Modulare Siebanlage (Projektarbeit)

Hallo zusammen:
Wie bereits in meinem Bericht zu meinem Bagger erwähnt, habe ich momentan noch in anderes Projekt bzw. eine Projektarbeit.

Kurz zur Erklärung:
Iich mache seit letztem Jahr eine Weiterbildung zum Maschinenbau-Techniker. Im zweiten Jahr haben wir die Aufgabe, selbstständig eine Projektarbeit durchzuführen. Der Inhalt dieser Arbeit ist sehr freigestellt,er sollte sich aber im Aufgabenbereich eines Technikers bewegen. Üblicherweise handelt es sich hierbei um Aufträge von der ehemaligen oder einer anderen Firma, interne Aufträge von der Schule oder einzelnen Lehrern oder um etwas für einen selber.
Als Modellbauer habe ich natürlich die Gelegenheit genutzt um gleich mit meinem zweiten Modell zu starten: Einer Modularen Siebanlage im Maßstab 1:14,5.

Die Anlage hat kein direktes Vorbild, ich habe mich aber an den Anlagen von "Terex Washing Systems" orientiert (nur ohne das Wasser).

Zum Modularem:
Es wird eine stationäre Siebanlage welche man aber leicht transportieren, aufbauen, versetzen, oder an Gegebenheiten anpassen kann. Das Ganze natürlich möglichst mit anderen Modellfahrzeugen.
Die Anlage soll in folgende Teile zerlegbar sein: Hauptband (evtl. faltbar?), Siebkörper, Aufnahme für Sieb, Unterbau, 3-4 Austrags-Förderbänder. Es sind weitere Erweiterungen geplant, diese werde ich aber zeitlich nicht mehr im Rahmen der Projektarbeit hinbekommen.

zum Sieb:
Hier ist ursprünglich ein mehrfach geneigtes Schwingsieb (Bananensieb) geplant. Dadurch habe ich am Anfang einen schnellen Materialfluss wodurch sich das Material zügig über die Siebdecks verteilt. Am Ende wird es flacher, das Siebgut wird langsamer und ich habe ein besseres Ergebnis. Als Antrieb dienen zwei gegenläufige Unwucht Wellen. Dadurch gleichen sich die seitlichen Beschleunigungen aus und das Material wird nur senkrecht zum Siebdeck beschleunigt.
Das Sieb selbst hat drei Ebenen, welche wiederum aus drei gleichen Siebeinheiten besteht. Die Siebeinheiten können untereinander beliebig getauscht oder weggelassen werden. Das Eingangsmaterial lässt sich so in 2-4 beliebige Korngrößen aufteilen.

Für ein Schwingsieb habe ich mich entschieden, da es sehr kompakt ist, sich die Siebdecks leicht tauschen lassen und es mal was anderes als die ganzen Trommelsiebe ist.

Das Problem:
Mir war von Anfang an klar, es hat einen Grund warum man hauptsächlich Trommelsiebe sieht. Da ich mir auch nicht sicher wahr ob meins so funktioniert, habe ich beschlossen erstmal nur des Sieb zu Planen/Bauen und dann zu testen. Den ersten Testlauf habe isch schon gemacht, leider hat sich hier das Sieb sehr schnell zugesetzt. Der Grund: Leider habe ich beim berechnen nicht an alles gedacht. Da die Unwucht-gewichte durch den Maßstab nicht nur leichter werden sondern sich auch der Abstand vom Schwerpunkt zur Drehachse verkleinert habe ich beschlossen es durch eine höhere Drehzahl auszugleichen(Kraft der Unwucht =Masse x Abstand Schwerpunkt x Winkelgeschwindigkeit^2).
Nur habe ich leider übersehen, dass für die schnellere Beschleunigung des Siebes die dafür benötigte Kraft ebenfalls im Quadrat steigt. Somit gleicht es sich gegenseitig aus und es ist nichts gewonnen.

Für den zweiten Testlauf werde ich die Gewichte nach Außen verlagern. Dadurch kann ich sie stark vergrößern muss aber leider auf die gegenläufige Welle verzichten. Da das zusetzen des Siebes auch in Echt wohl auch ein Problem ist und ich fast nur Modelle von Trommelsieben gefunden habe, kann ich natürlich nicht sagen ob es funktionieren wird. Sollte es ebenfalls nicht funktionieren, habe ich bereits Pläne für ein Trommelsieb. Dieses wird natürlich genauso flexibel, nur leder nicht ganz so kompakt. Hiermit würden sich aber wahrscheinlich auch leichtere Materialien wie z.B. Häckselgut oder Rindenmulch besser sieben lassen.

