Die Erfindung betrifft eine spezifische Resonanzsiebmaschine für schwer trennbare Gemische, wie Schweröl-Sand-Gemische.

Am Beispiel der erwähnten Schweröl-Sand-Gemische ist der Hintergrund der Erfindung näher zu erläutern. So entsteht in geologischen Lagen mit einem hohen Sandanteil im Zuge der Erdölförderung eine nicht unerhebliche Menge von Ölschlick, welcher mit einem hohen Sandanteil versetzt ist. Um auch das in diesem Ölschlick enthaltene Erdöl nutzen zu können, ist es notwendig, dass der feine Sand vom Ölschlick abgetrennt wird, so dass im Ergebnis dieses Trennungsprozesses ein weitestgehend sandfreies, rohes Schweröl zur Verfügung steht.

Die Trennung solcher hoch viskoser Schweröl-Sand-Gemische erfolgt mit bekannten Siebmaschinen, deren Siebbeschleunigung maximal 6,35 g erreicht. Derartige Siebmaschinen weisen in der Regel einen Siebkasten als Schwingmasse auf, der über Dämpfungsfedern schwingend gegenüber dem Aufstellboden gelagert ist. Die Siebschwingung wird durch am Siebkasten angeflanschte Unwuchtmotoren erzielt.

Eine hohe, auch als Siebkennziffer K_V bezeichnete Siebbeschleunigung ist insbesondere für die Feinabsiegung notwendig, bei der massearme Teilchen, die aufgrund der Siebschwingung nach oben geworfen werden, beim Rückfall in Richtung des ihnen entgegenkommenden Siebbodens durch dessen Trennöffnungen gedrückt werden. Je größer die Siebkennziffer K_v ist, um so größer ist die spezifische Durchdrückkapazität, das heißt, dass die Siebleistung pro Siebfläche dem K_V-Faktor proportional folgt.

Bei der Abtrennung von Sanden aus Ölschlick sind bisher keine zufrieden stellenden Werte erreicht worden, was laut Fachmeinung in erster Linie auf die Siebkennziffer zurückzuführen ist. Die bekanntermaßen erreichte maximale Siebkennziffer liegt - wie vorstehend erwähnt - bei einem Wert von maximal 6,35 g, was für die erwähnten Schweröl-Sand-Gemische zu niedrig ist.

Bekanntermaßen soll die Siebbeschleunigung oder Siebkennziffer einer Siebmaschine so ausgelegt sein, dass der mittlere Siebdrehwinkelbereich bei ca. 360° oder ganzzahligen Vielfachen davon liegt. Dies ist erforderlich, damit das herunterfallende Gutteilchen in dem Augenblick auf den Siebboden auftrifft, wenn dieser seine maximale Gegengeschwindigkeit nach oben erreicht hat. Durch die dann ebenfalls maximale relative Aufprallgeschwindigkeit zwischen Teilchen und Siebboden erfolgt eine hochgradige Abtrennung auch sehr feiner Feststoffpartikel, beispielsweise auch aus sehr hochviskosen Medien.

Eine Steigerung der Siebkennziffer über den bei derzeit üblichen Siebmaschinen erreichten Wert von 6,35 g entsprechend 2 x 360°-720° hinaus ist nur sinnvoll, wenn der nächste Siebdrehwinkelbereich von 3 x 360° = 1080° erreicht wird. Die zugehörige Siebkennziffer beträgt K_V=9,5. Alle dazwischen liegenden K_V-Werte lassen nur verminderte Siebfähigkeiten zu.

Aus der US 2,353,492 A ist eine Siebvorrichtung bekannt, bei der ein Siebkasten über Schraubenfedern an einen Basislagerrahmen aufgchängt ist, der mit einer Exzentereinnobttjng in Schwingungen zu versetzen ist Der Basislagerrahmen ist wiederum über Schraubenfedern an einem deckenartigen Fundament aufgehängt. Schematisch zeigt diese Druckschrift auch die kinemntische Umkehrung, bei dem Siebkasten und Basislagerrahmen jeweils über Schraubenfedern verbunden auf einem Fundament stehend gelagert sind.

