DE69418890T2 - Verfahren und vorrichtung zum sieben von erdmaterialen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sieben von Erdmaterial mittels eines Scheibensiebs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Scheibensiebanordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
• Im Landschaftsbau besteht insbesondere in Wohnbezirken ein großer Bedarf an Mutterboden, der mit zunehmender Bebauung und damit einhergehender Landschaftsgestaltung ansteigt. Der Landschaftsbau von Gärten und Parks erfordert hochwertige Pflanzenerde, die keine störenden Unregelmäßigkeiten, wie Steine oder ähnliche Aggregationen, enthält. Weiterhin muß die für den Landschaftsbau vorgesehene Pflanzenerde für das Keimen von Setzlingen geeignet und daher durch Mischen verschiedener Arten von Bodenmaterialien hergestellt sein. Ein für die Aussaat und das Keimen geeigneter Boden ist porös und enthält Nährstoffe und Mineralien, wie Sand und Lehm, sowie organische Substanzen, die in Verbindung mit den Nährstoffen die Bildung einer vielfältigen mikrobiologischen Flora unterstützen. Die Mutterbodenschicht darf keine größeren Gegenstände, wie Steine, Wurzelballen, Baumstrünke oder Holzstücke enthalten. Bei einem solchen Boden müssen die Inhaltsstoffe darüber hinaus homogen verteilt sein.
• Bei der Errichtung größerer Bauwerke fällt als Nebenprodukt eine beträchtliche Menge von Erdaushub an, der aufgrund eines hohen Anteils an Steinen und Holzstücken nicht verwertbar ist. In der Praxis fallen derartige Böden in zur Wiederverwertung geeigneten Mengen an, wobei die kostengünstige Wiederverwertung des Erdaushubs von Vorteil ist, um wesentliche Einsparungen gegenüber dem Fremdbezug und Transport von Erde zu erzielen. Der Erdaushub muß jedoch vor der Wiederverwertung gesiebt werden. Wegen des Mangels an kommerziell erhältlichen, effektiven Siebeinrichtungen und an Verfahren zu seiner Wiederverwertung wird er in der Regel abtransportiert, um ihn z. B. zum Verfüllen auf Halde zu lagern. Dies ist von Nachteil, da der Erdaushub verwertbare Aggregationen enthält, vorausgesetzt, daß seine verschiedenen Inhaltsstoffe am Entstehungsort getrennt werden können. So können z. B. die enthaltenen Steine unmittelbar für den tragenden Unterbau von Straßen verwendet und der feinkörnigere Mineralboden z. B. in Pflanzenerde eingemischt werden, um einen für den Landschaftsbau geeigneten Mutterboden zu erhalten.
• Für die Klassierung von bei der Errichtung von Bauwerken anfallendem Erdaushub mangelt es bislang an geeigneten Einrichtungen. Insbesondere bereitet die Behandlung von klumpigen und feuchten Böden, wie Lehm, Schluff, Gestein oder Baumstrünke enthaltenden Böden oder Mutterböden aus Waldgebieten, Probleme.
• Zum Abtrennen unerwünschter Aggregationen aus dem Ausgangsmaterial und Mischen der erwünschten Aggregationen wird üblicherweise eine Siebung durchgeführt. Siebvorrichtungen weisen in der Regel ein Metallgewebe auf, welches in Bewegung oder Schwingung oder - im Fall eines geneigt angeordneten Trommelsiebs - in eine Umlaufbewegung versetzbar ist. Solche Trommelsiebe sind durch ihr hohes Gewicht und ihr vergleichsweise geringes Fassungsvermögen nachteilig und neigen insbesondere bei lehmhaltigem Ausgangsmaterial verstärkt zum Verstopfen. Des weiteren sind Spaltsiebe mit stationären oder beweglichen Siebstäben oder Anordnungen von in Schwingungen versetzbaren Siebstäben bekannt.