Zum Aufbau des Siebes:
Die Seitenwände bestehen aus drei Teilen: in der Mitte eine 5mm Aluplatte und seitlich jeweils ein 1mm verzinktes Stahlblech Die Bleche dienen als Schutz gegen Verschleiß. Die Seitenwände sind mit Traversen verbunden und bilden so das Grundgerüst des Siebkörpers.
Eine Siebeinheit besteht nur aus dem Lochblech mit zwei seitlichen Befestigungsleisten. Die Einheiten sind einseitig verklebt, die andere ist frei für einen Längenausgleich. Die Einheiten lassen sich beliebig in den Grundkörper einsetzen.

Für die Bleche der Seitenwände und das Stahlgestell vom Teststand musste leider meine erste Siebanlage dran glauben. Sie wahr mein erste Modell, hat aber leider nie wirklich funktioniert. Das Siebrohr war nur geklebt und ist schon auseinander gefallen und auch der Antrieb wollte nie so wirklich. Nun wird aber was Bessers draus.

Der Siebkörper mit Aufnahme:

Die Anlage mit Weiterführung und angedeuteten Austragsförderbänder:

Wenn alles nicht klappt: Plan B

Das alte Sieb, mittlerweile ausgeschlachtet:

Die Seitenteile, als ein Paket gefräst und gebohrt:

Ein Haufen Teile:

Der Grundkörper:

Eine einzelne Siebeinheit :

Grundkörper mit eingesetzten Siebeinheiten:

Die Antriebseinheit:

Fertig zum testen:

Leider mit zugesetzten Siebeinheiten (größtenteils schon entfernt):

Mit Freundlichen Grüßen
Florian

Hallo,

Zitat von Indy676

Hallo Florian

Ich habe mal ein wenig überlegt, wie die das wohl in der Realität lösen, mit dem Verstopfen. Ich kann mir das nur mit ziemlich starken Amplituden in vertikaler Richtung vorstellen, so das die Steine aus ihren Löchern „heraus gehoben“ werden.

Zitat von Hirs`l

Morgen Florian,

ich finde die Idee von Sven nicht schlecht das könnte funktionieren
Alternativ könntest du den Winkel der Siebe verändern damit sie steiler stehen und das Material das sich in die Siebe ansetzt leichter zu beschleunigen zu können.

Ich habe mittlerweile noch etwas getestet und habe versucht an diesen Punkten anzugreifen. Leider konnte ich aber noch nicht viel erreichen.

Die gegenläufigen Wellen sind zwar in Original eine schöne Lösung um eine geradlinige Beschleunigung hinzubekommen aber im Modell habe (zumindest ich) leider nicht genügend Platz für eine ausreichend Schwungmasse .
Deswegen ist die zweite Welle ausgeflogen und ich habe die Gewichte nach außen verlegt. Derzeit sind es zwei Stahlscheiben, Durchmesser 30mm, Dicke 12mm, Bohrungsabstand zum Mittelpunkt 10mm.
Die Amplitude ist dadurch zwar größer geworden, das Material bleibt aber immer noch stecken. Da ich aber nur noch eine Unwucht habe muss ich Welle noch in den Schwerpunkt versetzen.

Der Winkel war auch ein guter Angriffspunkt: In meinem Modell betragen die Winkel 23°/15°/5°. In einer Broschüre von Metso gab es zu so einem Sieb diese Angaben: 25°/20°/15°
Da ich diese Winkel anfangs noch für zu steil gehalten habe, hatte ich in meinem Modell eine stärkere Biegung konstruiert damit ich am ende nicht zu schnell werde.
Beim Testen hat aber erst ein erhöhen von etwa 10 cm etwas gebracht,wobei hier die erste Siebfläche schon wieder zu steil war. Die Abgaben von Metso hätten wahrscheinlich zu einem besseren Ergebnis geführt .

Andere Möglichkeiten währen Gewicht und Federn.

