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Siebbeläge aus Draht und ihr Einsatz auf Vibrationsmaschinen

Einführung

Der Text gibt eine Zusammenfassung der gebräuchlichen Siebbeläge aus Draht für die Aufbereitung von Schüttgütern (Klassierung) auf Vibrationsmaschinen.

Es werden gewebte Siebe mit quadratischen und anderen Öffnungen behandelt, auf bestehende Normen wird hingewiesen und ihre speziellen Eigenschaften aufgezeigt. Die Wirtschaftlichkeit der Siebe hängt stark von der Auswahl des richtigen Siebes für eine gegebene Trennaufgabe und die Lebensdauer von der Wahl des Grundwerkstoffes und der Befestigung des Siebes auf der Siebmaschine ab. Siebauswahl, Drahtqualität (Federstahldraht unlegiert und rostfrei), diverse Befestigungsmöglichkeiten (gespannte und ohne Spannung niedergehaltene Siebe) und die häufigsten Fehler werden besprochen.

Vorzeitiger Siebverschleiß kann seine Ursachen in der Siebmaschine, dem Siebbelag, der Befestigung, der Beschickung haben.

Der überwiegende Teil der Siebbeläge wird aus Draht hergestellt. Die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten, die der Draht bietet, prädestinieren ihn für diese Aufgabe.

Was verlangt man vom Material Draht in der Aufbereitungstechnik?

  1. Hohe Verschleißfestigkeit
  2. Hohe Schwingfestigkeit und Elastizität
  3. Große Zugfestigkeit für die Aufnahme hoher Spannkräfte
  4. Hohe Dehnung und geringe Kerbempfindlichkeit für die Verarbeitung
  5. In bestimmten Fällen eine blanke, glatte Drahtoberfläche

Die Eignung eines Drahtes für Siebzwecke hängt nicht allein von der Zugfestigkeit oder Härte ab, es müssen alle genannten Komponenten optimal zusammenwirken.

Die Zugfestigkeiten liegen je nach Durchmesser (die höheren Werte gelten für die kleineren Durchmesser) zwischen 2000 und 1100 N/mm2.

Wenn feuchtes oder nasses Gut abgesiebt wird, wird Wert auf eine anhaltend glatte Oberfläche gelegt (siehe Punkt 5 oben). Hierfür verwendet man hochverschleißfeste Edelstahldrähte aus 18/8 Cr Ni-Stahl (W.-Nr. 1.4301) mit den vorher genannten Festigkeiten. Der Vorteil dieser Drähte liegt in der Verringerung der Verstopfungsgefahr. Bei Verwendung von unlegiertem Draht für die Siebbeläge führt das feuchte Gut zu Korrosion und dadurch zu einer rauhen Drahtoberfläche. Die Feinanteile haften an der rauhen Oberfläche, bauen sich auf und können letztlich die Sieböffnung ganz verstopfen. Wenn man die Oxydation durch einen rostfreien Draht unterbindet, bleibt die Oberfläche glatt und blank, und die Verstopfungsgefahr ist weit geringer.

Gewebte Siebe in Leinenbindung

Die gewebten Siebe in Leinenbindung mit quadratischen Maschen sind die meistverbreiteten Siebgewebe in der Aufbereitungsindustrie. Gewebte Siebe verwendet man üblicherweise bis zu einer Maschenweite von 20-30 mm. Sie garantieren für normale Klassier- und Sortieraufgaben die größte Wirtschaftlichkeit.

Die wesentlichen Merkmale der gewebten Siebe sind, große offene Siebflächen (zwischen 40 und 70 %), entsprechend große Leistung, genaue Absiebung und günstiger Preis.

Zur Lösung der Klassieraufgaben steht eine große Anzahl von Siebgewebesorten zur Verfügung. Die genannten und gängigsten Größen sind in DIN ISO 4783 (alte DIN 4192) zusammengefasst. Bei der Auswahl der Maschenweite (Mw) und der zugehörigen Drahtdicke (d) bei quadratischen Maschen, ist normalerweise folgendes Verhältnis zwischen Maschenweite und Drahtdicke einzuhalten:

bis 3 mm Mw etwa 1 : 1,6 bis 1 : 2
über 3 mm Mw etwa 1 : 2,5 bis 1 : 5

Die Beachtung dieser Verhältniszahlen ist wichtig, da die Steifigkeit des Siebbelages durch die feste Bindung in den Kreuzungspunkten festigkeitsbedingt von diesen Faktoren abhängt. Die feste Bindung wiederum ist wichtig, um lange Lebensdauer und ausreichende Maschengenauigkeit zu erreichen.

