A.meinel-zur Theorie Und Praxis Des Siebbodeneinsatzes in Der Wrufsiebung-2005

7/21/2019 A.meinel-zur Theorie Und Praxis Des Siebbodeneinsatzes in Der Wrufsiebung-2005

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4 AUFBEREITUNGS TECHNIK 46 (2005) Nr. 7

Zusammenfassung Die Hauptfunktionen der Siebböden in der Siebklassierung lauten: 1.Trennung des Siebgutes nach Korngrößenklassen und 2.Transport der Korngrößenklassen. Dazu werden wichtige Ausrüstungselemente und -prinzipe zur Realisierung der Hauptfunktionen, wie z.B.Siebboden-Geometrie und -Werkstoffe sowie spezifische Konstruktionsprinzipe aufgezeigt und am Beispiel der Wurfsiebe theoretisch und prak-tisch erläutert sowie durch Bilder und Tabellen verdeutlicht.

Summary The principal functions of the screening surface in sizing screens are: 1. Separation of the feed material by particle size range and 2. Transport of the particle size ranges. In this paper, key elements and principles of the screening surface configuration affecting the realiza-tion of these principal functions, such as the screening surface geometry and materials, as well as specific screen design principles are described and explained in theoretical and practical terms based on the example of throw screens, with figures and tables for the purpose of illustration.

Résumé Les fonctions principales des fonds de cribles pour le criblage sont 1° la séparation du produit à cribler par classes granulométriques et 2° le transport des classes granulométriques. A ce sujet, les caractéristiques et bases importantes en vue d'assurer ces fonctions principales,tels que géométrie et matériaux des fonds de crible ainsi que principes de conception spécifiques sont exposées en théorie et en pratique pour les cribles à jet à l'appui d’illustrations et de tableaux.

Resumen En la clasificación del cribado las funciones principales de los fondos perforados son 1. la separación del material de cribado segúnlas categorías de tamaño de grano y 2. el transporte de las categorías de tamaño de grano. Para ello se describen elementos y principios de equipamiento que son sustanciales para la realización de las funciones principales, tales como por ejemplo la geometría del fondo perforado y sus materiales de construcción así como los principios de construcción específicos, dando explicaciones tanto teóricas como prácticas y tomandocomo ejemplo los cedazos que son ilustrados mediante imágenes y tablas.

1. IntroductionSieves and screens are some of the oldest tools in human histo-ry. One of the first instances of their documentation dates backto the year 1500 BC. A sieve was depicted in a temple decorationin Thebes in Egypt [1]. Bowl-shaped sieves made of woven reedsor perforated ceramic vessels were used as the sieving surface [2].

The next authentic pictures of screens were documented by Agri-cola in 1558 [3].The industrial manufacture of screening surfaces, to be precise themanufacture of woven screen mesh, was started in the year 1838by the Dresden-based company of L. Herrmann [1]. Up to aroundthe first half of the 20th century, screening surfaces were pre-dominantly made of metal (e.g. woven screen mesh). The sec-ond half of the 20th century saw the introduction of rubber,polyurethane and other synthetic screening surfaces, which havebecome more and more common since then. Today, screeningsurfaces are some of the most widely used items of equipment inmechanical process engineering and mineral processing. They areused in the ore, coal, non-metallic minerals, chemical, recycling,foodstuffs and pharmaceutical industries, e.g. for screen sizing,

separation and dewatering.

Zur Theorie und Praxis des Siebbodeneinsatzes in der Wurfsiebung

Theory and Practice of the Use of the Screening Surfacein Throw Screening

Dr.-Ing. Achim Meinel, Tannenbergsthal*)

Théorie et pratique du rôle du fond de crible dansle criblage à jet

Acerca de la teoría y la práctica de la utilizaciónde fondos perforados en el cribado por cedazo

1. Einführung Siebe zählen zu den ältesten Werkzeugen der Menschheit. Eineder ersten Dokumentationen stammt aus dem Jahre 1500 v.Chr.Sie wurde in Ägypten auf einem Tempelbild aus Theben gefun-den [1]. Man benutzte z. B. schalenförmige Siebe mit geflochte-nem Schilf als Siebboden oder perforierte Keramikgefäße [2].

Nächste authentische Bilder zeigte Agricola 1558 [3].Die industrielle Siebboden-, definitiv Siebgewebeherstellungbegann im Jahre 1838 bei der L. Herrmann in Dresden [1]. Bisetwa zur ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts dominierten Sieb-beläge aus Metall (z. B. Siebgewebe). In der zweiten Hälfte kamenGummi-, Polyurethan- und andere Kunststoff-Siebböden hinzu,die seitdem immer größere Verbreitung finden. Heute gehörenSiebbeläge zu den vielfältig verwendeten Geräten und Ausrü-stungen der mechanischen Verfahrens- und Aufbereitungstechnik.Ihr Einsatz erfolgt auf den Gebieten der Erz-, Kohle-, Steine- undErden-, Chemie-, Recycling-, Nahrungsmittel- und Pharmaziein-dustrie, z.B. für die Siebklassierung, Sortierung sowie Flüssig-keitsabtrennung.

In der Siebklassierung müssen der gewählte Siebbelag und der

Siebklassierer konkret auf die Eigenheiten des Siebgutes, die

*) Büro für Verfahrenstechnik, Tannenbergsthal/Sachsen (D) *) Büro für Verfahrenstechnik, Tannenbergsthal/Sachsen (D)



gewünschte Trennkorngröße und Trennschärfe, den Durchsatzsowie die betrieblichen Rahmenbedingungen abgestimmt werden.So kommt es – je nach Einsatzfall – zu vielfältigen Siebboden-/Sieb-klassiererkombinationen und -varianten.Im Folgenden werden zunächst die besonderen Funktionen unddie Rolle der semipermeablen Trennfläche (Siebboden) zumSchwerpunkt Wurfsiebung – unter Berücksichtigung auch ande-rer Siebverfahren – aufgezeigt. Gleichzeitig sollen einige wichti-ge Ausrüstungselemente und -prinzipe herausgestellt und analy-siert werden, die zur Realisierung bzw. Sicherung der genanntenSiebbodenhauptfunktionen im Zusammenhang mit dem erziel-baren Sieberfolg und spezifischen Durchsatz erforderlich sind.

2. Hauptfunktionen der Siebböden2.1 AllgemeinesBei der Siebklassierung übernimmt die semipermeable Trennfläche– der Siebboden – zwei Hauptfunktionen:1.Trennung des Siebgutes nach Korngrößenklassen und2.Transport der Korngrößenklassen auf bestimmten, mit Sieb-

belägen ausgestatteten Siebklassierern (Bild 1).Bei der Trennung des Siebgutes in Korngrößenklassen auf denSiebböden, dem zentralen Trennorgan (1. Hauptfunktion), wer-den Fein- und Grobgut erzeugt. Dabei wird (im Idealfalle) beab-

In screen sizing, the selected screening surface and the screeningmachine itself must be matched specifically to the characteristicsof the feed material, the required cut-point and separation effi-ciency, the throughput rate and any special operating conditions.

Accordingly – to cater for the needs of the different applications– a wide range of screening surfaces and screen sizer combinationsand variants have been developed. The following paper beginswith a discussion of the specific functions and the role of the semi-permeable separating or screening surface, with a focus on throwscreening, although with consideration of other screening meth-ods. Also pointed out in the paper are selected important elementsand principles of screening surface configuration that are neces-sary to realize or ensure the fulfilment of the above-mentionedprincipal functions of the screening surface in connection with theachievable screening efficiency and specific throughput rate.

2. Principal Functions of Screening Surfaces2.1 GeneralIn screen sizing, the semi-permeable separating surface, i.e. the

screening surface, fulfils two principal functions:1. Separation of the feed material by particle size range2. Transport of the particle size ranges on certain screen sizers fit-ted with a screening surface (see Fig. 1).


Bild 1: Siebbodenhauptfunktionen: Trennung nach Korngrößenklassen mit besonderen Siebbelägen und Transport der Korngrößen-klassen auf Wurfsieben sowie Ausrüstungselemente und -prinzipe zur Realisierung der Siebbodenhauptfunktionen einschließlichGrobbewertung nach Trennschärfe und Durchsatz.