Die Federn auf dem ersten Bild haben zwar optisch gut gepasst, waren mit einer Federkonstante von 2,8 N/mm leider zu stark. Diese habe ich deswegen bereits vor dem ersten Test durch welche mit ca. 1N/mm ausgetauscht.
Noch weiter möchte ich nicht runter gehen, ich könnte aber auf zwei Federn pro Stütze reduzieren. Dadurch würde aber auch die Eigenfrequenz sinken.

Das Gewicht ist auch so ein Thema .
Mit Erde habe ich ein Gewicht von ca. 7kg. Ich vermute dass es einfach zu viel Gewicht ist, welches jedes mal beschleunigt und abgebremst wird. Es lässt sich aber nicht viel reduzieren, ich könnte lediglich die äußeren Stahlbleche weglassen.

zum Schluss die Drehzahl:
Mit einer höheren Drehzahl steigt zwar auch die Kraft der Unwucht, durch die schnellere Frequenz steigt aber auch die benötigte Kraft für die Beschleunigung im selben Verhältnis. Die Drehzahl hat allerdings noch einen anderen Einfluss:
Durch die Federnde Lagerung besitzt der Siebkörper eine gewisse Eigenfrequenz . Diese wird nur durch Gewicht und die Federkonstante beeinflusst.(höheres Gewicht -> Eigenfrequenz sinkt; grössere Federkonstante -> Eigenfrequenz steigt)
Bei einem Gewicht von 7kg und 12 Federn mit jeweils 1N/mm ergibt sich daraus eine Eigenfrequenz von 5Hz bzw. einer optimalen Drehzahl von 400 1/min.
Je näher man dieser Frequenz kommt, desto leicht können sich die Schwingungen "hochschaukeln". Leider habe ich aber gerade keinen passenden Motor.

Soweit sind zumindest meine derzeitigen Physikalischen Kenntnisse zu diesem Thema.

Es gibt also noch einige Punkte an denen sich etwas optimieren lässt.
Da ich mir aber leider immer noch nicht sicher bin ob es dann problemlos funktioniert und ich bis Mitte Mai fertig sein sollte, werde ich wahrscheinlich auf das Trommelsieb umsteigen.

Für das Rüttelsieb hatte ich aber in diesem Fall aber auch noch 1-2 Ideen im Hinterkopf . Aufgegeben wird es auf jeden Fall nicht, nur nach hinten verschoben.

Zitat von Hirs`l

Wenn du Lust hast kannst du bei uns im Baatzbuam Stodl vorbei kommen zum Testen es wären grad 50km entfernt, wir hätte auch eine funktionsfähige Trommelsiebanlage am Parcour

Vielen Dank für die Einladung, euer Parcour ist mir bereits aufgefallen und ich würde gerne mal vorbeikommen. Mal schauen welche Variante ich dann im Gepäck habe .

Mit freundlichen Grüßen
Florian

Es geht weiter:

Ich habe mich jetzt auf ein Trommelsieb festgelegt. Ein solches ist zwar leider nicht so kompakt und originell wie die vorherige Version, hat aber auch seine Vorteile.
Zum einen werde ich mit einer Höhe von ca. 400 deutlich niedriger. Dadurch könnte zum aufbauen evtl. auch ein Bagger reichen und man benötigt keinen Kran.
Es sollte sich auch eine größere Auswahl an Materialien sieben lassen. Besonders leichte Sachen wie Rindenmulch oder Hackschnitzel würden bei einem Rüttelsieb wahrscheinlich Probleme machen.
Zudem sollte ich auch eine höhere Betriebssicherheit haben und die Fördergeschwindigkeit lässt sich auch besser einstellen.

Zuerst ging es mit dem Sieb los. Das Sieb besteht aus einzelnen Segmenten mit einem Durchmesser von 150mm und einer länge von 268mm. Ein Segment besteht jeweils aus einem Rund gebogenem Lochblech/Gitter an dem vorne und hinten ein Flansch zum verschrauben angebracht ist.
Das eigentliche Siebrohr setzt man je nach Anforderung aus ein, zwei oder drei Segmenten zusammen. Vorne und Hinten kommt dann noch ein Anfangs-/ Endstück dran.

