Die Materialtrennung stellt bei den meisten Lagertechnologien ein inhärentes Problem dar. Mit der steigenden Nachfrage nach qualitativ hochwertigeren Produkten verschärft sich das Problem der Lagerisolierung.
Teleskop-Radialstapelförderer sind bekanntlich die effizienteste Lösung zur Stapeltrennung. Sie ermöglichen die schichtweise Lagerung, wobei jede Schicht aus verschiedenen Materialien besteht. Um diese Lagerhaltung zu gewährleisten, muss der Förderer nahezu kontinuierlich laufen. Während die Bewegung von Teleskopförderern manuell gesteuert werden muss, ist die Automatisierung die mit Abstand effizienteste Steuerungsmethode.
Automatische Förderbänder können so programmiert werden, dass sie kundenspezifische Lagerbestände in verschiedenen Größen, Formen und Konfigurationen erstellen. Diese nahezu unbegrenzte Flexibilität steigert die Betriebseffizienz und ermöglicht die Herstellung qualitativ hochwertigerer Produkte.
Bauunternehmen geben jährlich Millionen von Dollar für die Herstellung von Zuschlagstoffen für eine Vielzahl von Anwendungen aus. Zu den beliebtesten Anwendungen zählen Grundmaterialien, Asphalt und Beton.
Die Herstellung von Produkten für diese Anwendungen ist komplex und teuer. Aufgrund strengerer Spezifikationen und Toleranzen gewinnt die Produktqualität zunehmend an Bedeutung.
Schließlich wird das Material aus der Halde entfernt und zu einem Ort transportiert, wo es in den Untergrund, Asphalt oder Beton eingearbeitet wird.
Die zum Abtragen, Strahlen, Zerkleinern und Sieben benötigte Ausrüstung ist sehr teuer. Moderne Anlagen können jedoch zuverlässig Zuschlagstoffe gemäß Spezifikation produzieren. Die Lagerhaltung mag zwar ein trivialer Teil der integrierten Fertigung sein, doch bei falscher Handhabung kann ein Produkt, das perfekt den Spezifikationen entspricht, diese nicht erfüllen. Das bedeutet, dass durch die Verwendung falscher Lagermethoden ein Teil der Kosten für die Herstellung eines Qualitätsprodukts verloren gehen kann.
Obwohl die Lagerhaltung eines Produkts dessen Qualität beeinträchtigen kann, ist sie ein wichtiger Bestandteil des gesamten Produktionsprozesses. Sie ist eine Lagermethode, die die Verfügbarkeit des Materials sicherstellt. Die Produktionsrate weicht oft von der für eine bestimmte Anwendung benötigten Produktrate ab, und die Lagerhaltung hilft, diese Differenz auszugleichen.
Lagerbestände bieten Auftragnehmern zudem ausreichend Lagerraum, um effektiv auf schwankende Marktnachfrage zu reagieren. Aufgrund der Vorteile der Lagerung wird sie stets ein wichtiger Bestandteil des gesamten Fertigungsprozesses sein. Daher müssen Hersteller ihre Lagertechnologien kontinuierlich verbessern, um die damit verbundenen Risiken zu reduzieren.
Das Hauptthema dieses Artikels ist die Trennung. Segregation wird als „Trennung von Material nach Partikelgröße“ definiert. Verschiedene Anwendungen von Zuschlagstoffen erfordern sehr spezifische und einheitliche Materialqualitäten. Segregation führt zu übermäßigen Unterschieden in der Produktvielfalt.
Die Trennung kann praktisch überall im Herstellungsprozess des Zuschlagstoffs erfolgen, nachdem das Produkt zerkleinert, gesiebt und auf die richtige Körnung gemischt wurde.
Die erste Möglichkeit zur Trennung ist die Lagerhaltung (siehe Abbildung 1). Sobald das Material in die Lagerhaltung aufgenommen wurde, wird es recycelt und an den Einsatzort geliefert.
Die zweite Möglichkeit einer Trennung besteht bei der Verarbeitung und beim Transport. Auf der Baustelle eines Asphalt- oder Betonwerks wird das Aggregat in Trichter und/oder Lagerbehälter gefüllt, aus denen das Produkt entnommen und verwendet wird.
Eine Trennung tritt auch beim Befüllen und Entleeren von Silos und Silos auf. Eine Trennung kann auch beim Aufbringen der endgültigen Mischung auf eine Straße oder eine andere Oberfläche auftreten, nachdem das Aggregat in die Asphalt- oder Betonmischung eingemischt wurde.