Trennung nach Korngrößenklassen mittels spezieller Siebbodenarten

Transport derKorngrößenklassen

auf Wurfsieben

Stahlplatten-SB

Gewebe-SB Harfengewebe-SB

N-Harfe S-Harfe

Öffnungs-form

Querschnitts-form

Öffnungs-weite I

Siebboden-dicke s/l

Siebboden-neigung

Stufen-siebboden

Stahl

Gummi

niedrig

mittel

hoch

sehr klein

niedrig

hoch

Polyurethan

Polyester

Tria-Harfe

Gummi- undPU-Platten-SB

Gummi- undPU-Siebmatten

Kragarm-Stangen-SB

DickschichtSiebung

DünnschichtSiebung

Siebboden-Hauptfunktionen

S i e b b o

d e n g e o m e t r i e

S

i e b b o d e n -

w e r k s t o f f

Ausrüstungselementeund -prinzipe zurRealisierung derSiebbodenfunktionen

niedrig mittel hoch

Trennschärfe

spez. Durchsatz




sichtigt, dass die Unterkornpartikel auf ihrem Weg durch die Sieb-öffnungen möglichst nicht behindert werden. Die Sieböffnungensollen frei von Verstopfungen durch Klemmkorn, Haftkorn, Ball-korn u. ä. sein. Die Unterkornbewegung durch die genannten Öff-nungen – und damit ihre Abtrennung – wird erst möglich, wenndie Unterkornpartikel aus einer bestimmten Gutbetthöhe in dieTrennflächennähe gelangen. Dazu ist der Korngrößenklassen-transport über die Siebfläche hinweg erforderlich (2. Hauptfunk-tion). Durch den Siebguttransport auf dem Siebbelag sollen einer-seits Differenzbewegungen zwischen dem Siebboden und denSiebgutpartikeln und andererseits zwischen den Gutpartikelnuntereinander (Auflockerung) ausgelöst werden.Je nach Art des Siebklassierers und des Siebbodens kommt esunter der Wirkung von Feldkräften (Schwer-, Zentrifugalkraft),vibrationsbedingten Massen- sowie Stoß-, Reibungs- und auchStrömungskräften zur Unterkornsegregation in Richtung Trenn-fläche, um diese schließlich – nach Wahrscheinlichkeitsgesetzen –zu passieren [4, 5]. Das Überkorn wandert über die Trennflächehinweg ins Grobgut. Bei kohäsivem bzw. siebschwierigem Gut

können hohe Siebbodenbeschleunigungen bzw. K V-Werte zur Desagglomeration sowie zur Reinigung der Sieböffnungen von

Verstopfungen beitragen [4–6]. Dabei muss die Massenkraft FM(Siebkraft) größer sein als die Summe der Haftkräfte FH, Klemm-

During the above-mentioned separation of the feed material inparticle size ranges on the screening surface, the central separat-ing element (1st principal function), fine and coarse material areproduced. In this process, the aim (in the ideal case) is to ensurethat the undersize particles are not hindered in their movementtowards and passage through the screen apertures. The screenapertures must remain free of any blockages, e.g. caused bypegged, sticky or ball-shaped particles, etc. The passage of theundersize particles through the apertures – and therefore their separation – is only possible when the undersize particles from acertain material bed height are able to reach the separating sur-face. For this purpose, the various particle size ranges must betransported over the screening surface (2nd principal function).The transport of the feed material on the screening surface is nec-essary to effect differential movement between the screening sur-face and the feed particles on the one hand and between the feedparticles themselves on the other (loosening of the feed materi-al). Depending on the type of screen sizer and the screening sur-face, the effect of field forces (gravity and centrifugal force), vibra-

tion-induced forces of inertia as well as of impact, frictional andhydraulic forces lead to the segregation of the undersize in thedirection of the separating surface and ultimately – in accordancewith the laws of probability [4, 5] – the passage of the undersize

Fig. 1: Principal functions of the screening surface: separation by particle size ranges by means of special screening surfaces and trans-port of the particle sizes on throw screens as well as elements and principles of the screening surface configuration for rea-lization of its principal functions, including a rough evaluation based on separation efficiency and throughput rate.

Separation by particle size ranges by means of special screening surface typesTransport of the

particle size classeson throw screens

Steel plate SSWoven mesh

SS Harp wire SS

N-harp S-harp

Apertureshape

Cross-sectional

profile

Aperturewidth I

Screen. surf.thickness s/l

Screen. surf.pitch s/l

Steppedscreen. surf.

steel

rubber

low

medium

high

very small

low

high

polyurethane

polyester

Tria-harp

Rubber andPU panel SS

Rubber andPU mats

Cantileverbars-SS

Thick-layerscreening

Thin-layerscreening

Principal functionsof the screening

surface

S c r e e n i n g s u r f a c e g e o m e t r y

S c r e e n i n g

s u r f a c e

m a t e r i a l

Elements andprinciples of

screening surfaceconfiguration forrealization of theprincipal functions of thescreening surface

low medium high

separation efficienty

throughput rate




kräfte FK und CoulombschenReibungskräfte FR [6]. Kriterienfür die Qualität des Trennvor-ganges sind u.a. die Trenn-schärfe oder der Siebgütegrad.Für die quantitative Transpor-

teffektivität ist z.B. der spezifi-sche Durchsatz ein wichtigesKriterium.

Wie man aus der Darstellungerkennt, sind die genanntenHauptfunktionen eines Siebbo-dens miteinander gekoppeltund gemeinsam für den Sieber-folg verantwortlich. Sie müssenfür einen erfolgreichen Klassier-vorgang konsequent aufeinan-der abgestimmt werden [14].

2.2 Trennung der Siebgü-

ter nach Korngrößen-klassen mit speziellenSiebbodenarten

Bei der Siebboden- bzw. Sieb-belags-Wahl sind die Art, Korn-größen- und Kornformzusam-mensetzung, Partikeloberfläche,Feuchte, Fließfähigkeit und dasReflexionsverhalten des Sieb-gutes, der verwendete Siebklas-sierer mit seinen Charakteristikasowie die geforderte Trenn-korngröße und der Durchsatz zubeachten.

Bild 2 zeigt einen grobenÜberblick möglicher Siebbo-denarten für verschiedene Sieb-bzw. Schüttgüter und Trenn-korngrößenbereiche. Diese rei-chen von leicht fließenden mitwenig Grenzkorn, über kohäsi-ve, feuchte mit viel Grenzkornbis hin zu nicht fließenden, sehr feuchten Gütern. Jeder Siebbe-lag wird bekanntlich auf einenspeziellen Siebklassierer mon-tiert, der mit ihm zusammenden Transport der Korngrößen-klassen bewirkt.Die oberflächlich glatten Stahl-Plattensiebböden (Bild 2a) mitgestanzten, gebohrten, gefräs-ten, mit Laser oder Wasserstrahlgeschnittenen Sieböffnungen (z. B. Kreis-, Quadrat- oder andereÖffnungen von Steinhaus [12] und anderen) bieten für die Mittel-bis Grobkornklassierung leicht fließender Siebgüter mit kubischen,aber auch stengeligen Körnungen relativ hohe Trennschärfen. Die-se Siebböden werden auf indirekt erregten Klassierern eingesetzt.Gewebesiebböden mit besonderen Quadrat- und Langmaschen(Bild 2b) in Leinwand-, Köper- oder anderer Bindung (z. B. vonHaver & Boecker, Hein, Lehmann, Isenmann, Meister, Steinhaus[8–12]) werden z. B. für leicht fließende, mit geringen Grenz-korngehalten versehene Siebgüter z.B. in der Chemie-, Erz-, Stei-

ne- und Erden- sowie Nahrungsmittelindustrie für die Fein- bisMittelkornklassierung mit hohen Trennschärfen genutzt.Zur Mittelkornklassierung siebschwieriger Güter mit hohen Grenz-korngehalten (z.B. feuchte Erze, Steine und Erden, Kohle, che-

through the screening surface.The oversize travels over theseparating surface and reportsto the coarse material. In the siz-ing of cohesive or difficult-to-screen materials, high screen

accelerations or Kv values cancontribute to deagglomerationand the dislodging of particlesblocking the screen apertures[4–6]. Consequently, the bodyforce FM (screen force) must begreater than the sum of theadhesive forces FH, peggingforces FK and Coulombs fric-tional forces FR [6]. Criteria for the quality of the separationprocess include the separationsharpness or screening efficien-cy. For assessment of the quan-

titative transport efficiency, thespecific throughput, for exam-ple, represents an important cri-terion.

As can be understood from theabove explanations, the princi-pal functions of a screening sur-face are linked to each other,and together they are responsi-ble for the efficiency of thescreening process. To ensuresuccessful sizing, the functionsmust be systematically harmo-nized with each other (see

[14]). In the following, thedependence of the selection of the screening surface on thetype of feed material and therequired cut-point is discussed.

2.2 Separation of the feedmaterials by particlesize range with speci-al types of screening surface

In the selection of the screendeck or screening surface, crite-ria to be considered include thetype, particle size and particleshape distribution, particle sur-face, moisture content, flowproperties and the reflectionbehaviour of the feed material,

the type of screen sizer used, with its specific characteristics, aswell as the required cut-point and throughput rate.Fig. 2 presents a general overview of possible screening surfacesfor different screen feeds or bulk materials and cut-point ranges.The feed materials range from easy flowing feed with a low near-size content, through cohesive, moist materials with a high per-centage of near-size particles to non-flowing materials with a highmoisture content. Every screening surface is fitted to a specialscreen sizer and, together with this sizer, it effects the transportof the particle size ranges.