Die DE 628 949 Z zeigt ein schwingendes Sieb, bei dem ein Siebkasten und ein schwingungsfähiger Lagerrahmen jeweils über blattfederartige Konstruktionen an einem Fundament schwingend gelagert sind. Siebkasten und Lagerrahmen sind über eine schraubenfederartige Kopplung lose miteinander verbunden und können durch einen Exzentertrieb am lagerrahmen in Schwingungen versetzt werden.

Die US 3,032,175 A offenbart schließlich einen Vibrations. Rinnenförderer, wobei eine Vibrationsrinne über Doppelfederanordnungen aus Kopf an Kopf angeordneten Schraubenfedern schwingend an einem Basislagerrahmen angekoppelt ist. Letzterer ist mit Unwuchtmotoren versehen und über Schraubenfederbeine auf einem Fundament ebenfalls schwingend gelagert.

Ausgehend von der Eingangs geschilderten Problematik herkömmlicher Siebmaschinen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Siebmaschine in ihrer Grundkonstruktion so weiterzubilden dass eine deutliche Erhöhung der Siebkennziffer bis zu einem Bereich von K_V = 9,5 g erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Konstruktionsweise einer Siebmaschine gelöst, die umfasst

• einen über Dämpfungsfedern schwingend gegenüber dem Aufstellboden gelagerten Basislagerrahmen als Gegenschwingmasse,
• mehrere am Basislagerrahmen abgestützte, geneigte Energiespeicher-Federpakete in Form einer Doppel-Schraubenfederanordnung, die einen Siebkasten als Schwingmasse tragen, und
• mehrere am Basislagerrahmen angeflanschte Unwuchtmotoren, die den Basislagerrahmen und über die Energiespeicher-Federpakete den Siebkasten in eine gerichtete Siebschwingung mit einem effektiven K_v-Wert von 9,5 g versetzen, wobei die Energiespeicher-Federpakete jeweils aus einer Doppelfederanordnung bestehend aus paarweise koaxial Kopf an Kopf aneinandergereihten, mit ihren einander abgewandten Enden jeweils fest am Basislagerrahmen abgestützten Schraübenfedern gebildet sind, wobei der Siebkasten jeweils mit einem kastenfesten Lager zwischen den paarweise zugeordneten Köpfen der under Vorspannung stehenden Schraubenfedern eingespannt ist.

Mit dieser Konstruktion verlässt die Erfindung die bisher praktizierte direkte Beschleunigung des Siebkastens durch dessen schwingende Lagerung gegenüber dem Aufstellboden und die direkt an ihm angebrachten Unwuchtmotoren. Ferner werden zur Energieübertragung zwischen den Schwingungspartnern Energiespeicherfedern eingesetzt, die nicht mehr die mechanischen Begrenzungen von Anschlagpuffem, Führungselementen und Lenkerarmen zwischen den Schwingungspartnern aufweisen, wie dies beispielsweise in der DE 11 87 897 A oder DE 68 11 940 U der Fall ist. Dies war der Grund dafür, dass Siebmaschinen nach dem Stand der Technik auf einen K_V- Wert von ca. 5 g bis 6 g beschränkt waren. Der erfindungsgemäße Lösungsansatz sieht demgegenüber die Kombination von zwei Schwingmassen vor, nämlich der eigentlichen Schwingmasse in Form des Siebkastens und einer Gegenschwingmasse in Form des Basislagerrahmens, der über Dämpfungsfedern schwingend gegenüber dem Aufstellboden gelagert ist. Grundgedanke dieses Aufbaus ist es dabei, den Basislagerrahmen als Erregermasse auf ca. 3 g zu beschleunigen und in Verbindung mit den Energiespeicher-Federpaketen die Beschleunigung des Siebkastens aufgrund seiner gerichteten Siebschwingung in den Bereich von absolut 10 g zu erhöhen. Diese Beschleunigung zerlegt sich aufgrund der Neigung des Schwingwinkels auf dem Siebboden in einen K_V-Wert von etwa 9,5 g. Als Energiespeicherfedern kommen dabei Doppel-Schraubenfederanordnungen zum Einsatz, die besonders energieeffizient, da dämpfungsarm und mit stark erhöhten Kräften arbeiten können. Dieser Effekt wird durch die Vorspannung der Schraubenfedern drastisch verstärkt.

