Automatisch. Repräsentativ. Normgerecht.

ARTIKEL AUS DER SCHÜTTGUT & Prozess 4/2022

Entwicklungsprozess einer Probenahme- und Probenaufbereitungsanlage

Von Meike Jungbluth, Geschäftsführerin der Roskopf Unternehmensgruppe und Istvan Elek, Entwicklungsingenieur

Zur Qualitätskontrolle der von Lieferanten bezogenen Schüttgüter galt es, eine automatische, repräsentative und normgerechte Probenahme-Anlage zu entwickeln. An die automatische, kontinuierliche Probenahme des Schüttguts sollte sich eine entsprechende Probenaufbereitung sowie eine Probensammlung anschließen.

links oben alte Werkshalle von innen, darunter von außen, rechts daneben grafiken der neuen Anlage, schuettgutmagazin.de
Ausgangssituation der Bestandsanlage

Die Kundenvorgaben sahen sowohl die Berücksichtigung internationaler Normen für die mechanische Probenahme des speziellen Schüttguts als auch technische Kundenspezifikationen vor.

Folgende Prozessparameter sollten bei der Auslegung berücksichtigt werden:

  • Korngröße: 0 – 50 mm,
  • Schüttgewicht: 0,5 – 1,1 t/m³
  • Feuchtigkeitsgehalt: bis max. 15%
  • Förderleistung des zu beprobenden Gurtförderers: ca. 3.000 t/h
  • Gurtgeschwindigkeit: max. 3,2 m/s.
  • Betriebszeiten der Anlage: 24/7

Die in technischen Beratungsgesprächen eruierten Anforderungen an die Probenahme lauteten wie folgt:

  • Kundenspezifische Proben: im Originalkorn, in 2 Big-Bags bereitgestellt
  • Chemische Proben: Probenmaterial für die Bestimmung der Qualität der Kohle im Labor
  • Physikalische Proben: Probenmaterial für die Bestimmung des Kornbandes im Originalkorn

Auf Kundenwunsch sollten folgenden Anforderungen erfüllt werden:

Die Probenahme in der Abwurfparabel eines Förderbandes von der Ebene 1 auf die Ebene 0

Aufsammlung der  Restproben einer Liefereinheit  in Probensammlern in gesonderten Sammelgefäßen

Automatischer Wechsel und automatische Aufbewahrung der Sammelgefäße, die während der Beprobung einer Liefereinheit befüllt werden

Auslegung der Kapazität der Probensammler erfolgt so, dass die Beprobung einer weiteren Liefereinheit unmittelbar nach Beendigung der Beprobung der vorherigen Liefereinheit ermöglicht wird

Die Abholung der Proben verantwortet das Bedienpersonal des Kunden, jeweils nach Entladung einer Liefereinheit. Das bei der Probenaufbereitung anfallende Überschussmaterials ist dem Hauptförderstrom zuzuführen.

Herausforderung

Beim Kunden wurde eine Bestandsanlage mit für die Aufgabenstellung beengten Platzverhältnissen vorgefunden – nicht unüblich, wenn Probenahme-Anlagen in Bestandsanlagen nachgerüstet werden. Neben den beengten Platzverhältnissen in der Anlage, herrschten auch begrenzte Platzverhältnisse im Anlagenumfeld: Die Bestandanlage befindet sich zwischen einem Werksgebäude und einer Werksstraße. Um eine Probenahme-Anlage unter Berücksichtigung der kundenseitigen Aufgabenstellung und technischen Anforderungen an der vorgesehenen Stelle errichten zu können, war eine Erweiterung des vorhandenen Stahlbaugebäudes unvermeidlich. Die Herausforderung bestand somit in der Entwicklung einer kompakten Anlage unter Berücksichtigung der technischen Anforderungen und der vorgegebenen Platzverhältnisse.

links oben alte Werkshalle von innen, darunter von außen, rechts daneben grafiken der neuen Anlage, schuettgutmagazin.de
Ausgangssituation der Bestandsanlage

Lösung

Die Lösung der Aufgabenstellung wird schematisch in der unten aufgeführten Grafik (Bild 2) dargestellt.