The smooth-surface steel plate screen decks (Fig. 2a), with screenapertures that are punched, bored, machine-cut, or cut with laser or water jet (e. g. circular, square or other apertures from Stein-haus [12] and other companies), ensure relatively sharp separa-

Bild 2: Übersicht ausgewählter Siebböden bzw.-beläge (kurz:SB) für verschiedene Siebguteigenschaften sowie Trenn-korngrößen-(d T -)Bereiche: A) Stahlplatten-SB, B) Gewe-be-SB, C) Harfen-SB, D-Gummi- bzw. PU-Platten-SB,E) Gummi- bzw. PU-Siebmatten, F) Kragträger-Stan-gen-SB

Fig. 2: Overview of selected screening surfaces (abbreviated toSS) for various types and characteristics of screen feed

and cut-point (d T ) ranges A) Steel plate SS, B) Wovenmesh SS, C) Harp-wire SS, D Rubber or PU screen panel SS, E) Rubber or PU mats, F) Cantilever bar SS

SiebguteigenschaftenScreen feed characteristics

leicht fließend kohäsiv nicht fließendwenig Grenzkorn feucht , viel Grenzkorn sehr feucht

easy flowing cohesive non-flowinglow near-size moist, high near-size very moist




mische Produkte) finden Harfensiebböden [7] (Bild 2c und Bild 3)auf indirekt angetriebenen Siebmaschinen Anwendung.Die glatten D-Harfen- oder senkrecht zur Siebebene gewellten N-Harfen-Siebböden (Bild 3 a und b) sind zur Klassierung kohäsiver,feuchter, kubischer Siebgüter bei verminderter Trennschärfe und

hohen Durchsätzen geeignet. Dies gilt z.B. auch für die Klassie-rung von Kohle, wenn unter der Sieböffnungsweite von 10 mmein Wassergehalt von 8 Gew.-% nicht überschritten wird [6].Die horizontal gewellten S-Harfen- (mit quasi-quadratischer Öff-nung [16]) sowie die abwechselnd horizontal gewellten und glat-ten Tria-Harfen-Siebböden (Bild 3c und d) können bei feuchtemund klebrigem Siebgut in der Mittelkornklassierung z. B. für Koh-le, Erz sowie chemische und Nahrungsgüter beachtliche Trenn-schärfen erzielen.Bei den Siebböden erhöhen Querverbindungen aus hochver-schleißfähigem Kunststoff (z. B. spezielles PU) im Vergleich zugewebten Querverbindungen den Selbstreinigungseffekt und dieGebrauchsdauer des Siebbelages. Die genannte Selbstreinigungs-bewegung der Harfensiebböden ist durch etwa 10% Klopfkorn

der Korngröße von mindestens fünffacher Sieböffnungsweite im Aufgabegut zu gewährleisten [8–12].Für den Austausch eines gelochten Siebbodens mit Kreis- bzw.Quadratöffnung durch einen Harfensiebboden gelten für die Sieb-öffnungsweiten grobe Orientierungswerte.

Gummi bzw. PU-Plattensiebböden (Bild 2 d) eignen sich für dieTrocken- bzw. Nass-, Fein- bis Mittelkornklassierung kohäsiver,grenzkornhaltiger Siebgüter (z. B. Erze, Steine und Erden, Recyc-lingmaterialien u.ä.) auf indirekt erregten Siebmaschinen. Für feuchte, klebrige bzw. stark grenzkornhaltige Siebgüter wird eher weicher Gummi (35 Shore), für abrasive Materialien Gummigrößerer Härte (z. B. 60 Shore) eingesetzt. Ähnliches gilt auch für PU-Beläge, die in Härten von 35 bis 90 Shore mit gegossenen,konisch nach unten erweiterten Sieböffnungen unter 2 mm bis0,15 mm Sieböffnungsweite herstellbar sind [6, 12, 36–38].Die Siebbeläge kommen als sogenannte Befestigungssiebbödenmit eingebetteten Profilstahlarmierungen (Bild 4 [12] und Bild 5

[11]) oder als stahlseilverstärkte Längs- oder Querspanner (Bild 6[9]) auf indirekt erregten Siebmaschinen zum Einsatz. Armierungbzw. Stahlseileinbettungen dienen der Sicherung der Tragfähig-keit und damit auch der Erfüllung der 2. Hauptfunktion des Sieb-belages. Querspanner können u. a. bei partiellem Siebbodenver-schleiß oder -defekt montagefreundlich und kostengünstig für einen schnellen Siebbelagaustausch sorgen.Diese Siebbeläge gewinnen trotz ihres viel höheren Preises durchdie 10- bis 20fach größeren Standzeiten und den deutlich nied-rigeren Geräuschpegel im Vergleich zu Stahlsiebböden zuneh-mend an Bedeutung. So werden z. B. mehr als 60 % der Siebbe-läge in der deutschen Steine- und Erdenindustrie mit PU-Belägen

ausgerüstet. Drahtgewebesiebböden finden vor allem bei Anlagenmit diskontinuierlichem Betrieb und kleinen Durchsätzen Anwen-dung. Bei den Harfensiebböden (Bild 2c) entfallen 30 bis 50 % auf horizontal gewellte Böden (S-Harfen, Bild 3c) [6, 8, 9, 10, 11, 16,

tion for intermediate to coarse sizing of easily flowing feed mate-rials with cubic, but also columnar particles. These screeningsurfaces are used on indirectly vibrated sizing screens.

Woven screen mesh with special square and slotted apertures(Fig. 2b) in plain, twill or other weave (e.g. supplied by the com-panies Haver & Boecker, Hein, Lehmann, Isenmann, Meister,

G. Steinhaus [8–12]) is used, for example, for sharp fine to inter-mediate sizing of easy flowing feed materials with a low contentof near-size particles, e.g. in the chemical, ore, non-metallic min-erals and foodstuffs industry.For intermediate sizing of difficult-to-size materials containing ahigh percentage of near-size (e.g. damp ores, non-metallic min-erals, coal, chemical products), harp wire surfaces [7] (Fig. 2c andFig. 3) are used on indirectly vibrated screens.The smooth D harp wires or the N harp wire screen cloths undu-lating perpendicular to the screening level (Fig. 3a and b) are suit-able for sizing cohesive, moist, cubic feed with reduced separa-tion sharpness and high throughput rates. They are used, for example, for sizing coal, if a moisture content of 8 % is notexceeded below the screen aperture width of 10 mm [6].

The horizontally undulating S harp wires (with quasi square aper-tures [16]) as well as the alternately horizontally undulating andsmooth Tria harp screening surfaces (Fig. 3c and d) can achieveconsiderable separation sharpness in the intermediate sizing of moist and sticky feed, e.g. of coal, ore, chemicals and foodstuffs.In the above-mentioned screening surfaces, cross-bindings madeof highly wear-resistant synthetic materials (e.g. special PU)improve the self-cleaning effect and extend the service life of thescreening surface compared to woven cross-bindings. The above-mentioned self-cleaning motion of the harp screening surfaces canbe guaranteed by a feed content of around 10 % knocking par-ticles of a size at least five times the width of the screen aperture(see [8–12]).For the replacement of a perforated screening surface consisting

of circular or square apertures with a harp wire screening surface,the values in Fig. 9 (Section 4.1) can be taken as a rough guidefor the screen aperture widths.Rubber or polyurethane panel screening surfaces (Fig. 2d) are suit-able for dry or wet, fine to intermediate sizing of cohesive feed

Bild 3: Harfengewebe-SB: a) D-Harfen-SB, b) N-Harfen-SB, c) S-Harfen-SB, d) Tria-Harfen-SB

Fig. 3: Harp wire SS: a) D-harp SS, b) N-harp SS, c) S-harp SS,d) Tria-harp SS

Bild 4: Polyurethan (kurz: PU-)-System-SB in Kassettenaus-führung mit konisch nach unten erweiterten Quadrat-Sieböffnungen und Stahlarmierung, Steinhaus GmbH,Mühlheim a. d. Ruhr

Fig. 4: Polyurethane (abbreviated to PU-) system DF in cassette design with conically flared square screen apertures and steel reinforcement, supplied by Steinhaus GmbH, Mühl-heim a. d. Ruhr




32, 35, 37–39]. Für die Mittel-kornklassierung nicht fließender,sehr feuchter Siebgüter (z. B.Recycling-, Holz- und Schlacke-Materialien) auf Spannwellen-siebmaschinen werden vielfach

gestanzte Gummi- oder PU-Siebmatten mit oder ohne Cord-armierung eingesetzt (Bild 2eund Bild 7 [37]).Die mit zylindrischen, an Quer-trägern befestigten Kragstäbenausgerüsteten Kragträger-Stan-gensiebbeläge (Bild 2f) dienender Mittel- und Grobkornklas-sierung sehr siebkritischer, kohä-siver, feuchter, nicht fließender Siebgüter (z.B. Baumischabfälle,Recyclingmaterialien u. ä.). Siewerden zunehmend in Kaska-den-Anordnung – unter ver-schiedenen Bezeichnungen –auf indirekt erregten Siebmaschi-nen eingesetzt. Dabei werdenhohe Durchsätze, jedoch unter geminderter Trennschärfe erzielt[13]. Kragträger-Stangensiebbö-den können auch als feste Rostedienen, z.B. für siebschwierigeMaterialien zur Vorklassierungim Grobkornbereich mit sehr niedrigen Trennschärfen [13].