• Zum Sieben von Erde werden herkömmlich verschiedene Arten von Scheibensieben verwendet. Derartige Siebe sind mit einer Mehrzahl von an parallelen Wellen angeordneten, ineinandergreifenden Siebscheiben ausgestattet, wobei die Wellen in einer gemeinsamen Drehrichtung rotiert werden, so daß kleine Aggregationen des Aufgabematerials durch die Schlitze zwischen den Scheiben hindurchfallen, während Aggregationen, die größer als die Schlitze sind, auf dem Sieb verbleiben und an den Rand des Siebs transportiert werden und von dort in einen Sammelbehälter fallen. Nachteilig bei solchen Sieben ist ihre geringe Wirksamkeit beim Sieben von klumpigem, Lehm enthaltendem Ausgangsmaterial. Die Siebscheiben sind zum Aufschluß des lehmhaltigen Ausgangsmaterials nicht in der Lage, so daß die klumpige Erde die Schlitze zwischen den Scheiben nicht passieren kann. Ein auf dem Sieb befindlicher Erdklumpen wird somit ungesiebt über das Sieb transportiert und letztendlich von den Wellen der Siebscheiben weg verlagert. Daher ist das Sieben von klumpiger, Lehm enthaltender Erde mittels herkömmlicher Einrichtungen schwierig.
• Das Sieben von thixotroper Materialien mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 10-90% bezogen auf ihren Feststoffgehalt ist in Abhängigkeit ihres Feinkorngehaltes oft problematisch. Ebenfalls ist das Sieben und Homogenisieren und/oder Vermischen von mit Fasern oder streifen artigen Bestandteilen angereicherten Materialien mit anderen Materialien schwierig. Solche Materialien enthalten Rasenstücke, Stroh, Heu, Abfälle und lehmhaltige Erde, wobei die auszusiebenden Bestandteile Baumstrünke, Wurzeln, große Steine und Kunststoffabfälle in Verbindung mit anderen Bodenmaterialien umfassen. Kunststoffabfälle und andere in Form längerer Streifen auftretende Materialien verstopfen die meisten Siebe, insbesondere Scheibensiebe, bei denen die scheibenförmigen Siebelemente an parallelen Wellen drehbar angeordnet sind und die Materialstreifen beim Betrieb um die Wellen gewickelt werden.
• Bei manchen Siebanordnungen wurde versucht, das zu siebende Material vor dem Sieben aufzutrennen und vorzuzerkleinern oder einer anderen Vorbehandlung zu unterwerfen, um ein erfolgreiches Sieben zu ermöglichen und ein Verstopfen des Siebs zu verhindern.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sieben von Erde beliebiger Beschaffenheit einschließlich lehmhaltiger Erde vorzuschlagen.
• Die Erfindung beruht auf dem Betrieb der Wellen des Scheibensiebs mit zyklisch umkehrbarer Drehrichtung, wobei die zu siebende Erde auf dem Sieb verbleibt und durch die Wirkung bei Drehrichtungsumkehr der Wellen in eine Materialmasse aufgetrennt wird, unterhalb derer die aufgeschlossenen Aggregationen das Sieb passieren können.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Eine erfindungsgemäße Siebanordnung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 charakterisiert.
• Die Erfindung weist entscheidende Vorteile auf. Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt in der hohen Leistungsfähigkeit beim Aufschluß von klumpigen Ausgangsmaterialien und bei der Siebung. Demgemäß ist die erfindungsgemäße Siebanordnung zur wirkungsvollen Behandlung von feuchtem Lehm, natürlichem Mist mit einem hohen Anteil von Stroh und anderen, schwer zu siebenden Materialien geeignet. Die Leistungsfähigkeit der Siebanordnung ist im Falle des Siebens solcher problematischer Materialien höher als bei anderen bekannten Arten von Sieben. Während mit herkömmlichen Trommelsieben beim Sieben von problematischen Materialien eine Siebleistung von etwa 0,5 m³/min pro Quadratmeter Siebfläche erreicht wird, kann mit einer erfindungsgemäßen Siebanordnung beim Sieben des gleichen Materials eine Siebleistung von etwa 1,5 m³/min pro Quadratmeter Siebfläche erreicht werden.
• Die Größe der Sieböffnungen ist ohne weiteres veränderbar. Zu diesem Zweck sind die Wellen des Siebs mittels konischer Hülsen gelagert, wobei die Wellen auf einfache Weise ausbaubar und gegen einen mit einem anderen Satz Siebscheiben ausgestatteten Wellensatz austauschbar sind.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Siebscheiben mit Vorsprüngen versehen, die beim Drehen der Scheiben das zu siebende Material durchdringen und aufschließen, wobei das Material in eine zum Passieren des Siebs geeignete Form überführt wird. Der Antriebsmechanismus und der Antriebszug der Siebanordnung können mit einem Drehmomentbegrenzer ausgestattet sein, um auf diese Weise die Wellen und Siebscheiben der Siebvorrichtung vor Beschädigung durch Verkeilen von Material zu bewahren. Durch die Wirkung der zyklischen Drehrichtungsumkehr der Wellen wird eine Verkeilung des Materials automatisch gelöst, sobald die Drehrichtung der Wellen umgekehrt wird.
• Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 einen Teilschnitt einer auf einem Transporter angeordneten Ausführungsform der Erfindung und
• Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß Fig. 1.
• Die Zeichnungen zeigen nur einen Endabschnitt des Siebs. Die Abmessungen des Siebdecks sind z. B. durch Verwendung einer höheren Anzahl von Wellen variierbar, wobei dann das von den Wellen gebildete Siebdeck entsprechend länger ausgebildet ist. Das auf der Verwendung paralleler Wellen beruhende Konstruktionsprinzip ist auch der Schnittansicht entnehmbar.
• In Fig. 1 ist eine auf einem Transporter 1 angeordnete erfindungsgemäße Siebanordnung dargestellt. Da die Erfindung nicht speziell auf einen solchen Transporter gerichtet ist, wird von einer näheren Beschreibung desselben abgesehen. Die Siebanordnung weist zweckmäßig einen kastenförmigen Rahmen 2 mit einem auf einem oberen Niveau angeordneten Siebwellensatz auf. Der Wellensatz ist von Wellen 3 mit an diesen gelagerten Siebscheiben 4 gebildet, die in Längsrichtung jeder Welle mit Abstand voneinander angeordnet sind. Die Scheiben 4 jeweils eines benachbarten Paars von Wellen 3 sind versetzt angeordnet, so daß die Scheiben 4 ineinandergreifen und auf diese Weise die Öffnungen des Siebdecks bilden. Am Umfang jeder Siebscheibe 4 sind vier Trennzähne 5 unter jeweils einem Winkel von 90º angeordnet. Bei der gezeigten Ausführungsform erweitern die Zähne den äußeren Umfang der Scheibe und bilden an ihren beiden Flanken krallenartige Vorsprünge. Die Siebanordnung ist von einem am Endabschnitt des Rahmens 2 angeordneten hydraulischen Mechanismus 6 angetrieben, der die Wellen 3 über eine Übertragungskette 7 antreibt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind auch die Wellen 3 über jeweils zwei einen Antriebszug bildende, auf Kettenrädern 9 gelagerte Rollenketten 8 miteinander verbunden, so daß der Hydraulikmotor 6 alle Wellen 3 synchron abtreibt. Bei dem hydraulischen Antriebsmechanismus können vorzugsweise verschiedene Ventilanordnungen zur Umkehr der Drehrichtung, Drehmomentbegrenzer sowie andere Einrichtungen für die Siebfunktion und -steuerung eingesetzt werden.
• Die Abschlußkanten des Rahmens 2 sind mit festen Scheiben 10 ausgestattet, die auf die gleiche Weise wie die Scheiben 3 untereinander in die Scheiben der der Abschlußkante nahen, letzten Welle eingreifen. Der Endabschnitt des Rahmens, an dem der Hydraulikmotor 6 angeordnet ist, ist weiterhin mit einem Sammelbehälter 11 für Steine und andere abgetrennte Aggregationen ausgestattet. An der Unterseite des Rahmens 2 ist eine Fördereinrichtung 12 zum Wegschaffen des gesiebten Materials angeordnet.
• Nachfolgend ist die Wirkungsweise des Siebs erläutert: Das zu siebende Ausgangsmaterial wird mittels Beschickungseinrichtungen auf den Wellensatz des Siebs gefördert. Die von dem Hydraulikmotor angetriebenen Wellen des Siebs werden zunächst in eine Drehrichtung rotiert und daraufhin die Drehrichtung der Wellen umgekehrt und die Wellen mit der gleichen Anzahl von Umdrehungen in die andere Drehrichtung rotiert, wie sie während des ersten Drehzyklus in die eine Drehrichtung rotiert worden sind. Nach Beendigung des zweiten Drehzyklus wird die Drehrichtung wieder umgekehrt und die wechselnden Drehzyklen so lange wiederholt, bis das gesamte zu siebende Material das Sieb passiert hat und lediglich die abgetrennten Aggregationen auf den Wellen zurückbleiben. Dann werden die Wellen des Siebs in eine Drehbewegung in Richtung des Sammelbehälters versetzt, wobei die auf den Wellen zurückgebliebenen Aggregationen in den Sammelbehälter ausgetragen werden.
