Konstruktionsüberlegungen für einen effizienten volumetrischen Schneckenförderer

Tom Picone, Direktor für Geschäftsentwicklung, Vibra Screw Inc. | 07. Juli 2023

Ein volumetrischer Schneckendosierer ist in vielen Branchen, in denen eine präzise und gleichmäßige Zufuhr trockener Schüttgüter erforderlich ist, eine entscheidende Komponente. Um einen genauen und zuverlässigen Materialfluss in den Prozess zu gewährleisten, ist es wichtig, ein optimales Design für einen (volumetrischen Schnecken-)Dosierer zu erreichen. In diesem Artikel werden verschiedene Designüberlegungen und Richtlinien für die Entwicklung eines effizienten volumetrischen Schneckenförderers erläutert, der spezifische Anwendungsanforderungen erfüllt. Von der Schneckengeometrie bis zum Trichterdesign und den Steuerungssystemen spielt jeder Aspekt eine entscheidende Rolle bei der Erzielung einer präzisen volumetrischen Zufuhr.

Die Schneckengeometrie ist ein grundlegender Aspekt des Designs eines volumetrischen Schneckenförderers. Eine Schnecke mit konstanter Steigung und konstantem Durchmesser über die gesamte Länge sorgt für einen gleichmäßigen Materialfluss. Durch den Einsatz einer einzelnen Förderschnecke mit variabler Steigung können Konstrukteure den Förderprozess optimieren. Diese Konfiguration ermöglicht die Steuerung der Materialflussrate durch Anpassen der Steigung entlang der Schneckenlänge. Die Auswahl der geeigneten Steigungsvariation hängt von den Fließeigenschaften des Materials und der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit ab. Bei der Bestimmung der optimalen Schneckengeometrie ist es wichtig, Faktoren wie Materialkohäsion, Schüttwinkel und die Möglichkeit einer Überschwemmung oder Spülung zu berücksichtigen.

Länge und Durchmesser der Förderschnecke sind wichtige Faktoren für eine genaue volumetrische Zuführung. Die Länge der Schnecke im Verhältnis zur Förderrinne beeinflusst die Verweilzeit des Materials im Förderer, was sich auf die Fördergenauigkeit auswirken kann. Eine längere Schnecke bietet mehr Zeit für den Materialtransport, was zu einer verbesserten Genauigkeit führt. Die besten Ergebnisse erzielen Sie mit mindestens drei Flügen im Trog. Der Schneckendurchmesser sollte auf der Grundlage der für den Prozess erforderlichen Vorschubgeschwindigkeit und der Materialeigenschaften ausgewählt werden, um eine Über- oder Unterförderung des Vorschubs zu verhindern. Über- oder unterdimensionierte Schnecken können zu einem inkonsistenten Durchfluss führen (Pulsieren, wenn sich die Schneckenflügel beim Ausstoß drehen) und zu einer zu kleinen Schnecke, die einfach nicht die erforderliche Vorschubgeschwindigkeit erreicht. Durch die richtige Berücksichtigung der Länge und des Durchmessers der Förderschnecke wird sichergestellt, dass der volumetrische Schneckenförderer den erforderlichen Materialfluss bewältigen und gleichzeitig die Genauigkeit beibehalten kann.

Grundlegendes Design der Förderschnecke

Die Gangkonfiguration der Schnecke bezieht sich auf die Form und Anordnung der Flügel entlang ihrer Länge. Zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit und zur Verbesserung der Genauigkeit können verschiedene Flügelkonfigurationen verwendet werden, z. B. volle Steigung, kurze Steigung, konische oder geschnittene Flügel. Beispielsweise bieten Flights mit voller Steigung eine höhere volumetrische Kapazität, während Flights mit kurzer Steigung eine bessere Kontrolle über die Vorschubgeschwindigkeit bieten. Konische Flügel können bei der Materialkomprimierung und Flusskontrolle helfen, während geschnittene Flügel den Materialrückfluss minimieren können. Die Auswahl der geeigneten Flugkonfiguration hängt von den spezifischen Materialeigenschaften, der erforderlichen Vorschubgeschwindigkeit und der gewünschten Vorschubgenauigkeit ab. Das richtige Verständnis dieser Faktoren ermöglicht es Designern, den volumetrischen Zuführprozess zu optimieren.