2.3 Transport der Korn-größenklassen auf

bestimmten Siebklas-sierern

Siebguttransport auf bestimmtenSiebklassierern wird in Bild 1 dar-

containing near-size particles (e.g. ores, non-metallic minerals,recycled materials, etc.) on indirectly vibrated screens. For moist,sticky feeds, which may contain a high-percentage of near-size,soft rubber (35 Shore) tends to be used, whereas for abrasivematerials, rubber with a higher hardness (e.g. 60 Shore) is used.The same applies to polyurethane surfaces which can be producedin hardnesses from 35 to 90 Shore, with moulded, conically flared

screen apertures below 2 mmto 0.15 mm screen aperturewidth [6, 12, 36, 37, 38].The above-mentioned screen-ing surfaces are used as rein-forced screens with embeddedsectional steel reinforcements

(e. g. Fig. 4 [12] and Fig. 5 [11])or as longitudinally or cross-ten-sioned screening surfaces rein-forced with steel cord (e. g.Fig. 6 [9]) on indirectly vibratedscreens. Reinforcement or embedded steel cord is used toensure the load-carrying capac-ity of the screening surface, andtherefore the fulfilment of itssecond principal function (inthis context, see Section 4.2,Fig. 11). For partially worn or defect screens, cross-tensionedscreening surfaces can enablequick, easy and low-costreplacement of the screeningsurface. Despite costing aroundten times more than steelscreening surfaces, the above-mentioned screening surfacesare steadily growing in impor-tance thanks to their 10 to 20times longer service lifetimesand the much lower noise level.More than 60 % of the screensused in the German non-metal-lic minerals industry areequipped with PU screening

surfaces. Wire mesh surfaces areused mainly in plants with inter-mittent operation and smallcapacities. Of the harp wire

Bild 5: PU-SB vom Typ PolyDEXSystem „VF“ mit horizontal gewellten Einzelstegelementen, konisch nach untenerweiterten Sieböffnungen und Stahlarmierung, Gustav Meister GmbH, Spezialfabrik für Industriesiebe, Bever-ungen

Fig. 5: PolyDEXSystem “VF” PU-SF with horizontally undula-ting single web elements, conically flared screen apertu-res and steel reinforcement, supplied by Gustav Meister GmbH, Spezialfabrik für Industriesiebe, Beverungen

Bild 6: PU-Lemanit-Spannsieb mit konisch erweiterten Quadrat-und Langloch-Sieböffnungen sowie eingebetteter Stahl-armierung, Fa. Hein Lehmann, Trenn- und Fördertechnik GmbH, Krefeld

Fig. 6: PU-Lemanit flip flow screen with conically flared square and slotted apertures as well as embedded steel rein-forcement, supplied by Hein Lehmann, Trenn- und För-dertechnik GmbH, Krefeld

Bild 7a und b: Siebmatten aus Gummi, Typ Gigant bzw. PU,Typ Küprene mit gestanzten bzw. in Formen gefertig-ten Sieböffnungen, Fa. Gummi Küper GmbH & Co KG,Bochum

Fig. 7a and b Screen mats made of rubber, type Gigant and PU, type Küprene with punched or moulded screen aper-tures, supplied by Gummi Küper GmbH & Co KG,Bochum



AUFBEREITUNGS TECHNIK 46 (2005) Nr. 7 15

gestellt. In dieser Übersicht wer-den zunächst mehrere Klassierer genannt. Die gezeigten Siebklas-sierer beziehen sich auf Wurfsie-be. Über die besonderen Prob-leme der Optimierung der Sieb-

boden- und Partikelbewegungauf Wurfsieben und anderen Sieb-maschinen wurde vom Autor bereits unter [4, 5] berichtet.Je nach Anwendungsfall existie-ren in der Praxis eine beträchtli-che Anzahl von Siebbelagsarten,stattliche Siebklassieranzahlenmit Modifikationen sowie einehohe Zahl von Siebboden-/Sieb-klassierer-Kombinationen. In den

Abschnitten 3 bis 5 wird ver-sucht, bestimmte Ausrüstungs-elemente und -prinzipe heraus-

zustellen, die konkret für die Rea-lisierung der beiden Siebboden-hauptfunktionen in der Wurfsie-bung verantwortlich sind.

3. Ausrüstungselemente und -prinzipe zur Realisierung der Siebbodenhauptfunktionen

Zu den wichtigen Ausrüstungselementen und -prinzipen zählenSiebbodengeometrie, -werkstoffe und spezifische mechanischeKonstruktionsprinzipe.

screens (Fig. 2c), horizontallyundulated surfaces (S-harp wire,Fig. 3c) account for 30 to 50 %[6, 16, 35] (see also the compa-ny publications [8, 9, 10, 11, 32,37, 38, 39]). For intermediate

sizing of non-flowing, very moistscreening materials (e. g. recy-cled, wood and slag materials)on flip-flow screens, punchedrubber or PU screen mats withor without cord reinforcementare used (see Fig. 2e and Fig. 7[37]).The cantilever bar screening sur-faces equipped with cylindricalcantilever bars (fixed to cross-members) (Fig. 2f) are used for intermediate and coarse sizingof very difficult-to-screen, cohe-

sive, moist, non-flowing feedmaterials (mixed constructionsite waste, recycled materials,etc.). They are used increasing-

ly in cascade arrangements – available under different names – onindirectly vibrated screens. High throughput rates are obtained,but with reduced separation efficiency [13]. Cantilever bar screen-ing surfaces can also be used as fixed grates, e.g. for scalping dif-ficult-to-screen materials in the coarse size range with very lowseparating sharpness [13].

Bild 8: Kontakt-, bzw. Reibflächen, -kanten und -punkte zwi-schen verschiedenen Partikelformen und speziellen Sieb-öffnungs- und -querschnittsformen.

Fig. 8: Contact or frictional surfaces, edges and points betweenvarious particle shapes and special screen aperture sha-pes and cross-sectional profiles

QuerschnittsformCross-sectional profile

Öffnungsform Apterture shape

Kugel

Sphere

PyramidenstumpfTruncatedpyramid

QuaderCuboid

SiebbodengeometrieScreening

surfacegeometry

Particle shapePartikelform




Über elektrische und Strömungsprinzipe wurde bereits unter [6]und [13] berichtet. Zu den spezifischen mechanischen Konstruk-tionsprinzipen wird voraussichtlich unter [41] veröffentlicht.In Bild 1 werden die genannten speziellen Ausrüstungselementeund -prinzipe mit den Siebbodenhauptfunktionen 1 und 2 unddem erreichbaren Sieberfolg sowie Durchsatz in Verbindung

gebracht, d. h. es wird ihre Anwendung bei bestimmten Siebbö-den und Siebklassierern unter dem Schwerpunkt der Wurfsiebeanalysiert. Dabei kann zunächst festgestellt werden: Es existierteine hohe Zahl an Ausrüstungselementen und -prinzipen, die z.T.im komplexen Zusammenhang stehen. Deshalb ist es kaum mög-lich, die Wirkung eines einzelnen Elementes oder Prinzips auf denerreichbaren Sieberfolg oder Durchsatz allein zu analysieren, ohneandere Elemente zu berücksichtigen. Trotzdem wird in der Matrixdes Bildes 1 der Versuch gemacht, bei der Anwendung der be-schriebenen Elemente und Prinzipe einen gewissen Trend in ihrer

Wirkung auf den Sieberfolg zu erkennen bzw. zu bewerten (Qua-drate und Kreise). Jedes auf einer horizontalen Zeile angeführte

Ausrüstungselement steht in Beziehung mit einer bestimmten, innebenstehender Spalte angeführten Siebbodenart und einem defi-

nierten Siebklassierer, auf die das jeweilige Konstruktionselementzutrifft (siehe Quadrate und Kreise). Jede Spalte enthält Hinwei-se auf die Anwendbarkeit und den Klassiererfolg des jeweiligen

Ausrüstungselementes oder -prinzipes.

4. SiebbodengeometrieBei der Siebbodengeometrie üben besonders die Siebbodenöff-nungs- und -querschnittsform, die Sieböffnungsweite l, das Ver-hältnis Siebbodendicke s zur Öffnungsweite l sowie die Siebbo-denneigung ß wesentlichen Einfluss auf den Trennerfolg und denDurchsatz aus. Außerdem können Stufen-(Kaskaden-)siebbödenzur Durchsatzsteigerung beitragen.