• Die Parameter eines jeden Drehzyklus sind relativ frei wählbar und in der Praxis vorzugsweise mittels einer programmierbaren logischen Steuerung variabel einstellbar, wobei die Betriebsweise der Siebvorrichtung an das zu behandelnde Material angepaßt werden kann. Die Dauer eines Drehzyklus in eine Richtung ist jedoch nicht separat einstellbar, so lange das zu siebende Material nicht vom Siebdeck weg verlagert werden soll. Tatsächlich wird die maximale Leistungsfähigkeit in Verbindung mit verschiedenen Materialarten dadurch erreicht, indem der Umlaufweg der Trennzähne der Scheiben während eines Zyklus sehr klein gehalten und eine maximale Anzahl von auf die Unterseite des Materials wirkenden Spaltvorgängen pro Zeit erreicht wird. Ebenfalls ist eine hohe Umlaufgeschwindigkeit der Spitzen der Trennzähne von Vorteil, wobei das zu siebende Material dann aufgrund seiner Massenträgheit zu einem stationären Verhalten neigt, während es an seiner Unterseite den durch die Scheiben bewirkten Spaltvorgängen ausgesetzt ist. Wird der Drehwinkel der Wellen während eines Drehzyklus kleiner als eine volle Umdrehung gehalten und beträgt dieser z. B. eine viertel oder eine halbe Umdrehung, so liefert dies den Vorteil, daß streifenförmige Materialien nicht auf die Wellen aufgewikelt werden und auf diese Weise das Sieb verstopfen. In diesem Fall ist für einen gleichmäßigen Verschleiß der Siebscheiben jedoch eine gelegentliche Drehung der Wellen in eine Richtung erforderlich, wobei der Drehwinkel zumindest einen Wechsel des in Richtung der Unterseite des auf den Scheiben zurückgebliebenen Materials angeordneten Umfangsabschnitts der Scheibe mit dem Trennzahn gewährleisten muß.
• Die Erfindung kann auch von der beschriebenen Ausführungsform abweichende Ausführungsformen aufweisen. Die Trennkante der Scheibe kann bevorzugt entweder gemäß einem Bogensegment eines Kreises mit einem größeren Radius als der durchschnittliche Radius der Scheibe und weiterhin derart ausgebildet sein, daß der Unstetigkeitsbereich des Radius der Scheibe radial, unter einem Winkel von 90º bezüglich der Tangente der Scheibe ausgerichtet ist, oder sie ist ebenfalls bevorzugt unter einem spitzen Winkel ausgerichtet.
• Darüber hinaus sind weitere zum Auftrennen geeignete Formen der Scheiben und der Trennzähne möglich, vorausgesetzt daß die Gestalt der Scheibe z. B. nicht im wesentlichen sternförmig ist, so daß es zu einem leichten Verkeilen der abzusiebenden Aggregationen zwischen den Wellen und den Speichen der sternförmigen Scheiben kommen kann. Weiterhin ist von Bedeutung, daß der Radius der Vorsprünge der Trennzähne der Siebscheiben nicht wesentlich von dem durchschnittlichen Radius anderer Teile der Scheibe abweicht. Vorzugsweise ist die radiale Höhe der Trennelemente der rotierbaren Scheibe nicht um mehr als 25% größer als der Radius der Scheibe. Andernfalls kann es zu einem Verkeilen der Aggregationen des zu siebenden Materials zwischen den rotierenden Scheiben und den Wellen kommen. Selbstverständlich können die Scheiben nicht nur rund, sondern auch drei- oder viereckig ausgebildet oder von anderer Gestalt sein.
• Der Rahmen der Siebanordnung und die Wellen mit ihren Lagerelementen und ihren Antriebsmitteln können vorzugsweise auf einen gefederten Rahmen aufgesetzt sein, um Beschädigungen der Wellen durch Verbiegen derselben zu verhindern. Die Kraftübertragung auf die Wellen des Siebs kann auf verschiedene Weise erfolgen, wobei in einer bevorzugten Ausführung jeder Welle ein Hydraulikmotor und ein Drehmomentbegrenzer zugeordnet ist. Anstelle des hydraulischen Antriebs können auch Elektro- oder Verbrennungsmotoren verwendet werden, obgleich in diesem Fall eine schnelle Umkehr der Drehrichtung der Wellen schwieriger durchführbar ist als mit einer Hydraulik.

