Vibrationswendelförderer für Schüttgüter

Die in der mechanischen und thermischen Verfahrenstechnik zunehmend eingesetzten schwingenden Wendelförderer nutzen die Möglichkeit, ein Schüttgut mit Hilfe von Mikrowurfbewegungen auf einer schiefen Ebene aufwärts zu fördern. Anders als bei linearen Schwingförderern verläuft die Förderbahn des Wendelförderers jedoch nicht gerade, sondern schraubenförmig. Dementsprechend werden unter einem bestimmten Anstellwinkel Drehschwingungen um die Mittelachse des Wendelturms eingeleitet. Das Fördergut bewegt sich dann auf einer schraubenförmigen Bahn nach oben. Während bei linearen Schwingförderern die auf das Fördergut einwirkende Beschleunigung normalerweise an jedem Punkt des Förderbodens gleich ist, verhält sich die Größe der Beschleunigung beim Wendelförderer proportional zum Bahnradius. Die Betriebsverhältnisse werden also von den Förderbedingungen am Innenradius der Wendelbahn, d.h. in der Zone mit der größten Steigung und der geringsten Beschleunigung, entscheidend bestimmt.

Bild 1: Wendelförderer in der Endmontage

Bei der theoretischen Betrachtung der dynamischen Verhältnisse treten anstelle von Masse und Beschleunigung beim Linearförderer Trägheitsmoment und Winkelbeschleunigung beim Wendelförderer. Die Auslegung hochbelasteter Bauteile wird mit rechnerischen Spannungsanalysen nach der Finite-Elemente-Methode überprüft. Im Bild 3 ist die modellierte Struktur eines Wendelförderers dargestellt. Die Dimensionierung richtet sich nach dem geforderten Massenstrom, der benötigten Wärmetauscherfläche bei prozeßtechnischen Anwendungen sowie der vorgegebenen oder zur Verfügung stehenden Förderhöhe. Konstruktive Beachtung muß vor allem der Torsionsfestigkeit und Biegesteifigkeit des Wendelturms gelten. Die gebräuchlichen Ausführungen bewegen sich in einem Bereich zwischen 500 und 1500 mm Durchmesser und Förderhöhen zwischen 1 und 7 m. Bei einem Durchmesser von 1500 mm sind Massenströme bis zu etwa 30 m³/h möglich. Die Bedeutung des Wendelschwingförderers in der modernen Schüttguttechnik beruht zum einen auf der reinigungsfreundlichen und hygienischen Betriebsweise und zum anderen auf der einfachen Verknüpfung des Fördervorgangs mit verfahrenstechnischen Wirkungen.

Bild 3: Strukturmodell eines Wendelförderers

Bild 2: Wendelförderer 1400 mm in der Fertigung

Da für Aufgaben der Prozeßtechnik, z.B. für die Trocknung oder Kühlung von Schüttgütern, relativ große Austauschflächen auf einer kleinen Grundfläche realisiert werden können, liegt hier ein bedeutendes Anwendungsgebiet der Wendelschwingförderer. Im Unterschied zu Wendelförderern für reine Förderaufgaben besitzen Wendelförderer für thermische Prozesse Förderböden, die als Wärmetauscherplatten ausgeführt sind. Die Wärmetauscherböden werden aus zwei Blechen von meist unterschiedlicher Wanddicke hergestellt, die durch rasterförmig gesetzte Schweißpunkte miteinander verbunden sind. Der durch je eine innere und äußere umlaufende hermetisch abgedichtete Zwischenraum wird durch einen hydraulisch erzeugten hohen Druck kissenförmig aufgewölbt, so daß durch den so entstandenen druckfesten Kanal ein Wärmeträgermedium geleitet werden kann. Eine besondere Bedeutung bei der Herstellung der Wärmetauscherböden hat heute das Laserschweißverfahren erlangt. Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber der früher meist angewendeten Widerstandsschweißung (Rollnaht- oder Punkt-schweißung) besteht vor allem darin, daß die Nahtoberfläche um die kreisförmigen sogenannten Kissenfestpunkte sich auch nach dem Aufpumpen ohne Kerben darstellt und somit erheblich beständiger gegen Spaltkorrosion ist als eine Widerstandsschweißverbindung. Bild 2 zeigt die Unterseite von lasergeschweißten Wärmetauscherböden. Als Wärmeträger sind je nach Aufgabenstellung Wasser, Dampf oder Thermoöl gebräuchlich. Der Vollständigkeit halber ist noch darauf hinzuweisen, daß geringfügige Kühl- oder Trocknungseffekte auch ohne Wärmetauscherböden, d.h. durch reine Konvektion oder durch Aufblasen von Luft auf den Produktstrom möglich sind. Maßgeblichen Einfluß auf die Dimensionierung der benötigten Wärmetauscherfläche hat neben der spezifischen Wärmekapazität und der zu erzielenden Temperaturdifferenz des Produktes der mögliche Wärmetransport innerhalb der Produktschicht und zwischen Schicht und Wärmeträger. Die hierfür anzusetzende Wärmeübergangszahl ist von der Korngrößenverteilung und der Schichthöhe abhängig, so daß häufig auf eine experimentelle Ermittlung nicht verzichtet werden kann. Die Bestimmung der Wärmedurchgangszahl ist auf isolierten Testförderern mit großer Genauigkeit möglich.

Bild 4: Kühlwendelförderer in einer Kunststoff-Fabrik

Der Einsatz von Vibrations-Wendelförderern gehört in zahlreichen Industriebereichen zu den Standardlösungen bei der Schüttgutbehandlung. Kunststoffgranulate, Kautschukgranulate, chemische und pharmazeutische Vor- und Zwischenprodukte, Metallsalze, Schweißpulver, Glasgemenge, Katalysatoren, Schleifmittel und Asche sowie Milchpulver, Pulverkaffee, Tee, Nüsse, Nährmittel und Zerealien werden gefördert, getrocknet und gekühlt. Wegen der Vielfalt der Produkte und deren Eigenschaften erfolgt die Auslegung fast grundsätzlich projektbezogen, wobei selbstverständlich standardisierte Abstufungen der Wendeldurchmesser berücksichtigt werden. In Bild 1 sind fünfzehn Kühl- und Trocknungswendelförderer verschiedener Durchmesser und Höhen während der Endmontage zu sehen. In zahlreichen Anwendungsfällen wird eine staubdichte oder sogar gasdichte Ausführung des Wendelturms gefordert. Hierfür gibt es erprobte Lösungen wie zum Beispiel mitschwingende, schnell abnehmbare Mäntel aus Metall oder Gummi oder feststehende Gehäuse mit den benötigten Inspektions- und Reinigungsöffnungen. Bild 5 und 6 zeigen verschiedene Ausführungsarten. Für sehr kleine Massenströme werden auch Wendelförderer mit rohrförmigem Förderquerschnitt gebaut. Weitere Sonderausführungen sind mehrbahnige Wendelförderer und solche mit integrierten Siebstrecken. Abschließend ist noch zu erwähnen, daß Wendelförderer selbstverständlich auch für die Förderung von oben nach unten ausgelegt werden können. Hiervon macht man bei der schonenden Abwärtsför-derung von Schüttgütern oder bei der thermischen Behandlung von Produkten mit geringer Förderwilligkeit Gebrauch.

Bild 5: Staubschutzverkleidung, bestehend aus Elementen aus Edelstahlblech

Bild 6: Wendelförderer mit Staub- und /Schallschutzgehäuse. Das Gehäuse besteht aus zwei an Laufschienen beweglichen Hälften, die im Reinigungsfall auseinander gefahren werden können.