In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Siebmaschine insbesondere in konstruktiver Hinsicht angegeben. Zur Erörterung deren Merkmale, Einzelheiten und Vorteile wird auf die nachfolgende Beschreibung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1

eine prinzipielle Darstellung der Zusammenhänge zwischen kritischen Siebdrehwinkeln und der Siebkennziffer K_V,

Fig. 2

eine perspektivische Ansicht einer Siebmaschine, sowie

Fig. 3 bis 5

eine Seiten-, Drauf- und Frontansicht der Siebmaschine gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist strichpunktiert der Siebboden einer Siebmaschine angedeutet, der eine durch die durchgezogene Linie versinnbildlichte Sinusschwingung vollführt. Die Maximalgeschwindigkeit des Siebbodens in Vertikalrichtung liegt beim Nulldurchgang der Siebschwingung vor. Siebtechnisch sinnvoll ist dabei nur der nach oben gerichtete Nulldurchgang. Strichliert ist in Fig. 1 die Wurfparabel von Teilchen x für steigende Siebkennziffern mit den Werten 3,2 g; 6,35 g und 9,5 g aufgetragen. Die Wurfweite hängt von der eigentlichen Maschinenbeschleunigung K sowie dem Wurfwinkel α und der Siebneigung β ab. Diese drei Werte verhalten sich nach der bekannten Formel: $${\mathrm{K}}_{\mathrm{v}}=\left[\mathrm{K\; sin}\left(\alpha +\beta \right)\right]/\cos \beta \mathrm{.}$$

Wie oben erwähnt, gehört zu einem Siebdrehwinkel R°_C=1080 eine Siebkennziffer K_V=9,5 g.

Die in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Siebmaschine weist die grundsätzliche konstruktive Fähigkeit auf, eine derart hohe Siebkennziffer zu erreichen. Sie weist dazu als grundsätzliche Konstruktionselemente einen Grundrahmen 1, Dämpfungsfedern 2, einen Basislagerrahmen 3, einen Siebkasten 4, Unwuchtmotoren 6 sowie zwischen Basislagerrahmen 3 und Siebkasten 4 angeordnete Energiespeicher-Federpakete 5 auf.

Die bezogen auf Fig. 2 hinteren Dämpfungsfedern 2 sind über einen Fuß 7 auf der hinteren Querstrebe 8 des Grundrahmens 1 abgestützt. Auf der vorderen Querstrebe 8' des Grundrahmens ist eine vertikal darüber stehende Trägerbrücke 9 errichtet, an deren Horizontaltraverse 10 ein senkrecht wirkender Kolben-Zylinder-Antrieb 11 angeordnet ist. An dessen Kolbenstange 12 ist ein höhenverstellbarer Hubrahmen 13 aufgehängt, an dessen unterer Quertraverse 14 sich die beiden vorderen Dämpfungsfedern 2 des Basislagerrahmens 3 abstützen. Die Ankopplung der vier Dämpfungsfedern 2 an den Basislagerrahmen 3 erfolgt jeweils über ein Schwenklager 15, dessen Schwenkachse horizontal in Querrichtung verläuft.

Der Basislagerrahmen 3 selbst ist im Wesentlichen durch zwei die Längsseiten 16, 17 bildende, hochkant stehende Wangen und zwei diese in Querrichtung an den Enden verbindende, die Querseiten 18, 19 bildende Wangen zusammengesetzt. Durch die damit umgrenzte Rahmenöffnung des Basislagerrahmens 3 kann das durch den Siebboden 20 des Siebkastens 4 tretende Fein-Siebgut nach unten fallen und durch einen hier nicht näher dargestellten Transportmechanismus abtransportiert werden.