Roskopf Grafik einer Probenahmeanlage auf schuettgutmagazin.de
Schematische Darstellung der Probenahme-Anlage

Die Umsetzung der in den technischen Beratungsgesprächen eruierten Anforderungen an die Probenahme stellt sich wie folgt dar:

1   Kundenspezifische Proben: 1.500 kg Probenmaterial, im Originalkorn, in 2 Big-Bags bereitgestellt.

2   Chemische Proben: 2 x 10 kg Probenmaterial für die Bestimmung der Qualität der Kohle im eigenen und in einem fremden Labor, Korngröße < 10 mm

3   Physikalische Proben: 75 kg Probenmaterial für die Bestimmung des Kornbandes im Originalkorn, verteilt auf fünf Sammelgefäße à 15 kg

Um die erforderliche Bauhöhe für die notwendigen Komponenten der Probenaufbereitung und Probensammlung zu generieren und die Anlage so kompakt wie möglich zu halten, wurde als Querschnittsprobenahmegerät ein sog. Dreharmprobenehmer festgelegt. Aufgrund des Arbeitsprinzips des Dreharmprobenehmers können die entnommenen Proben in ca. 4,5 m über Mitte der Bandtrommel aus dem Schlitzprobenahmegefäß ausgeschleust werden mit dem Vorteil, dass die Entfernung zwischen der Probenahmestelle und der Aufbereitung auf ein vertretbares Maß reduziert werden kann.

Roskopf, Grafik der Probenahme-Anlage von außen
Außenansicht der Probenahme-Anlage
Roskopf, Grafik der Innenansicht der Probenahme-Anlage, auf schuettgutmagazin.de
Innenansicht der Probenahme-Anlage

Beschreibung des Ablaufs

Der Probenehmer ist als radial, reversierend bewegter Schwenkarm mit angebautem Schlitzprobenahmegefäß ausgeführt. Ein ehemals patentiertes Antriebssystem sorgt dafür, dass das Schlitzprobenahmegefäß während der Schwenkbewegung des Schwenkarmes immer der Funktion entsprechend ausgerichtet wird. Der Dreharmprobenehmer befindet sich in der Grundstellung, wenn der Schwenkarm annähernd senkrecht nach oben über den zu beprobenden Gurtförderer weist und mit geöffneter Bodenklappe über dem nachgeschalteten Auffangtrichter steht. Die Schlitzsäuberungsvorrichtung ist eingefahren, so dass das Schlitzprobenahmegefäß auch von oben geöffnet ist. Erhält der Antriebsmotor einen Startbefehl, bewegt der Schwenkarm das geöffnete Schlitzprobenahmegefäß durch den Materialstrom – bei dieser Bewegungsrichtung wird keine Probe entnommen – bis zu dessen Bewegungsende. Erreicht der Schwenkarm seine Endstellung, wird die Entnahmeöffnung durch die Schlitzsäuberungsvorrichtung gereinigt und die Bodenklappe verschlossen. Nach einem kurzfristigen Stillstand geht der Antriebsmotor selbsttätig mit umgekehrter Drehrichtung in Betrieb und bewegt den Schwenkarm mit einem von unten geschlossenen und von oben geöffneten Schlitzprobenahmegefäß durch den frei fallenden Materialstrom des Gurtförderers zurück in die Grundstellung. Auf diese Weise wird eine Querschnittsprobe entnommen. Nach Erreichen der Grundstellung wird die Bodenklappe geöffnet und das entnommene Probenmaterial wird aus dem Schlitzprobenahmegefäß in den Probenauffangtrichter ausgeschleust. Dem Trichter schließt sich ein Dosiergurtförderer an, der die als Haufwerke anfallenden Proben breiten- und schütthöhenmäßig zu einem zusammenhängenden Förderstrom formt, in den Übergabetrichter fördert und somit dem Probenteiler 1 gleichmäßig zuführt.