Bei gespannten Sieben wählt man eher die dünnere oder mittlere Drahtdimension, um die Spannkräfte nicht zu groß werden zu lassen. Bei schwierigem oder feuchtem Gut wird man den dünneren Drahtdimensionen den Vorrang geben, da die dünneren Drähte das zusammengebackene Material eher durchtrennen und dadurch auflockern als stärkere. Bei Sieben, die man nicht mehr spannt und wo auch die Verstopfungsgefahr gering ist, wird man zu den stärkeren Drahtdimensionen greifen, da ein stärkerer Draht längere Lebensdauer verspricht.

Entsprechend seiner Wichtigkeit, soll die Befestigung der Siebbeläge noch vor den weiteren Siebtypen behandelt werden, da sie einer der wichtigsten Faktoren ist, die die Lebensdauer entscheidend beeinflussen. Je höher die Festigkeit des Drahtes ist, um so sorgfältiger muß er befestigt werden, da die höhere Festigkeit verminderte Elastizität mit sich bringt und daher Eigenschwingungen unbedingt zu vermeiden sind.

Eine der Hauptursachen für vorzeitige Drahtbrüche ist die unzureichende Befestigung. Die kleine Mühe, die man bei der Befestigung des Siebbelages aufwendet, wird mit einer mehrfachen Lebensdauer belohnt. Man erkennt, im Gegensatz zu dem verschlissenen Draht, einen durch mangelhafte Befestigung frühzeitig gebrochenen Draht durch die einschnürungslose glatte Bruchfläche. Ein Schwingungs- oder Flatterbruch entsteht dadurch, dass das Sieb Eigenschwingungen ausführen kann, wodurch die Dauerbiegefestigkeit des Drahtes überschritten wird und er bricht. Meistens schlägt das Sieb dann auch noch auf einer Unterstützung oder Auflage oder Versteifungsrippe der Maschine auf, was den Prozess noch beschleunigt. Brechen die Drähte entlang dieser Unterstützung, ist das der beste Beweis, dass das Sieb nicht richtig befestigt war.

Gerade bei den feineren Siebdimensionen ist es unerläßlich, das Siebgewebe zu spannen, da die Eigensteifigkeit des Drahtgewebes klein ist und nur durch Niederschrauben die Gefahr der Flatterbrüche groß ist.Gerade bei Sieben die im feineren Bereich klassieren und wo man zur Erzielung besserer Klassierergebnisse und auch wegen der größeren offenen Siebfläche die dünneren Drähte bevorzugt, ist der Einsatz hochfester Drähte zur Erzielung einer höheren Tragfähigkeit erforderlich.

Folgende Faktoren müssen besonders beachtet werden, um Flatterbrüche zu vermeiden: Durch die Spanneinrichtung müssen alle Drähte gleichmäßig gespannt werden. Dazu ist es erforderlich, dass die Blechfalze auf dem Sieb möglichst parallel zueinander und senkrecht zur Siebkante verlaufen.

Im Betrieb verlängert sich jedes Sieb anfangs mehr, später weniger. Aus diesem Grund müssen die Siebe nachgespannt werden. Das geschieht entweder selbsttätig durch Verwendung von Federn als Spannelement oder durch Nachziehen der Spannschrauben von Hand, was in den ersten Betriebsstunden laufend, später täglich bzw. wöchentlich 1 bis 2 mal erfolgen sollte.

Bei der Absiebung von warmem oder heißem Gut ist die temperaturbedingte Längenschwankung besonders zu berücksichtigen und z. B. durch Federn auszugleichen. Eine Temperaturschwankung von 100° C würde eine Längung von einem 1 m langen Draht um ca. 1,2 mm bedeuten, was bereits eine starke Verringerung der Vorspannung (um ca. 25000 N/cm2) nach sich ziehen würde.