4.1 Siebbodenöffnungs- und -querschnittsformen

sowie Öffnungsweite l Allgemein bei siebschwierigem Gut – besonders aber im Grenz-kornbereich – sind die Öffnungs- und Querschnittsformen sowiedie Öffnungsweite des Siebbelages von wesentlichem Einfluss auf den Durchgangs- bzw. Reibwiderstand zwischen Partikel und Sieb-öffnung (Bild 8). Danach besitzt z.B. ein kugelförmiges Partikelbeim Kontakt mit der kreisförmigen Öffnung (Bild 8/1.1.) theo-retisch unendlich viele, mit der Quadrat-Öffnungsform (Bild8/1.2.) vier, der Dreieck-Öffnungsform (Bild 8/1.3.) drei und mitder Rechtecköffnungsform (Bild 8/1.4) zwei Berührungs- bzw.Reibstellen.Gelochte Plattensiebböden mit Kreis- oder Quadratlochung wer-den sowohl aus Metall (Stahl) als auch aus Gummi oder Poly-urethan (Bild 1 und Bild 2 a) gefertigt. Gewebesiebböden mitQuadratöffnung (Bild 2 b) sind daher für siebschwieriges Gut mithohem Grenzkorn- und Feuchteanteil ungeeignet. Dafür solltenHarfensiebböden mit langförmiger Rechtecksieböffnung oder qua-si-quadratischer Öffnung (Bild 3) verwendet werden [14–16].

Von der Siebung auf gelochten Stahlplatten ist bekannt, dass dieRechtecköffnung die höchste Trenngrenze besitzt, gefolgt von der Quadratöffnung und schließlich der Kreisöffnung mit der nied-rigsten Trenngrenze, die ähnlich liegt wie eine Sechsecköffnung.Für naturrunden Sand oder gebrochenen Kalkstein zeigen auchgelochte Gummiplatten den gleichen Trend. Eine Ausnahme bil-det die Gummiplatte mit Sechsecköffnung [17]. Die Ermittlungder Trenngrenze folgt z. B. der Definition gleicher Fehlkornantei-le im Rückstand und Durchgang für die zu vergleichenden Sieb-öffnungen der Prüfsiebböden.Die Frage nach der äquivalenten Sieböffnung, d. h. nach jener

Bemessung des Ausstauschsiebbodens, der das gleiche Klassie-rergebnis liefert wie der bisher benutzte Siebboden, beantwortetder Äquivalenzfaktor A. Dieser stellt das Verhältnis der Aus-tauschsieböffnungsweite l A zur Sieböffnungsweite lB der bisheri-

2.3 Transport of the particle size ranges on certainscreen sizers

The transport of the feed material on certain screen sizers is shownin Fig. 1. Several sizers are specified initially in this overview. Thescreen sizers shown are based on the principle of throw screen-ing. The author has already discussed the particular problems

associated with the optimization of the screening surface and par-ticle motion on throw screens and other screens in [4, 5].Depending on the application, a considerable number of screen-ing surface types, numerous screen sizers with modifications anda multitude of screening surface/screen sizer combinations areavailable in the field. In the following sections 3 to 5, certain ele-ments and principles of screening surface configuration are dis-cussed as these are responsible for the realization of the above-mentioned two principal functions of screening surfaces in throwscreening.

3. Elements and Principles of Screening SurfaceConfiguration for Realization of the PrincipalFunctions of the Screening Surface.

The most important elements and principles of configuration arethe screening surface geometry, materials and specific mechani-cal design principles.Electric and flow principles have already been discussed in [6] and[13]. A report on the specific mechanical design principles isscheduled to be published in [41].In Fig. 1 (Table, matrix), the above-mentioned special elementsand principles of configuration are shown in relation to the prin-cipal functions 1 and 2 of the screening surface, the achievablescreening efficiency and throughput, i. e. their application forcertain screening surfaces and screen sizers is analysed with afocus on throw screens. Firstly, it can be established that a largenumber of elements and principles of configuration exists, some-times in complex relationships with each other. For this reason,

it is hardly possible to analyse the effect of a single element orprinciple on the achievable screen efficiency or throughput with-out analysis of the other elements. Nevertheless in the matrixshown in Fig. 1, an attempt is made to identify and assess acertain trend in the effect of the application of the above-men-tioned elements and principles on the screen performance(squares and circles). Every element of configuration on a hori-zontal row is related to a certain type of screening surface listedin the adjacent column and a defined screen sizer, to which therespective design element applies (see above-mentioned squaresand circles). Every column contains indications regarding theapplicability and sizing efficiency of the respective element or prin-ciple of configuration. In the next section, we shall start with theelements of configuration of the screening surface geometry.

4. Screening Surface Geometry With regard to the screening surface geometry, the shape of thescreening surface apertures and their cross-sectional profile, thescreen aperture width I, the ratio of the screening surface thick-ness s to the aperture width I and the pitch of the screening sur-face ß are particularly important factors influencing separation effi-ciency and the throughput rate. Moreover, stepped (cascade)screening surfaces can improve throughput rates.

4.1 Screening surface aperture shape, cross-sectionalprofile and aperture width

In the case of difficult-to-screen material in general, but in thenear-size range in particular, the aperture shape and cross-sec-tional profile as well as the aperture width of the screening sur-

face have an important influence on the resistance to passage or frictional resistance between particles and screen aperture (Fig. 8).

Accordingly, on contact with a circular aperture, a spherical par-ticle has a theoretically infinite number of contact or frictional




gen Betriebsöffnung dar: A =l A/lB . Für den Fall des Austau-sches eines gelochten Stahl-siebbodens durch einen Har-fensiebboden gelten die gro-ben Anhaltswerte nach Bild 9

[18]. Auf Harfensiebböden wirdnoch einmal unter [41] einge-gangen. Jeder Siebboden-Öff-nungsform ist eine bestimmteQuerschnittsform zugeordnet.Im Bild 8/6 bietet die in Sieb-richtung erweiterte Trapezformhinsichtlich des Durchgangs-widerstandes das günstigste

Verhalten, gefolgt von der Kreisquerschnittsform (Bild8/5). Die Trapezquerschnitts-form wird z.B. bei den geloch-ten Polyurethan-Siebplatten

(Bild 1 und Bild 2/D) mit Erfolgfür siebschwieriges Gut einge-setzt. Der Flankenwinkel an der Trapezöffnung liegt zwischen 3und 10°. Die Querschnittsformmit den geraden Flanken (Bild8/7) zeigt die größte Reibflächeund den höchsten Bewegungs-widerstand. Sie ist bei denStahlsiebböden für grenzkornhaltiges Siebgut kaum geeignet (sie-he Abschnitt 2.2). Die Umsetzung der Hauptfunktionen 1 und 2des Siebbodens wird auch wesentlich durch das Verhältnis der Siebbodendicke s zur Öffnungsweite l bestimmt.

4.2 Verhältnis Siebbodendicke s zur Öffnungsweite l Vom Verhältnis s/l ist die offene Siebfläche Aoff eines Siebbodensund damit auch der spezifische Durchsatz abhängig. Für eine Qua-dratmasche lautet z.B. die Beziehung

Aoff =1/(1+s/l)2 ·100 [%] (1)

Weiter ist bekannt, dass mit dünner werdenden Siebbodendickenund abnehmendem Verhältnis Siebbodendicke s zur Sieböffnungs-weite l der Partikeldurchgangswiderstand sinkt. In Bild 10 wirddiese Tatsache rechnerisch belegt. Für den Fall eines Kugelparti-kels an einem Kreisquerschnitt lautet die Klemmkraft

FKl ~ (s/l )3 bzw. FKl = FG/2 · sin . (2)

Die vertikalgerichtete Reibkraft beträgt

FR = FG · /2 · tan , (3)die für diesen Fall identisch mit dem Durchgangswiderstand ist.Dabei wird gemäß. Bild 10 [19]

tan = d (s+d)/(s+l)2. (4)

Das heißt: Mit kleiner werdender Siebbodendicke s bei konstan-ter Öffnungsweite l und Korngröße d fallen die Klemmkraft FKlund Reibkraft FR , was gleichbedeutend mit abnehmendem Par-tikelwiderstand ist.