Roskopf Grafik: Detailansicht Probenaufbereitung und Probensammlung
Detailansicht Probenaufbereitung und Probensammlung

Da die entnommene Gesamtprobenmenge einer Unterliefereinheit für die Laboranalyse ungeeignet ist, muss das Material repräsentativ mengenreduziert werden. Der einstufige Probenteiler 1 verfügt über drei Probenauslaufschächte, deren Teilungsverhältnisse unabhängig voneinander verstellbar sind. Über den einen Auslaufschacht wird Probenmaterial für die physikalische Untersuchung bereitgestellt, ein weiterer Auslaufschacht versorgt den chemischen Zweig mit Material und der dritte Auslaufschacht dient der Big-Bag-Befüllung. Über den vierten und letzten Auslaufschacht wird das Verwurfmaterial dem Gurtförderer zugeführt.

Kundenspezifische Proben: Während der Beprobung einer Unterliefereinheit kann nach Bedarf 1.500 kg Probenmaterial in Big Bags (verteilt auf 2 Big Bags à jeweils 750 kg) gefüllt werden. Über die Stellung der Schaltklappe der ersten 2-Wege-Rutsche wird entschieden, ob das aus dem ersten Probenteiler ausgeschleuste Probenmaterial in Richtung Big-Bag-Befüllung oder in Richtung Verwurf geleitet wird.

Chemische Proben: Unterhalb des Probenteilers 1 ist für den chemischen Zweig als Kornbandvergleichmäßigungsgerät eine Doppelwalzenmühle platziert, in die das geteilte,  Probenmaterial eingeleitet und auf die Endkorngröße von 0 – 10 mm zerkleinert wird. Das aus der Doppelwalzenmühle ausgetragene Probenmaterial wird dem 2-stufigen Probenteiler 3 zugeführt. Über die Auslaufschächte des Probenteilers 3 werden gleichzeitig zwei Probensammelgefäße befüllt. Die Proben in den gleichzeitig befüllten Gefäßen weisen die gleichen Mengen auf. Der Inhalt des ersten Gefäßes dient der Qualitätsbestimmung im eigenen Labor. Der Inhalt des zweiten Gefäßes wird im Fremdlabor analysiert.

Physikalische Proben: Die unzerkleinerten Teilproben die aus fünf hintereinander genommenen Primärproben stammen, werden im ersten Schritt im Sammelbunker gesammelt. Nach erfolgter Sammlung wird der Auslaufschieber des Bunkers geöffnet und das Probenmaterial auf den 1-stufigen Probenteiler 2 aufgegeben. Die normgerecht reduzierten Teilproben gleiten anschließend in den Probensammler bzw. in eines der acht Probensammelgefäße. Aufgrund des Gesamtgewichtes der normgerechten Probe einer Unterliefereinheit von 75 kg wird die Probe in fünf Sammelgefäße à 15 kg unterteilt. Auf diese Weise können die Gefäße vom Bedienpersonal mit einem vertretbaren körperlichen Aufwand gehandhabt werden.

Schlussfolgerung

Die Auslegung der Beprobung von Schüttgut-Förderanlagen ist derart variantenreich, dass es selten nur eine Lösung für eine technische Aufgabenstellung gibt. Die korrekte Anwendung der für das Schüttgut geltenden Normen, die erfahrungsbasierte Berücksichtigung der Eigenschaften des jeweiligen Schüttguts sowie die örtlichen Gegebenheiten grenzen die Möglichkeiten allerdings ein. Jahrzehntelange Erfahrung – gemeinsam mit dem Know-how und der Erfahrung des Kunden – ermöglicht es, eine maßgeschneiderte Anlage zu entwickeln, die den Eigenschaften des Schüttguts und den Anforderungen der Normen und kundenseitigen Spezifikationen gerecht wird.

Roskopf Unternehmensgruppe

Seit mehr als 60 Jahren ist Roskopf unabhängiger und verlässlicher Partner der Industrie in den Bereichen Schüttguttechnik und Industrieservice. Roskopf ist OEM für maßgeschneiderte Fördertechnik, Probenahme-Technologien sowie Systemlösungen. Gleichzeitig reicht das Spektrum an Industriedienstleistungen von Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten über zertifizierte Reparatur- und Montagearbeiten bis hin zur Übernahme von Produktionstätigkeiten.

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