Für den Flansch war ursprünglich ein 150mm Alurohr mit 5mm Wandstärke gedacht, leider hatte ich hier aber Probleme mit der Herstellung. Da mein normales Futter nur einen Spanndurchmesser von 100mm hat, hatte ich mir extra eines mit 160mm gekauft. Obwohl die Drehbank laut Hersteller einen Werkstückdurchmesser von 200mm erlaubt musste ich feststellen dass das Futter am Gehäuse anschlägt. Also erstmal einen zweiten Flansch drehen. Das Anfangs- und das Endstück konnte ich so schon mal drehen.

Die Flansche für die Siebsegmente sind allerdings kürzer und wurden vom 3-Backenfutter zu stark verdrückt . Da ich mir gerade einen 3-D Drucker zugelegt habe, kam die Idee eine Innen-Spannzange zu drucken. Der Rundlauf war zwar nun in Ordnung aber dafür hatte ich kein vernünftige Auflagefläche mehr und die Ringe wurden schräg gespannt. Da bereits das Drehen vom Anfangs- und Endstück eher eine nervige Angelegenheit war, habe ich beschlossen die Flansche erstmal als 3D Druckteil zu machen und bei Bedarf später gegen welche aus Alu auszutauschen.

Dan ging es mit dem Unterbau weiter. Er besteht hauptsächlich aus 12mm Vierkant-stahl. Der Unterbau besteht ebenfalls aus mehreren Segmenten welche sich je nach Lange der Siebtrommel zusammenstellen lassen. Der obere Teil ist bereits zusammengeschweißt, der untere folgt nächste Woche. Leider habe ich zu wenig Luft gelassen und die Teile zwicken sich beim zusammenfügen noch etwas. Es sollte aber reichen wenn ich nochmal 0,2-0,3mm von den Kontaktflächen runternehme.

Soweit zum derzeitigem Stand, hier die Bilder:

Zwischen der Aufnahmeplatte für das Futter und dem Flansch an der Drehbank war noch ein selbst gedrehter Abstandshalter nötig:

Zumindest die beiden größeren Stücke konnte ich schon mal drehen:

Auch das 3D Druckteil hat leider nicht weitergeholfen:

Die einzelnen Segmente:

Zusammengebaute Siebtrommel mit drei Segmenten:

Ein Haufen Stahlprofile:

Die erste Hälfte ist vorbereitet:

Das schweißen ging sogar recht angenehm:

Der obere Teil ist fertig:

Zwickt sich leider noch ein wenig:

Mit freundlichen Grüßen
Florrian

Hallo zusammen,
die Feiertage wurden fleißig zum bauen ausgenutzt.
Zuerst wurden die beiden Gestelle an einem Ende mit zwei Gelenken verbunden. Dadurch kann man den Winkel der Trommel verstellen. Am anderen Ende ist ein CTI-Zylinder mit 70mm Hub geplant, dadurch erreiche ich bei drei Siebsegmenten eine maximale Neigung von 5°.
Bei einem verkürzten Aufbau mit zwei oder sogar nur einem Segment ist natürlich auch eine größere Neigung möglich.

Als nächstes ging es an die Lagerung der Trommel. Hierzu wurden die Reifen eines alten Playmobil SUVs geklaut .
Das vordere Radpaar wird über einen Zahnriemen angetrieben.

Danach ging es an die zweite Hälfte der Stahlprofile. Aus diesen ist der Unterbau entstanden. Da sich die Segmente beim Schweißen doch etwas stärker verzogen haben, mussten sie teils mit dem Wagenheber gerichtet werden. Nun sind sie alle gleich und lassen sich auch untereinander beliebig tauschen.

Nachdem damit der Kern der Anlage bereits funktionsfähig ist gab es natürlich auch einen Test.
Zuerst wurde aber eher der Bagger auf Tragfähigkeit und Reichweite getestet. Leider ist mein Bagger mit seinem recht langem Stiel und seinen etwas zu kurzen Arm-Zylindern nicht wirklich für Hubarbeiten geeignet, im groben hat es aber funktioniert.
Der Bagger hat momentan ein Gewicht von 20,2 Kg. Der Unterbau wiegt jeweils 2,0 Kg, Die Trommelaufnahme 6,0 Kg und die Siebtrommel 1,1 Kg.
Die Trommelaufnahme war dann doch etwas zu schwer, sie würde sich aber notfalls am Gelenk auch in zwei Hälften teilen lassen. Zusammen mit einem Heckgewicht sollte das für meinen Bagger eine machbare Aufgabe sein.