Als Schlussfolgerung gilt: Die Siebbodendicke s und die Stegbreiter sind zur Realisierung der Hauptfunktion 1 (Trennung nach Korn-größenklassen) des Siebbodens so gering wie möglich zu gestal-ten. Dem steht jedoch dabei die Umsetzung der Hauptfunktion 2des Siebbodens (Transport der Korngrößenklassen) entgegen,

wonach der Siebbelag zur Gewährleistung einer ausreichendenSiebguttragfähigkeit eine möglichst hohe Steifigkeit E · I unddamit eine entsprechend hohe Belagstärke s besitzen sollte. Dieskommt besonders bei Gummi- oder Polyurethan-Siebbelägen

points (Fig. 8/1.1), but only four contact points with a squareaperture (Fig. 8/1.2), three con-tact points with a triangular aperture (Fig. 8/1.3) and twocontact points with a rectangu-

lar aperture (Fig. 8/1.4). Perfo-rated screen decks with circular or square apertures are madefrom metal (steel) as well as fromrubber or polyurethane (Fig. 1and Fig. 2a). For the reasonsexplained above, screens withsquare apertures (Fig. 2b) areunsuitable for sizing difficult-to-screen material with a high near-mesh and moisture content. For such applications, harp screenswith slotted screen apertures or quasi-square apertures (Fig. 3)

should be used (see Section 2.2.[14–16]).From screening on perforatedsteel plates, it is known that therectangular aperture has thehighest cut-point, followed bythe square aperture, and finallyby the circular aperture with thelowest cut-point, which is in a

similar range to that of a hexagonal aperture. For naturally roundsand or crushed limestone, perforated rubber screening surfacesshow the same trend. An exception is the rubber deck with hexag-onal apertures [17]. The determination of the cut-point is based,for example, on the definition of the same percentages of mis-

placed particles in the screen oversize and undersize for the screenapertures of the test screening surfaces compared. The questionregarding the equivalent screen aperture, that is regarding dimen-sioning of a replacement screen surface to provide the same siz-ing performance as the screening surface used previously, isanswered with the equivalence factor A. This represents the ratioof the replacement screen aperture width l A to the screen aper-ture width lB of the previous operating aperture: A = l A/lB. For thereplacement of a perforated steel screening surface with a harpwire screening surface, the values in Fig. 9 can be applied as arough guide [18]. Harp screens are discussed again in [41]. A cer-tain cross-sectional profile is assigned to every screen apertureshape.In Fig. 8/6, the trapezoidal shape flared in the direction of screen-ing exhibits the best behaviour in respect of resistance to passagethrough the screen, this is followed by the circular cross-section-al profile (Fig. 8/5). The above-mentioned trapezoidal cross-sec-tion is used effectively in perforated polyurethane screens (Fig. 1and Fig. 2/D) for sizing difficult-to-screen material. The flank angleat the trapezoidal aperture ranges between 2 and 10°. The cross-sectional profile with the straight flanks (Fig. 8/7)exhibits the great-est frictional area and the highest resistance to particle motion. Itis hardly suitable in steel screening surfaces for sizing feed withnear-size particles (see Section 2.2). The realization of the princi-pal functions 1 and 2 of the screening surface is also influencedsignificantly by the ratio of the screening surface thickness s to theaperture width I.

4.2 Ratio of the screening surface thickness s to the

aperture width IThe open screen area Aoff of a screening surface and therefore alsothe specific throughput rate are dependent on the ratio s/l. For asquare mesh, for example, the relationship is as follows:

Bild 9: Möglichkeiten der Sieböffnungswahl beim Austauscheines Stahlplatten-SB oder Gewebe-SB durch äquvalente Harfen-SB mit entsprechenden Äquivalenzfaktoren

Fig. 9: Possibilities for screen aperture selection for replacement of a steel plate SS or woven SS with equivalent harpwire SS with corresponding equivalence factors

herkömmliche Sieböffnung / conventional screen aperture

Harfen-Sieböffnung / Harp wire screen aperture




zum Tragen, die z.B. einen um zwei Zehnerpotenzen niedrigerenE-Modul als Stahl-Siebböden besitzen.

Die Siebbodenabmessungen und damit auch das Verhältnis s/lwerden durch den Siebbodenhersteller meist empirisch festgelegt.Die folgenden theoretischen Überlegungen sollen eine rechneri-sche Möglichkeit aufzeigen, die Forderungen an die Erfüllung der Hauptfunktionen 1 und 2 durch die Belagdicke s in Übereinklangzu bringen. Dies wird am einfachen Beispiel eines Modellsiebbo-dens mit quadratischen Sieböffnungen dargelegt. Bei diesem Sieb-belag sollen die Belagdicke s und die Stegbreite r zwischen denSieböffnungen gleich sein. Außerdem werden die Siebboden-grundfläche mit den Hauptabmessungen B und L sowie die Belag-einzelflächen mit den Abmessungen a und b (Bild 2d) und dieSiebbodenbeaufschlagung q als konstant angenommen. Es gel-ten verschiedene Belagwerkstoffe: Stahl pur, PU- bzw. Gummi-Stahlkombinationen (mit unterschiedlichen Profilstahlarmierungenoder Stahlsseilen) sowie PU pur. Daraus resultieren unterschied-liche mittlere Gesamtfestigkeiten Rm der zu vergleichenden Sieb-beläge.Die offene Siebfläche Aoff soll als wichtige Größe für die Erfüllungder Siebbodenhauptfunktion 1 und die vorgeschlagene Kennzif-fer der Tragesicherheit

S = Rm/ (5)

als repräsentative Größe für die Gewährleistung der Siebboden-hauptfunktion 2 gelten. Die belastungsabhängige maximale Sieb-bodenspannung wird nach der folgenden vereinfachten Gl.ermittelt:

x,y ~ · p · b2/s2, = f (a/b) [20–22]. (6)

Die Siebbodenspannung ist proportional der Belastung p und

umgekehrt proportional dem Quadrat der Siebbodenstärke s. DieSicherheit S von Bauteilen wählt man im allgemeinen Maschi-nenbau mit 2–4. Für diese Gesetzmäßigkeiten enthält das Dia-gramm im Bild 11 auf der linken Ordinate die offene Siebfläche

Aoff =1/(1+s/l)2 ·100 [%] (1)

Further it is known that the resistance to passage of the particlesthrough the screen falls with increasingly thin screening surfacethickness and decreasing ratio of the screening surface thicknesss to the screen aperture width I. In Fig. 10 this fact is proven basedon calculations. For the case of a spherical particle at a circular cross-section, the pegging force is

FKl ~ (s/l )3 bzw. FKl = FG/2 · sin . (2)

The vertically directed frictional force is

FR = FG · /2 · tan , (3)

which for this case is identical to the resistance to passage. Here,in accordance with Fig. 10 [19]:

tan = d (s+d)/(s+l)2. (4)

That means: with decreasing screening surface thickness s and atconstant aperture width I and particle size d, the pegging forceFKl and frictional force FR fall, which is synonymous with decreas-ing particle resistance.

The conclusion is that in the design of the screening surface thethickness of the screening surface s and the thickness of the webr should be minimized in order to realize the principal function 1(separation by particle size range) of the screening surface. This,however, (in this case) conflicts with the requirements to fulfil theprincipal function 2 of the screening surface (transport of the par-ticle sizes), according to which the screening surface should exhib-it maximize rigidity E I and should thus have a correspondinglyhigh thickness to guarantee a reliable feed carrying capability. Thisis particularly important in the case of rubber or polyurethanescreening surfaces, as their modulus of elasticity is lower than thatof steel screening surfaces by two factors of ten.

Bild 11: Offene Siebfläche Aoff und Tragesicherheit S in Abhän-gigkeit des Verhältnisses s/l der Siebflächendicke s zur Öffnungsweite l für verschiedene Siebbodenwerkstoffe bzw. Werkstoffkombinationen als Parameter unter Berücksichtigung der SB-Gesamtfestigkeit Rm und der SB-Einzelflächengröße a·b. Es bedeuten: St Federstahl,K Kunststoff PU bzw. Gummi, K/St Kombination Kunst-stoff mit Stahlarmierung

Fig. 11: Open screening surface area Aoff and reliable load carrying capacity as a function of the ratio s/l of the thickness of the screening surface s to the aperture width l for various screening surface materials and material combinations as parameters with considerati-

on of the SS total strength Rm and the size of the SS individual sub-sections a·b. Key: St spring steel, K syn-thetic PU or rubber, K/St combination of synthetic withsteel reinforcement

Rm steigendRm increasing

a · b steigenda · b increasing

Bild 10: Schwerkraft F G , Klemmkraft F Kl und Reibkraft F R zwi-schen einem Kugelpartikel der Abmessung d und einer Siebmasche der Öffnungsweite l sowie der Dicke s

Fig. 10: Gravity F G , pegging force F Kl and frictional force F Rbetween a spherical particle of the size d and a screenmesh with the aperture width l and the thickness s




Aoff und auf der rechten Ordinate die Tragesicherheit S. BeideGrößen (Aoff und S) werden in Abhängigkeit des Verhältnisses s/lder Belagdicke s zur Öffnungsweite l aufgetragen.

Als Parameter dienen die Gesamt-Zugfestigkeit Rm des jeweiligenSiebbodens (Index: St Stahl, K/St 2 PU-Stahlkombination, K/St 1Gummi-Stahlkombination, K PU pur) sowie die Einzelflächenab-

messungen a und b.Im Diagramm markieren die Schnittpunkte der jeweiligen S-Kur-ven mit der Aoff -Kurve auf der Abszisse den zugehörigen Opti-malwert s/lopt – des betreffenden Belages. Je größer die mittlereFestigkeit Rm des Siebbelages (z.B. Rm Stahl > Rm PU/Stahl > Rm PU

pur ) und je kleiner die Belag-Einzelflächengröße a · b ist, umsogeringer wird das Verhältnis s/l, das heißt umso dünner darf dieSiebbodendicke s gewählt werden. Insgesamt muss ein kon-struktiver Kompromiss gefunden werden: Die Siebbodenplatten-bzw. – profilstärke s sollte so dünn wie möglich, jedoch so dick wienötig sein.