Verschiedene Arten von Förderschnecken

Die Drehzahl der Schnecke hat direkten Einfluss auf die Fördergeschwindigkeit des volumetrischen Schneckenförderers. Es ist wichtig, eine geeignete Geschwindigkeit basierend auf den Fließeigenschaften des Materials und der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit auszuwählen. Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Kohäsionseigenschaften, Böschungswinkel und Tendenzen zum Überfluten oder Ausspülen, die berücksichtigt werden müssen. Beachten Sie, dass Schneckengeschwindigkeit und Fördermenge typischerweise nicht linear sind (dh wenn die Schneckengeschwindigkeit steigt, steigt die Fördermenge über den gesamten Bereich der Schneckengeschwindigkeit proportional an). Abhängig von den Handhabungseigenschaften des Aufgabematerials nimmt die Förderleistung ab, wenn die Schneckengeschwindigkeit auf über 100 U/min ansteigt (bei einem Einzelschneckenförderer). Materialien mit unterschiedlichen Schüttdichten, Partikelgrößen oder Fließeigenschaften können ein nichtlineares Verhalten aufweisen.

Ein umfassendes Verständnis des Materialverhaltens ist erforderlich, um die optimale Schneckengeschwindigkeit zu bestimmen, die eine Materialverdichtung, -entmischung oder einen unregelmäßigen Fluss verhindert. Möglicherweise sind Tests und Experimente erforderlich, um die Drehzahl für eine optimale Leistung zu optimieren.

Umwickel- und Aufbereiterschnecken sind zusätzliche Geräte im Zuführtrog. Sie dienen unterschiedlichen Zwecken und weisen Leistungsunterschiede auf. Welche Variante gewählt wird (Aufbereiter oder Überwickler), hängt hauptsächlich von den Handhabungseigenschaften des zugeführten Materials und der Größe der Haupteinzugsschnecke ab.

Schneckenförderer fördern oder schieben Material von der Rückseite des Trogs nach vorne zur Vorderseite des Trogs.

Die Umschlingungsschnecke umschließt die Vorschubschnecke, die normalerweise 1 bis 2 Zoll größer als die Vorschubschnecke ist (daher Vorschubschnecke mit 2 Zoll Durchmesser, Umschlingungsschnecke mit 4 Zoll Durchmesser). Die Überwickelschnecke verhindert Materialbrücken und sorgt für eine gewisse Materialaufbereitung für eine konstante Schüttdichte. Darüber hinaus trägt die Umhüllung dazu bei, dass die Förderschneckenflügel vollständig mit Material gefüllt sind. Ideal für träge Pulver, die von selbst nicht gut fließen, wie Mehl, Stärke, Limette und Zucker.

Die Konditionierungsschnecke umschließt wie die Overwrap-Schnecke die Förderschnecke, die Konditionierungsschnecke hat jedoch zwei unterschiedliche Gänge. Der erste Flug schiebt das Material von der Rückseite des Troges, der zweite umgekehrte Flug schiebt das Material von der Vorderseite des Trogs in die Mitte. Dadurch wird die Bildung von Materialbrücken oder Tunnelbildung verhindert und verhindert, dass sich stark komprimierbares Material an der Vorderseite des Futtertrogs ansammelt. Ideal für klebrige oder komprimierbare Pulver geringer Dichte wie Titandioxid, Stearate und Quarzstaub.

Drahtförderschnecke mit sekundärer Konditionierschnecke

Der Trichter dient als Vorratsbehälter für das zugeführte Material und trägt wesentlich dazu bei, einen unterbrechungsfreien Materialfluss zu gewährleisten. Ein gut konstruierter Trichter sollte Brückenbildung oder Wölbung verhindern und eine gleichmäßige Materialzufuhr zur Schnecke gewährleisten. Der Neigungswinkel des Trichters ist ein entscheidender Faktor für die Erleichterung des Materialflusses. Es sollte sorgfältig ausgewählt werden, um Materialstaus oder Stagnationszonen zu vermeiden. Darüber hinaus kann der Einbau von Funktionen wie Trichtervibration oder Rührmechanismen den Materialfluss weiter verbessern und Verstopfungen verhindern. Eine angemessene Berücksichtigung der Trichtergeometrie, der Auslassgröße und der Materialflusseigenschaften ist für die Optimierung der volumetrischen Zuführeffizienz von entscheidender Bedeutung.