Die derzeitigen Abmessungen: Länge 950mm, Breite 170mm, Höhe (waagerecht) 370mm.

Zum Schluss gab es noch einen Funktionstest. Die Trommel wurde auf 5° Neigung eingestellt und von Hand beschickt. Motor und Trommel laufen erstaunlich ruhig und leise (leiser als das Siebmaterial ). Die Haftung zwischen Antriebsrad und Trommel ist auch gut. Hatte ursprünglich befürchtet einen Bügel über die Trommel zu brauchen um zusätzlichen Druck auf die Räder zu bringen. Scheint aber nicht nötig zu sein.
Nur gegen Ende hat sich kurz ein Stein im Zahnriemen verkeilt, dieser bekommt aber natürlich noch eine Abdeckung.

Als nächstes geht es eher mit der Steuereinheit weiter.

Hier die Bilder und Videos:

Gelenke an der Trommelaufnahme:

Hier mit 5° Neigung:

Die Antriebsseite:

Zweite Hälfte der Stahlprofile bereit zum schweißen:

Und hier fertig nebeneinander:

Der Kern der Anlage ist fertig:

Ein kleiner Aufbautest:

Der Funktionstest:

Mit freundlichen Grüßen
Florian

Hallo zusammen,

in der Zwischenzeit durfte ich kurzfristig beim Bazztbuamstodl, vorbeischauen dort wurde die Anlage auch noch kurz getestet. Mit der trockenen Erde hat es problemlos funktioniert, als wir auf feuchtere Erde von draußen gewechselt haben hat man aber gemerkt wie das Material etwas langsamer durch die Trommel rutscht. Dagegen habe ich aber bereits einen Pneumatikschlauch auf der Innenwand der Siebmodule angebracht.
Desweiteren hat die Anlage einen CTI-Zylinder zur Verstellung der Trommelneigung erhalten. Der Zylinder wird einfach zusammen mit seiner Halterung an eine Querstrebe vom Unterbau gehängt.

Damit ich heute bei der Projektpräsentation auch etwas mehr zeigen konnte habe ich als nächstes mit der Steuereinheit weitergemacht. Als Grundlage dient hier ein Container von Bruder. Leider habe ich keinen blauen Container mit Trapezwänden mehr gefunden aber der hellgraue DPD Container sieht auch nicht schlecht aus. Auf der Rückseite wurde der Stromanschluss, der Hauptschalter und ein Betriebsstundenzähler angebracht. Der Zugang zur LOGO! und zur Sicherung sowie die Taster zur Bedienung befinden sich auf der Oberseite. Seitlich sind die Anschlüsse für die Motoren und darüber die dazugehörigen Potis zu finden.
Zur Befestigung der Bauteile sind Haltungen aus dem 3D Drucker entstanden. Zur einfacheren Verdrahtung lassen sich die Druckteile außerhalb zusammenbauen und werden dann fertig verdrahtet in den Container gestellt.

Testlauf im Bazztbuamstodl:

Nach etwa einer knappen Sunde:

Siebelemente mit Pneumatikschlauch:

Neigungsverstellung der Siebtrommel:

Grundgerüst für die Steuereinheit:

Fertig verdrahtet:

Lässt sich für einen einfachen Zugang aufklappen:

Sauber versteckt im Container:

Mit freundlichen Grüßen
Florian

Zitat von Torsten

Wofür den Winkel einstellen ?
Falls das Material feucht/nass ist ?

Was wirst du alles am Schaltkasten schalten können ?

Ja, der Winkel unterstützt den Materialfluss.

Zur Steuerung:
An der Seite habe ich neun Ausgänge:
Der erste (ohne Poti drüber) steht immer unter Spannung und dient nur als 12V "Steckdose".
Die sieben nachfolgenden Ausgänge sind für die Motoren gedacht.(1x Band vom Schüttbunker, 1x Hauptband zur Beschickung der Trommel, 1x Trommelantreib und 4x Förderband zum Materialaustrag). Diese werden über die LOGO! geschaltet.
Der letzte Stecker ist für den CTi-Zylinder und wird über eine Fernsteuerung angesteuert.