4.3 SiebbodenneigungDie Siebbodenneigung ist von maßgebender Bedeutung für den

Siebguttransport und den Klassiervorgang. Hohe Trennflächen-neigungen ß steigern z.B. unter optimaler und vergleichmäßig-ter Aufgabemenge [23] die Guttransportgeschwindigkeit, fördern– besonders bei der Dünnschichtsiebung – den Unterkorntrans-port durch die Sieböffnungen und damit den Massendurchsatz.

Außerdem verringern sie bei richtiger Siebneigungswahl die Ver-stopfungsgefahr [6, 24–28]. Beim festen Rost muss der Siebnei-gungswinkel ß größer als der Gutschüttwinkel schütt sein. DieTransportgeschwindigkeit vtr auf direkt mit Stößeln, Schlagleistenoder mit Ultraschallresonatoren erregten Siebflächen kann nachden Gl. entsprechend [6, 24, 29] bestimmt werden. Danach sind

The screening surface dimensions and thus the ratio s/l are usu-ally determined empirically by the screening surface manufacturer.The following theoretical considerations are intended to show apossible calculation to harmonize the requirements for the screen-ing surface thickness s in order to fulfil the principal functions 1and 2. This is explained based on the simple example of a model

screening surface with square-shaped screen apertures. For thisscreening surface, the surface thickness s and the web thicknessr between the screen apertures should be the same. In addition,the area of screening surface with the main dimensions B and Land the areas of the individual sub-sections of the screening sur-face with the dimensions a and b (see Fig. 2d) and the effectivehourly capacity of the screening surface q should be assumed tobe constant. Various surface materials are considered: straight steel,PU- or rubber-steel combinations (with different sectional steelreinforcement or steel cords) as well as straight PU. This results indifferent mean total strengths Rm of the screening surfaces to becompared. The open screen area Aoff must be considered as animportant variable for the fulfilling the first principal function of the screen surface and the proposed coefficient of the reliable car-

rying capacityS = Rm/ (5)

as the representative value for guaranteeing fulfilment of the sec-ond principal function of the screening surface. The load-depen-dent maximum screening surface tension is calculated accord-ing to the following simplified formula:

x,y ~ · p · b2/s2, = f (a/b) [20–22]. (6)

The tension of the screening surface is proportional to the load pand inversely proportional to the square of the screening surface




z.B. bei einem Siebneigungswinkel ß von 40° Transportgeschwin-

digkeiten über 1 m/serreichbar. (Bild 12) [6]. Für eine überschlägi-ge Durchsatzbestimmung kann die Gl.

Q = B · L · vtr (1 – ) (7)

dienen. Die Siebbodenneigungß bewirkt mit der Verringerungdes Gutauftreffwinkels auch die

Verkleinerung der projiziertenMaschenweite und an Stelle der Quadratöffnung eine projizierteTrapezöffnung der Siebmasche.Hinzu kommt die sieberre-gungsbedingte, dynamischeDrahtverdickung der Siebgewe-

bequerdrähte (sogenannter Schmidt’scher Effekt). So tritteine Trennkorngrößenverringe-rung ein. Die Trennkorngrößewird:

dT ≈ l · cos ß [24]. (8)

Beim gebräuchlichen Neigungs-winkel ß = 35° wäre das dT ≈ 0,9· l. Für die Erhöhung des Ver-hältnisses dT/l setzt man in der Praxis für hohe Siebflächennei-gungen Langmaschensiebge-webe von l’/ l = 1/3 an Stellevon Quadratmaschengewebeein. Zur Durchsatzerhöhungtragen auch die im folgenden

Abschnitt behandelten Stufen-siebböden bei.

4.4 Stufen- bzw. Kaska-densiebböden

Stufenförmig angeordnete Sieb-böden (Stufenroste, Kaskaden-siebböden) bewirken an denStufenübergangsstellen die Sen-kung des Unterkorndurch-gangswiderstandes und Er-höhung der Siebgutumwäl-

zung. Dieses Konstruktionsprin-zip trägt schließlich zum deut-lichen Anstieg des Massen-durchsatzes in der Nähe des

thickness s. In general mechanical engi-neering, the reliability S of componentsis selected as 2...4. For the above prin-ciples, the diagram in Fig. 11 shows theopen screening area on the left ordi-nate and the reliable load carrying

capacity S on the right ordinate. Thetwo values (Aoff and S) are plotted as afunction of the ratio s/l of the surfacethickness s to the aperture width l.The parameters used are the total ten-sile strength Rm of the respectivescreening surface (index: St steel, K/St2 PU-steel combination, K/St 1 rubber-steel combination, K straight PU) andthe dimensions a and b of the individ-ual sub-sections.In the diagram, the intersections of therespective S curves with the Aoff curve

on the abscissa indicate the associated optimal value s/lopt. of the

screening surface in question. The higher the mean strength Rmof the screening surface (e.g. Rm steel > Rm PU/steel > Rm straight PU)and the smaller the area a b of the individual sub-sections, thesmaller the ratio s/l becomes, i.e. the thinner the thickness of the

screen deck s can be selected.Overall, a design compromisemust be found. The screeningsurface plates or section thick-ness s should be so thin as pos-sible, but as thick as necessary.

4.3 Screening surface pitchThe pitch of the screening sur-face is of crucial importance for

the transport of the screen feedand the sizing process. At anoptimal and steady feed rate[23], high angles of the sepa-rating surface ß, for example,increase the velocity of thematerial transport, promotetransport of the undersizethrough the screen apertures –particularly in thin layer screen-ing and therefore the massthroughput. In addition, thecorrect selection of the screenpitch can reduce the danger of blinding [6, 24–28]. For rigidgrate-type screens, the pitch of the screen ß must be greater than the angle of repose of thematerial schütt. The transportvelocity vtr on screens directlyvibrated with tapping elements,rapper bars or with ultrasonicresonators can be determined inaccordance with the formulaeafter [6, 24, 29]. According tothese, at a screen pitch ß of 40°,for example, transport velocitiesover 1 m/s are possible. In thisconnection, please refer to Fig.

12 [6]. The formula

Q = B · L · vtr (1 – ) (7)

can be used for a rough calcu-

Bild 13: Fehlkornanteil im Siebüberlauf in Abhängigkeit von der Siebgutfeuchte für die Werkstoffe Stahl und Gummi

Fig. 13: Percentage of misplaced particles in the screen overflow as a function of the moisture content of the feed screened on the screening surface materials steel and rubber

Unterkornanteil /percentage of undersize

Stahl/steel 3,15

Gummi/rubber 3,5

Feuchte Gew.-% / Moisture content wt. %

Feuchte Vol-% / Moisture content vol. %

F e h l k o r n a n t e i l / C o n t e n t o f m i s p l a c e d

p a r t i c l e s [ % ]

Bild 12: Theoretische und experimentell ermittelte Transportgeschwindigkeit v tr eines Ultra-schallsiebes in Abhängigkeit der Siebflächenneigung ß

Fig. 12: Theoretically and empirically determined transport velocity v tr of an ultrasonic screen as a function of the pitch of the screening surface ß

Neigungswinkel ßScreen pitch ß

UltraschallsiebUltrasonic sreen

f = 23,15 kHzW = 10 mKv = 22930

Modell MeinelMeinel model

Messwerte CopperCoppers data



lation of the throughput rate. By reducing the angle of impact of the particles on the screening surface, the pitch of the screeningsurface ß effects a reduction in the projected mesh width and aprojected trapezoidal mesh aperture in the place of the squareaperture. In addition, the screen-vibration-related, dynamic wirethickening of the screen mesh cross wires (“Schmidt's effect”)

must be taken into consideration. This results in a decrease in thecut-point. The cut-point becomes:

dT ≈ l · cos ß [24]. (8)

For the common screening surface pitch ß = 35°, that would bedT ≈ 0.9 · l. To increase the ratio dT / l, in practice for high screenpitches oblong mesh apertures of l’/ l = 1/3 are used instead of square mesh apertures.

4.4 Stepped or cascade screening surfaces (Fig. 1)Screening surfaces in stepped arrangements (stepped grates, cas-cade screening surfaces) effect at the point of transition betweenthe steps the reduction of the undersize resistance to passage andan increase in the circulation of the feed. This design principle ulti-

mately contributes to a considerable increase in the mass flowrate at the transitions from one level to another [6, 30–32]. Another factor contributing to the sizing efficiency is the selectionof the screening surface material.

5. Screening Surface MaterialsThe most commonly used materials for sizing screens are steel(unalloyed, spring steel high alloyed), rubber and polyurethaneelastomers. Polyester and carbon plastics are also used [6, 15, 33];spring steel with 0.45 to 0.85 carbon content can, for example,


Stufensprunges bei [6, 30, 31, 32]. Mitentscheidend für den Klas-siererfolg ist die Wahl des Siebbodenwerkstoffes.