Der in seinem Grundriss im Wesentlichen dem Basislagerrahmen 3 entsprechende Siebkasten 4 ist an zwei Längsseiten 21, 22 und der hinteren Querseite 23 bezogen auf Fig. 2 durch vertikal stehende Wangen umgrenzt. An der vorderen Querseite 24 ist der Siebkasten 4 offen, so dass dort das nicht durch den Siebboden 20 hindurch getretene Grob-Siebgut vom Siebboden 20 weggeführt werden kann. Der Siebboden 20 selbst ist durch stufig versetzte, aneinander gereihte Siebeinsätze 25 gebildet, deren nicht näher dargestellten Netze eine Maschenweite von beispielsweise 5 µm aufweisen, wie sie für die Abtrennung von Feinsand aus Ölschlick erforderlich ist.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 deutlich wird, ist der Siebkasten 4 über jeweils acht Energiespeicher-Federpakete 5, die über seine Längsseiten 21, 22 verteilt sind, mit einem die Siebschwingung zulassenden Vertikalabstand oberhalb des Basislagerrahmens 3 an diesem befestigt. Diese Energiespeicher-Federpakete 5 sind jeweils durch eine Doppelfederanordnung bestehend aus paarweise koaxial, Kopf 29 an Kopf 30 aneinander gereihten Schraubenfedern 26, 27 gebildet, wobei der Siebkasten 4 jeweils mit einem kastenfesten Lager 28 zwischen den paarweise zugeordneten Köpfen 29, 30 der Schraubenfedern 26, 27 eingespannt ist. Jedes Lager 28 ist dazu durch eine Lagerkonsole 31 mit einem vom Siebkasten seitlich abstehenden Einspann-Lagerflansch 32 gebildet.

Die Schraubenfedern 26, 27 stehen dabei unter einer Vorspannung, die eine Erhöhung der Schwingungsamplitude des Siebkastens 4 um das Dreifache gegenüber der des Basislagerrahmens 3 erlaubt. Damit wird der angestrebte hohe K_v-Wert von 9,5 g erreichbar.

Zur Anbindung der Schraubenfedern 26, 27 an den Basislagerrahmen 3 weist letzterer an seinen Längsseiten 16, 17 angeordnete, seitlich abstehende Stützkonsolen 33 auf, auf denen jeweils die unteren Schraubenfedern 26 aufliegen. Von den Stützkonsolen 33 ragt eine in Fig. 3 strichliert angedeutete, starr daran angekoppelte Haltestange 34 nach oben, auf deren freies Ende ein deckelartiger Gegenhalter 35 aufgesetzt ist. Die Haltestange 34 durchsetzt den Einspann-Lagerflansch 32 der Lagerkonsole 31 des Siebkastens 4 unter seitlichem Spiel.

Die obere Schraubenfeder 26 eines jeden Energiespeicher-Federpakets 5 ist zwischen diesem Einspann-Lagerflansch 32 und dem Gegenhalter 35 eingespannt.

Die an den beiden Längsseiten 16, 17 des Basislagerrahmens 3 nach außen abstehenden, angeflanschten Unwuchtmotoren 6 versetzen nun beim Betrieb der Siebmaschine den Basislagerrahmen 3 in eine Grundschwingung mit einer Siebkennziffer von ca. 3 g. Die Bewegungsenergie des Basislagerrahmens 3 wird auf die Energiespeicher-Federpakete 5 übertragen, die wiederum den Siebkasten 4 mit einer weiter erhöhten Schwingungsenergie in eine Siebschwingung mit den angestrebten 10 g versetzt. Der Basislagerrahmen 3 fungiert dabei als Gegenschwingmasse für den als Schwingmasse wirkenden Siebkasten 4. Durch eine auf die jeweiligen Massen von Siebkasten 4 und Basislagerrahmen 3 abzustimmende Auslegung der Federkonstanten der Schraubenfedern 26, 27 und der Dämpfungsfedern 2 wird das angestrebte Siebverhalten optimiert.

Wie aus Fig. 3 deutlich wird, liegen die Energiespeicher-Federpakete 5 mit ihrer Federrichtung 36 in einem kleinen spitzen Winkel α von optimaler Weise ca. 20° zur Vertikalen, der den Wurfwinkel des Siebkastens 4 definiert. Die Stoßlinie der Unwuchtmotoren 6 ist dabei in gleicher Richtung wie die Federpakete 5 ausgerichtet. Durch den höhenverstellbaren Hubrahmen 13 kann der Siebneigungswinkel als solcher eingestellt werden.