Das Antriebssystem eines volumetrischen Schneckenförderers ist dafür verantwortlich, der Schnecke eine gleichmäßige und präzise Drehzahl zu verleihen. Zu den gängigen Antriebssystemen gehören Elektromotoren mit Frequenzumrichtern (VFDs), DC/SCR, hydraulische oder pneumatische Antriebe. Das Antriebssystem sollte robust genug sein, um den erforderlichen Drehmoment- und Drehzahlbereich zu bewältigen. Darüber hinaus sollte es eine genaue Geschwindigkeitsregelung ermöglichen, um die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit zu erreichen. Ein gut konzipiertes Antriebssystem mit geeigneter Drehmomentüberwachung und Feedback-Mechanismen sorgt für eine zuverlässige und gleichmäßige Zufuhr. Bei der Auswahl des Antriebssystems sollten Faktoren wie Leistungsbedarf, Wartungsaspekte und mögliche Schwankungen der Materialeigenschaften oder Vorschubgeschwindigkeiten berücksichtigt werden.

Die Implementierung eines wirksamen Steuerungssystems ist für die Aufrechterhaltung einer genauen volumetrischen Zufuhr von entscheidender Bedeutung. Das Steuersystem kann Sensoren, Rückkopplungsschleifen und Automatisierung umfassen, um die Vorschubgeschwindigkeit basierend auf gewünschten Sollwerten und Echtzeitbedingungen zu überwachen und anzupassen. Sensoren können Feedback zur Schneckengeschwindigkeit, zum Materialfüllstand im Trichter oder zur Materialdurchflussrate liefern, sodass das Steuerungssystem die notwendigen Anpassungen vornehmen kann, um eine genaue Zufuhr aufrechtzuerhalten. Die Automatisierung ermöglicht eine präzise Steuerung und kann Funktionen wie Datenprotokollierung, Fernüberwachung und Integration mit anderen Prozessgeräten umfassen. Ein gut durchdachtes Steuerungssystem verbessert die Gesamtleistung des volumetrischen Schneckendosierers und sorgt für eine gleichmäßige und zuverlässige Materialzufuhr.

Das Verständnis der Eigenschaften des zugeführten Materials ist für die Entwicklung eines effizienten volumetrischen Schneckendosierers von entscheidender Bedeutung. Faktoren wie Schüttdichte, Partikelgröße, Fließfähigkeit, Feuchtigkeitsgehalt und Abrasivität beeinflussen die Designentscheidungen, einschließlich Trichterwinkel, Schneckenmaterialien und verschleißfeste Beschichtungen. Materialien mit kohäsiven oder abrasiven Eigenschaften erfordern möglicherweise zusätzliche Maßnahmen, wie z. B. spezielle Schneckenmaterialien oder Auskleidungen, um den Verschleiß zu minimieren und Materialansammlungen zu verhindern. Materialtests sind unerlässlich, um genaue Daten zu diesen Eigenschaften zu sammeln und den Designprozess zu steuern. Durch die Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften des Materials können Konstrukteure eine optimale Leistung und Langlebigkeit des volumetrischen Schneckenförderers gewährleisten.

Die Entwicklung eines effizienten volumetrischen Schneckenförderers erfordert die sorgfältige Berücksichtigung verschiedener Faktoren. Von der Schneckengeometrie und dem Trichterdesign bis hin zur Schneckengeschwindigkeit, der Flugkonfiguration und den Steuerungssystemen trägt jeder Aspekt dazu bei, eine genaue und gleichmäßige Zufuhr zu erreichen. Darüber hinaus ist es wichtig, die Materialeigenschaften zu verstehen und geeignete Maßnahmen für den Umgang mit kohäsiven, abrasiven oder anderen anspruchsvollen Materialien zu ergreifen. Es ist wichtig, mit erfahrenen Fachleuten oder Ingenieurbüros zusammenzuarbeiten, die auf die Handhabung von Schüttgütern spezialisiert sind, um das Design zu optimieren und sicherzustellen, dass der volumetrische Schneckenförderer die spezifischen Anwendungsanforderungen erfüllt, was zu einer verbesserten betrieblichen Effizienz und Produktivität führt.

Tom Picone ist Direktor für Geschäftsentwicklung bei Vibra Screw Inc. (Totowa, NJ). Vibra Screw stellt eine Reihe von Materialhandhabungsgeräten her, darunter Differenzialdosierer, Wiegebänder, Schneckendosierer und Behälterentleerer. Für weitere Informationen senden Sie eine E-Mail an [email protected] oder besuchen Sie www.vibrascrew.com.

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