Die oberste Reihe von Tastern (7 Stück) dienen zum einzelnen Schalten der Motoren : 1x drücken --> entsprechender Motor geht ein , nochmal drücken --> Motor geht wieder aus.
In der mittleren Reihe ist ein Taster für ein Signalhorn , ein Schlüsselschalter für den Betriebsmodus und zwei Taster für einen automatischen Anlauf/Abschaltung . Beim Anlauf/ Abschaltung werden nacheinander alle Ein bzw. Abgeschaltet.
Es gibt zwei Betriebsmodi: offen und verschränkt. Beim offenen Modus lassen sich alle Ausgänge bzw. Motoren beliebig ein oder ausschalten. Beim verschränkten Modus kann ein Motor nur dann laufen wenn alle nachfolgende Motoren auch laufen (z.B. der Trommelantrieb kann nur laufen wenn alle Austragsbänder eingeschaltet sind)
Der Notaus mach natürlich jederzeit alles aus (außer der Hupe).

Zitat von Swat25

Das schaut recht teuer aus dein Schalt Container hast du da eine grobe Schätzung für uns?
Ansonsten schaut es mega gut aus.

Danke,

Der hat etwa 450€ gekostet. Teilt sich in etwa so auf:
ca. 120€ für die Schalter und Taster (13 Stück, jeweils zwischen 8€ und 14€)
200€ für die LOGO! + Erweiterung (LOGO! 135€, Erweiterung 65€)
ca. 60€ für die Potis (7 Stück, je 8,39€)
ca. 70€ für weite Teile (Sicherung, Betriebsstundenzähler, Container, Stecker, Filament, Netzteil)

Hallo zusammen,

ich konnte mich endlich aufraffen und mit den Förderbändern weitermachen.
Es sind insgesamt fünf Förderbänder geplant, ein großes Band zum beschicken der Anlage (80mm Bandbreite, ca. 1300mm lang) und vier kleinere Bänder für den Materialaustrag (53mm Bandbreite, 800mm lang).
Begonnen habe ich mit dem Bau eines der kleineren. Beim Design der Förderbänder habe ich ein bisschen was von NBL abgeschaut.

Als Grundgerüst dienen mir zwei Aluminium U-Profile, das Band selbst ist von Formenbau Tränkl. Ursprünglich sollte es ein konkaves Band ohne Seitenführung sein,
allerdings ist hierfür das Band zu steif und biegt sich nicht durch. Nachdem ich mit diversen Tragrollen rumprobiert habe bin ich doch zu einer flachen Version übergegangen und habe seitlich zwei L-Profile angebracht.

Das Förderband ist drehbar gelagert und lässt sich in der Höhe verstellen. Die Bänder werden in den Unterbau der Siebanlage eingesetzt und verschraubt, können aber auch alleine stehen und so z.B. als längere Förderstrecke eingesetzt werden.

Leider ist der Motor zu schwach, sobald sich zu viele Steine zwischen Band und L-Profil verklemmen bleibt er stehen. Derzeit warte ich noch auf einen stärkeren Motor, leider wird dieser nicht mehr in den Zwischenraum passen und muss über dem Band seinen Platz finden.
Ansonsten ist der erste Testlauf recht gut verlaufen

Das Grundgerüst des Bandes:

Unteres Ende

Aufnahme für das Förderband freistehend:

Und eingesetzt in die Siebanlage:

In "Transportstellung"

Freistehend und Abstützung ganz ausgefahren:

Eingesetzt in den Unterbau der Siebanlage:

Zitat von ThomasK

Das Förderband finde ich gut gelungen. Würde es dir etwas ausmachen davon noch einige Detailbilder einzustellen?

Kann im Moment nur noch ein Bild der Tragrollen hinzufügen.
Eine Tragrolle besteht aus zwei Rollen aus dem 3D-Drucker, welche auf ein Messingrohr gesteckt werden.
Zur Lagerung dient eine Achse aus Silberstahl, welche mit zwei Winkeln an den U-Profilen befestigt wird.
Dahinter sieht mann die vorherigen Varianten der Rollen, welche aber aufgrund der Steifigkeit des Bandes verworfen wurden.

Nächste Woche kann ich leider nichts machen, danach mache ich aber mit den nächsten Bändern und werde dabei weitere Fotos machen.