5. Siebbodenwerkstoffe Als Siebbodenwerkstoffe werden am häufigsten Stahl (unlegiert,Federstahl hochlegiert), Gummi und Polyurethan-Elastomere

sowie Polyester und Carbonkunststoffe eingesetzt [6, 15, 33];Federstahl mit 0,45 bis 0,85 % Kohlenstoffgehalt kann z. B. für Gewebesiebböden bei einfachen Klassierungen mit trockenemSiebgut und wenig Grenzkorn verwendet werden (siehe dazu

Abschnitt 2.2.Bild 2b). Edelstahl – mit Chrom und Nickel legiert– oder PU-beschichteter Stahldraht [40] sind korrosionsbeständigund deshalb günstig bei feuchtem Siebgut.Gummi- bzw. Polyurethan-Platten-Siebböden (siehe Abschnitt 2.2,Bild 2d) mit Stahlarmierungen (Bilder 4 und 5) oder -seilverstär-kungen (Bild 6) haben u.a. hinsichtlich Selbstreinigungseffekt undLebensdauer eindeutige Vorteile gegenüber gelochten Stahlplat-ten-Siebböden (siehe Abschnitt 2.2 Bild 2a) [34, 36, 37].Der experimentelle im Bild 13 gezeigte Vergleich der Klassierungvon Siebgut mit einer Feuchte von 0,5 bis 3 Gew.-% auf einem

Wurfsieb mit Quadratmaschengewebe (siehe Abschnitt 2.2 Bild2b) der Maschenweite 3,15 mm und einem Gummi-Plattensieb-belag (siehe Bild 2d) der Öffnungsweite 3,5 mm brachte das fol-gende Ergebnis: Im Feuchtebereich über 1 Gew.-% liegen dieFehlkornanteile beim Gummibelag zunehmend niedriger als beimStahlsiebboden. In den Zwickeln des Quadratmaschengewebesbilden sich bei feuchtem Gut relativ schnell Feingutanlagerungenmit zunehmenden Maschenverstopfungen. Das bleibt dem

Anwender von hydrophoben, hochelastischen Gummi- oder Polyurethansiebböden im Allgemeinen erspart [7, 35, 36].



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ge Siebklassiererbeispiele. Aufbereitungs Technik 42 (2001)Nr. 11, S. 533/541

[14] Meinel, A.: Befahrung des Bereiches Siebklassierung sowieGutachten zur Thyssen Kokerei Schwelgern im September 2004[15] Schubert, H.: Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe.

Band I, VEB Deutscher Verlag für die GrundstoffindustrieLeipzig 1989

[16] Westerkamp, K.U. u. Stockhowe, A.: Problemlösungen für dieKlassierung siebschwieriger Materialien. AufbereitungsTechnik 38 (1997) Nr. 7, S. 349/357

[17] Bock, B. u. Kraemer, T.: Siebung mit Gummisiebböden unter-schiedlicher Lochformen. Aufbereitungs Technik (1984)Nr. 7, S. 399/402

[18] Riedel, E. O.: Theorie und Praxis der Harfensiebböden. Stein-bruch und Sandgrube 50 (1950) Nr. 10

[19] Meinel, A.: Zu den Grundlagen der Klassierung siebschwie-riger Materialien. Aufbereitungs Technik 40 (1999) Nr. 7,S. 313/327

[20] Szabo?, I.: Höhere Technische Mechanik. Springer-VerlagBerlin/Göttingen/Heidelberg 1960, S. 463/464

[21] Grote, K.-H. u. Feldhusen: Dubbel – Taschenbuch für denMaschinenbau. 21. Auflage, Springer-Verlag Berlin-Heidel-berg 2005, S. C 38/C 39

[22] Czichos, H. u. Hennecke, M.: Hütte – Das Ingenieurwissen,Springer Verlag Berlin-Heidelberg 2004, S. D 58/D 59

[23] Meinel, A. u. Buss, B.: Möglichkeiten der Vergleichmäßigungder rohstofflichen Zusammensetzung und der Fördermen-ge. Freiberger Forschungshefte A 450 (1968), S. 123/138

[24] Meinel, A.: Klassierung auf Stößelschwingsiebmaschinen.Freiberger Forschungshefte A 537 (1974)

[25] Schlebusch, L.: Wurfsiebmaschinen. Aufbereitungs Technik 23

(1982) Nr. 7, S. 347 ff [26] Lehmann, H.: Stark geneigte Siebmaschinen – ein Weg zur

Leistungssteigerung bei der Absiebung siebschwieriger Ma-terialien. Aufbereitungs Technik 24 (1983) Nr. 7, S. 411 ff

be used for to produce screen mesh for simple sizing of dry feedwith a low near-size content (see Section 2.22, Fig. 2b). Stainlesssteel (alloyed with chromium and nickel) or PU-coated steel wire[4] are resistant to corrosion and therefore useful for screeningmoist feed material. In respect of the self-cleaning effect and life-time, rubber or polyurethane surfaces (see Section 2.2, Fig. 2d)

with steel (Figs. 4 and 5) or cord reinforcement (Fig. 6) have, for example, clear advantages over perforated steel plate screeningsurfaces (see Section 2.2 Fig. 2a) [34, 36, 37]. The empirical com-parison of the sizing of feed material with a moisture content of 0.5 to 3 wt. % on a throw screen with square mesh (see Section2.2 Fig. 2b) with a mesh width of 3.15 mm and a rubber screen-ing surface (see Fig. 2d) with an aperture width of 3.5 mm gavethe result shown in (Fig. 13). For the moisture content rangeabove 1 wt. %, the percentages of misplaced particles sized by therubber surface are increasingly lower than for the steel screeningsurface. When moist material is screened, fines quickly accumu-late in the interstices of the square mesh, causing increasing blind-ing of the screening surface. Plants using hydrophobic, high-elas-tic rubber or polyurethane screens do not generally encounter this

problem [7, 35, 36].

[27] Schmidt, P. u. Coppers, M.: Siebe mit starker Neigung der Siebfläche. Aufbereitungs Technik 38 (1997) Nr. 7, S. 343 ff

[28] Gärtner, H.: Hochgeschwindigkeitssiebung im Fein- undFeinstkornbereich. Aufbereitungs Technik 41 (2000) Nr. 7,S.336 ff

[29] Meinel, A. u. Schubert, H.: Über einige Zusammenhänge zwi-schen der Einzelkorndynamik und der stochastischen Sieb-

theorie bei der Klassierung auf Stößelschwingsiebmaschinen. Aufbereitungs Technik 13 (1972) Nr. 7, S. 408/416[30] Bock, B.: Feucht- und Nass-Siebung. Aufbereitungs Technik

22 (1981) Nr. 7, S. 351 ff.[31] Marx, G. u. Schneider-Kühn, U.: Einsatz von Exzenter-

schwingsiebmaschinen bei der Vorbereitung von Rohphos-phat. Aufbereitungs Technik 39 (1998) Nr. 7, S. 348 ff

[32] Metso: Firmenschriften Metso Minerals (Deutschland) Grim-ma/Ketsch/Bochum

[33] Hinkel, M. u. Keller, K.: Übersicht Siebbeläge: Kunststoff-Gum-mi-Metall. 5. Gemeinsames Karlsruhe-Aachener Symposium

Vibration und Verfahrenstechnik. Karlsruhe 1998. S. III-1-III-7[34] Dietz, G.: 25 Jahre Polyurethan-Siebböden in der Klassierung

von Schüttgütern – Stand der Technik. Aufbereitungs Tech-nik 35 (1994) Nr. 8 S. 404/412

[35] Bock, B.: Feuchtsiebung mit Siebbelägen aus Stahldrahtge-weben und gelochten Gummiplatten – ein Vergleich. Auf-bereitungs Technik 24 (1983) Nr. 7, S. 383 ff

[36] Küper, R.: Erfahrungen mit Gummi- und Kunststoffsieb-belägen in der Kies- und Sandindustrie. Aufbereitungs Tech-nik 37 (1996) Nr. 1 S.20 ff.

[37] Küper, R.: Firmenschriften Gummi Küper GmbH & Co KG,Bochum

[38] Derrick: Firmenschriften u.ä. Derrick GmbH & Co.KG, BadFallingbostel

[39] Stahlgruber: Firmenschriften Stahlgruber Otto Gruber GmbH& Co München, TIP TOP Gummi- und PU-Siebbeläge

[40] Ropreti: Firmenschrift ROPRETI, Caselette (Torino)[41] Meinel, A.: Spezielle mechanische Konstruktionsprinzipe und

-elemente zur Realisierung der Siebboden-Hauptfunktionenbei Wurfsiebmaschinen in Theorie und Praxis, Veröffentli-chung in Vorbereitung für Aufbereitungs Technik, voraus-sichtlich 46 (2005) Nr. 8/9

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A.meinel-zur Theorie Und Praxis Des Siebbodeneinsatzes in Der Wrufsiebung-2005