Claims (8)

1. Verfahren zum Sieben von Erde oder ähnlichen Materialien mittels eines Scheibensiebs mit mehreren parallelen Wellen, an denen ineinandergreifende Siebscheiben angeordnet sind, wobei

- das zu siebende Material auf ein von dem Wellensatz (3) des Siebs gebildetes Siebdeck gefördert wird und

- die Wellen rotiert werden, so daß das zu siebende Material des Siebdecks durch die Schlitze zwischen den Wellen (3) und den Siebscheiben (4) passieren kann, während Materialaggregationen, die für den Durchgang durch die Schlitze zu groß sind, auf dem Siebdeck verbleiben,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Wellen mit zyklisch umkehrbarer Drehrichtung rotiert werden, wobei der Drehwinkel während eines Drehzyklus in einer Richtung derart begrenzt wird, daß das auf dem Siebdeck verbleibende Material nicht von oberhalb des von den Wellen (3) der Siebvorrichtung gebildeten Siebdecks weg verlagert werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel während eines Drehzyklus in eine Richtung kleiner als eine volle Umdrehung der Wellen (3) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehr der Drehrichtung der Wellen ohne wesentliche Unterbrechung der Drehbewegung der Wellen durchgeführt wird.

4. Anordnung zum Sieben von Erde oder ähnlichen Materialien mit

- einem Tragwerk,

- mehreren parallelen und ausgefluchteten Wellen (3), die an dem Tragwerk (2) mit Abstand voneinander angeordnet sind und ein Siebdeck bilden,

- mehreren an jeder Welle (3) angeordneten Siebscheiben (4) mit einem solchen Durchmesser und einer solchen Position bezüglich der Wellen (3), daß die Scheiben (4) benachbarter Wellen (3) teilweise ineinandergreifen, und

- wenigstens einem Antriebsmittel zum Rotieren der Wellen (3),

gekennzeichnet durch

- Mittel zur zyklischen Steuerung des Antriebsmittels (6), um die Drehrichtung der Wellen (3) nach einer vorbestimmten Dauer eines jeden Drehzyklus fortwährend umzukehren.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Umfang der Siebscheiben (4) Trennzähne (5) angeordnet sind, die am Umfang der Scheiben (4) überstehen.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel ein über einen Drehmomentbegrenzer gekoppelter Hydraulikmotor (6) ist.

7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel getrennte, auf jede Welle wirkende und mit jeder Welle (3) über einen Drehmomentbegrenzer gekoppelte Hydraulikmotoren aufweist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine programmierbare logische Steuerung oder ähnliche Datenprozessormittel, die zur Steuerung der Funktionen der Anordnung geeignet sind.