Langmaschensiebe sind Siebe mit viereckigen Maschen, im allgemeinen mit einem Seitenverhältnis annähernd 1 : 3. Die längliche Masche ergibt eine größere offene Siebfläche und verringert den Durchgangswiderstand erheblich, da das Korn theoretisch nur an zwei Seiten das Loch berührt, so dass die Siebleistung gegenüber der Quadratmasche erheblich gesteigert werden kann. Nicht eingesetzt werden kann dieser Siebelag, wenn der Anteil der splittrigen, länglichen Körner groß ist. Je mehr die Kornform vom kubischen Korn abweicht, um so ungenauer wird die Absiebung. Ganz besonders wird sich dieser Siebbelag dort bewähren, wo der Grenzkornanteil sehr hoch ist, da sich der verminderte Durchgangswiderstand hier ganz besonders günstig auswirkt.

Die weiteren "Spezialsiebe" dienen in erster Linie zur Klassierung von feuchtem klebrigem Gut. Die äußere Feuchtigkeit ist überhaupt eine der unangenehmsten Begleiterscheinungen der Aufbereitungsverfahren. Das in Form eines dünnen Films auf der Kornoberfläche oder in den feinen Poren befindliche Wasser bildet bei Berührung mit einem anderen Korn oder mit dem Draht an den Berührungsstellen einen kleinen Wasserkeil bzw. Flüssigkeitszwickel, dessen Oberflächenspannung so groß sein kann, dass eine Trennung nicht oder nur schwer möglich ist. Dadurch können die feinen Körnungen an dem Draht haften bleiben und bei kleinen Maschenweiten die Sieböffnung zulegen. Die sinnvolle Verwendung von rostfreiem Stahldraht in diesen Fällen wurde bereits eingangs besprochen.

Zur ständigen Reinigung werden Kugelklopfvorrichtungen verwendet. Hierbei sind unter der Siebfläche in einem Rahmen Kugeln untergebracht, die durch ständiges Anschlagen die Siebunterfläche reinigen. Das Aufschlagen der Kugeln erhöht jedoch den Verschleiss und die Bruchgefahr. Das Reinigen mit den Kugeln ist oft der letzte Ausweg bei Siebverstopfungen, man muss sich aber klar darüber sein, dass diese Reinigung die Lebensdauer des Siebes, wenn auch bei sachgemäßer Anwendung nicht wesentlich, doch herabsetzt. Eingesetzt werden Kugeln aus Hartgummi, Gummi mit Stahlkern und sogar Stahlkugeln.

Noch eine sehr wirkungsvolle, wenn auch nicht schonungsvolle Reinigungsmethode sei erwähnt. Auf die Sieboberfläche aufgelegte, an einem Ende befestigte Rundgliederketten können hervorragende Reinigung erzielen. Der Siebverschleiß ist natürlich hoch.

Auch die Beheizung der Siebbeläge hat man mit Erfolg eingesetzt.

Die gegen die Verstopfung entwickelten Siebbeläge arbeiten fast alle mit Selbstreinigungswirkung. Zu den Sieben mit starker Selbstreinigung gehören die verschiedenen Typen der Harfensiebe. Diese Harfensiebe werden bei feuchtem, backendem, klebrigem, siebschwierigem Gut mit gutem Erfolg eingesetzt.

Harfensiebe mit vertikal gewellten Längsdrähten
(W-Harfen und WESPA)

Wo die Kornzusammensetzung eine Langmasche erlaubt, setzt man Harfensiebe mit vertikal gewellten Längsdrähten ein. Die Abstände zwischen den Querdrähten können beliebig gewählt werden, meistens liegen sie zwischen 100 bis 150 mm.

Der zwischen den Querdrähten liegende Teil der Längsdrähte kann frei schwingen und die Sieböffnung reinigen. Allerdings sind gewisse Grobanteile im Siebgut notwendig, um diese Eigenschaften zu erzielen. Die Siebkonstruktion ergibt natürlich keine so exakte Klassierung wie Siebe mit Quadrat-Maschen. Diese Harfensiebe sind unbedingt und sorgfältig zu spannen bzw. nachzuspannen. Besonders wichtig zur Vermeidung von Flatterbrüchen ist, dass auf den Siebunterstützungen Querdrähte aufliegen müssen bzw. umgekehrt.

