4500 bei einer Förderhöhe von 100 m eine Fördermenge von 3000 t/h, bei 200 m Förderhöhe beträgt die Leistung noch 1500 t/h.


Neues Drehstrom-Antriebskonzept

Mit den Siemens-Drehstrom-Antriebssystemen "Simovert" ist es jetzt sowohl im Niederspannungs- als auch im Mittelspannungsbereich möglich, die Fördergeschwindigkeit einer Bandanlage an die betriebsbedingte Logistik anzupassen und dabei Energie zu sparen (Abb. 10). Bisher wurden Schleifringläufer-Antriebe eingesetzt.



Abb. 10: Bandanlage mit Drehstrom-Antriebssystem Simovert (Foto Siemens)
Abb. 10: Bandanlage mit Drehstrom-Antriebssystem Simovert (Foto Siemens)

Heute haben die Betreiber den Wunsch, die Fördergeschwindigkeit ihrer Bandanlagen entsprechend der betriebsbedingten Logistik anpassen zu können. Mit der Transvektor-Regelung der Simovert-Drehstromantriebe ist eine gezielte Vorgabe von Motormoment und Drehzahl möglich. Die Bandregelung liefert entsprechend der Bandbeladung den Geschwindigkeitssollwert, dämpft gegebenenfalls auftretende Drehzahlpendelungen bei zwei an einer Antriebstrommel arbeitenden Motoren und sorgt für den Lastausgleich bei ungleichem Durchmesser der Antriebstrommeln.

Damit hat die geregelte Bandanlage gegenüber der von einem Schleifringläufer angetriebenen Variante u. a. den Vorteil, daß der Betreiber durch die fördervolumenabhängige Bandgeschwindigkeit, den Wegfall der Dauerschlupfstufe und der Gleichstrombremssysteme Energie sparen kann. Außerdem lassen sich die Bandstrecken aufgrund der lastunabhängigen Hochlauf- und Stillstandzeiten simultan anfahren und bremsen.

Möglich ist auch eine an den Betrieb angepaßte Bandgeschwindigkeit zur Gurtinspektion. Die Drehzahlregelung sorgt dafür, daß sich die Bandanlage schlupffrei anfahren und bremsen läßt. Mit dem geregelten Momentenaufbau bzw. -abbau lassen sich Momentensprünge vermeiden.

Gurtschwingungen können durch ruckfreies Anfahren und Bremsen mit diesem Antriebskonzept verhindert werden.

Der Wartungsaufwand reduziert sich wegen des Wegfalls von Bürsten und längerer Standzeiten der mechanischen Gewerke, wie Gurte, Trommelbeläge, Bremsen und Lager. Zudem verringert die geregelte Bandanlage die Betriebs-, Wartungs- und Instandhaltungskosten, was zusätzlich die Transportkosten für die Schüttgüter senkt.





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