Harfensiebe mit horizontal gewellten Längsdrähten
(S-Harfen)

Diese Harfensiebe werden dort eingesetzt, wo eine Langmasche nicht möglich ist, da die gewellten Drähte eine annähernde Quadratöffnung bilden. Durch Anordnung der Querdrähte in Abständen von 100 bis 250 mm können auch hier die Längsdrähte durch Eigenschwingungen die Sieböffnung reinigen. Die Absiebungsgenauigkeit ist gegenüber dem vorher genannten Harfensieb durch die beinahe Quadrat-Maschen wesentlich größer und ergibt eine ziemlich scharfe Trennung. Zur Erzielung der Eigenschwingungen ist ein gewisser Grobanteil im Siebgut und eine nicht zu große Schichtstärke notwendig. Auch dieses Sieb muß sorgfältig gespannt werden, und die Unterstützungsschienen müssen unter den Quertraversen liegen.

Harfensiebe mit wechselweise glatten und horizontal gewellten Längsdrähten (VARIA-Harfen)

Legt man auf noch größere Trennschärfe bei siebschwierigem Gut Wert oder soll die Tragfähigkeit des Siebbodens erhöht werden, verwendet man das Harfensieb mit wechselweise glatten und horizontal gewellten Längsdrähten. Der glatte Draht, der immer stärker ist als der gewellte, trägt das Gut und vor allem die gröberen Körner, während der gewellte Draht durch Eigenschwingungen das Gut bewegt und die Sieböffnung reinigt. Durch den unterschiedlichen Drahtdurchmesser ergeben sich stets gleichbleibende Sieböffnungen. Für die Befestigung gilt bereits das bei den anderen Harfensieben Gesagte. Harfensiebe sind empfindlich gegen mechanische Beschädigung und unsachgemäße Reinigung. Eine Steigerung des Siebeffektes bei feuchtem Gut erbringen Harfensiebe aus rostfreien Federstahldrähten.

G-Harfen (Spaltsiebgewebe)

Weitere Siebtypen sind G-Harfen, sie dienen vorwiegend zur Entwässerung bzw. Entschlämmung. Diese Spaltsiebgewebe sind eine leichte Ausführung mit vollkommen glatter, ebener Oberfläche. Die Konstruktion bietet genaue Spaltweiten und durch Verwendung starker Längsdrähte gute Tragfähigkeit.

Bei ganz feinen Spaltweiten allerdings ist man fertigungsbedingt, gerade wegen der stärkeren Längsdrähte gezwungen, dünne Querdrähte zu verwenden, die wieder die Tragfähigkeit vermindern. Die offene Siebfläche dieser Siebe ist, im Vergleich zu den Sieben mit Quadratmaschen, gering, so dass sie überwiegend nur mehr dort eingesetzt werden, wo die Notwendigkeit einer Reinigung mit einer Kugelklopfeinrichtung oder ähnlichem besteht.

G-Harfen sind empfindlich gegen mechanische Beschädigung und unsachgemäße Reinigung. Eine Steigerung des Siebeffektes bei feuchtem Gut erbringen G-Harfen aus rostfreien Drähten ( W.-Nr. 1.4301)

G-Harfen (mit glatten Längsdrähten), zusätzlich mit PUR-Streifen oder mit heißvulkanisierten Gummistreifen auf den Quertraversen

Zu den Sieben mit starker Selbstreinigung gehören die G-Harfen. Diese Harfensiebe werden bei feuchtem, backendem, klebrigem, siebschwierigem Gut mit gutem Erfolg eingesetzt. Wo bei siebschwierigem Gut die Kornzusammensetzung eine G-Harfe erlaubt, setzt man G-Harfen mit glatten Längsdrähten ein.

Die Abstände zwischen den Querdrähten können beliebig gewählt werden. Jedoch sollten auf den Quertraversen der Siebmaschine eine Quertraverse angebracht sein, die mit Gummi oder PUR geschützt ist. (ca. 300 - 400 mm Abstand). Der zwischen den Quertraversen liegende Teil der glatten Längsdrähte kann frei schwingen und die Sieböffnung reinigen. Allerdings sind gewisse Grobanteile im Siebgut notwendig, um diese Eigenschaften zu erzielen.

Diese Konstruktion ergibt natürlich keine so exakte Klassierung wie Siebe mit Quadratmaschen. Diese G-Harfen sind unbedingt und sorgfältig zu spannen bzw. nachzuspannen. Besonders wichtig ist zur Vermeidung von Flatterbrüchen, dass auf den Siebunterstützungen Querdrähte mit PUR- oder Gummi vulkanisiert aufliegen müssen. Eine Steigerung des Siebeffektes bei feuchtem Gut erbringen G-Harfensiebe aus rostfreien Drähten (W.-Nr. 1.4301).

Siebgitter (RUNDRA-Siebe)

Im groben Absiebungsbereich verwendet man weitestgehend Siebgitter (Rundra-Siebe). Bei diesen Siebbelägen werden die Drahtkreuzungsstellen durch Pressen so gebildet, dass eine Sieboberfläche glatt wird. Durch diese glatte Sieboberseite (es ist darauf zu achten, dass auf der glatten Seite abgesiebt wird) wird der Verschleiß wesentlich vermindert, und durch die gegebene Oberfläche wird das Siebgut geschont und nicht zerkleinert. Diese Eigenschaft ist besonders hervorzuheben, da man im allgemeinen an einer Zunahme der Feinkornanteile nicht interessiert ist.

Die gepressten Kreuzungsstellen garantieren größtmögliche Maschengenauigkeit. Die gepreßten Kreuzungsstellen gewährleisten aber auch den festen Sitz der Drähte, so dass auch größere, steckengebliebene Stücke (Fische) keine Drahtverschiebungen verursachen können. Diese Siebe werden aus Mn- und Si-legiertem Draht hergestellt, dieses Material ist besonders verschleissfest und hart. Das Spannen dieser Siebe ist nicht mehr möglich (die erforderliche Spannkraft wäre zu groß), sie werden niedergeschraubt oder niedergekeilt. Bei manchen Siebmaschinen erfordert es die Konstruktion, dass man die Enden spannkantenförmig abbiegt oder Spannfalze anschweisst, um die Siebe einbauen zu können. Auch in diesem Fall sollte man die Siebe zusätzlich niederschrauben.

Nicht unerwähnt soll bleiben, dass man Siebgitter auch schon bewusst verkehrt, also mit der glatten Seite unten, aufgelegt hat, um damit einen Zertrümmerungseffekt, das Auflockern des Siebgutes, zu erreichen oder durch Bremsung des Materialflusses die Siebleistung und Trennschärfe zu erhöhen. Dass durch diese Maßnahmen ein erhöhter Verschleiss auftreten wird, braucht nicht besonders betont zu werden. Meistens ist es aber Unachtsamkeit, wenn Siebgitter verkehrt aufgelegt werden.

Geschweißte Gitter (PS-Gitter)

Der Vollständigkeit halber sollen noch die geschweissten Siebe (PS-Gitter) erwähnt werden, die man eher in der Grobabsiebung verwendet. Der Siebverband wird durch das Verschweissen der sich kreuzenden Drähte in jedem Kreuzungspunkt gebildet. Dadurch, dass die parallellaufenden Drähte in einer Ebene liegen, kann bei richtiger Anwendung das Überkorn - theoretisch ohne die Querdrähte zu berühren - das Siebdeck entlang wandern, was natürlich den Verschleiß vermindert.

Da Federstahldrähte nicht schweissbar sind, verwendet man Drähte mit niedrigerem C-Gehalt, die zu Erhöhung der Verschleissfestigkeit mit Mn legiert sind. Die guten Abriebeigenschaften von Federstahldraht werden allerdings nicht erreicht. Das Spannen dieser Siebe ist nicht mehr möglich, sie werden niedergeschraubt oder niedergekeilt. Bei einigen Siebmaschinen erfordert es die Konstruktion, dass man die Enden spannkantenförmig abbiegt oder Spannfalze anschweisst, um die Siebe einbauen zu können. Auch in diesem Fall sollte man die Siebe zusätzlich niederschrauben.

Man kann auch die Siebe bewusst verkehrt einbauen (Querdrähte oben oder unten liegend, je nach Siebmaschinentyp). Damit erzielt man einen Zertrümmerungseffekt, das Auflockern des Siebgutes oder Bremsung des Materialflusses um die Trennschärfe zu erhöhen. Dass durch diese Maßnahmen ein erhöhter Verschleiss auftreten wird, braucht nicht besonders betont zu werden.