Homogene Gesteinskörnungen sind für die Herstellung von hochwertigem Asphalt oder Beton unerlässlich. Schwankungen in der Körnung der lösbaren Gesteinskörnungen machen es praktisch unmöglich, einen akzeptablen Asphalt oder Beton zu erhalten.
Kleinere Partikel eines bestimmten Gewichts haben eine größere Gesamtoberfläche als größere Partikel desselben Gewichts. Dies führt zu Problemen beim Mischen von Zuschlagstoffen in Asphalt- oder Betonmischungen. Ist der Feinanteil im Zuschlagstoff zu hoch, fehlt Mörtel oder Bitumen, und die Mischung wird zu dickflüssig. Ist der Anteil grober Partikel im Zuschlagstoff zu hoch, entsteht zu viel Mörtel oder Bitumen, und die Mischung wird zu dünnflüssig. Straßen aus getrennten Zuschlagstoffen weisen eine schlechte strukturelle Integrität auf und haben letztendlich eine kürzere Lebensdauer als Straßen aus ordnungsgemäß getrennten Produkten.
Viele Faktoren führen zur Trennung von Lagerbeständen. Da die meisten Lagerbestände mithilfe von Förderbändern erstellt werden, ist es wichtig, die Auswirkungen von Förderbändern auf die Materialsortierung zu verstehen.
Während das Band Material über das Förderband transportiert, federt es beim Überrollen der Umlenkrolle leicht. Dies liegt am leichten Durchhang des Bandes zwischen den Umlenkrollen. Diese Bewegung führt dazu, dass sich die kleineren Partikel am Boden des Materialquerschnitts absetzen. Durch die Überlappung der groben Körner bleiben diese oben.
Sobald das Material das Austragsrad des Förderbandes erreicht, ist es bereits teilweise in das größere Material oben und das kleinere Material unten getrennt. Wenn sich das Material entlang der Kurve des Austragsrades bewegt, bewegen sich die oberen (äußeren) Partikel mit einer höheren Geschwindigkeit als die unteren (inneren). Dieser Geschwindigkeitsunterschied führt dazu, dass sich die größeren Partikel vom Förderband wegbewegen, bevor sie auf den Stapel fallen, während die kleineren Partikel neben dem Förderband liegen.
Außerdem besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass kleine Partikel am Förderband haften bleiben und erst ausgetragen werden, wenn sich das Förderband weiter auf das Austragsrad aufwickelt. Dies führt dazu, dass mehr feine Partikel zurück zur Vorderseite des Stapels gelangen.
Wenn Material auf einen Stapel fällt, haben größere Partikel einen stärkeren Vorwärtsimpuls als kleinere. Dadurch bewegt sich grobes Material leichter nach unten als feines. Jedes Material, ob groß oder klein, das an den Seiten eines Stapels herunterläuft, wird als „Spill“ bezeichnet.
Verschüttetes Material ist eine der Hauptursachen für Materialtrennung und sollte nach Möglichkeit vermieden werden. Wenn das verschüttete Material den Abhang hinunterrollt, neigen die größeren Partikel dazu, den gesamten Hang hinunterzurollen, während sich das feinere Material an den Rändern des Abraums absetzt. Folglich verbleiben immer weniger feine Partikel im aufwirbelnden Material, je weiter das verschüttete Material an den Seiten des Haufens hinunterrollt.
Wenn das Material die untere Kante oder Spitze des Haufens erreicht, besteht es hauptsächlich aus größeren Partikeln. Verschüttetes Material führt zu einer deutlichen Entmischung, die im Lagerbereich sichtbar ist. Die äußere Spitze des Haufens besteht aus gröberem Material, während der innere und obere Haufen aus feinerem Material besteht.
Auch die Form der Partikel trägt zu Nebeneffekten bei. Glatte oder runde Partikel rollen eher den Hang hinunter als feine Partikel, die meist quadratisch sind. Das Überschreiten der Grenzwerte kann zudem zu Materialschäden führen. Wenn die Partikel eine Seite des Stapels hinunterrollen, reiben sie aneinander. Dieser Verschleiß führt dazu, dass einige Partikel zerkleinert werden.
Wind ist ein weiterer Grund für die Isolation. Nachdem das Material das Förderband verlassen hat und in den Stapel fällt, beeinflusst der Wind die Flugbahn der Partikel unterschiedlicher Größe. Wind hat einen großen Einfluss auf empfindliche Materialien. Dies liegt daran, dass das Verhältnis von Oberfläche zu Masse kleinerer Partikel größer ist als das größerer Partikel.
Die Wahrscheinlichkeit von Bestandsaufspaltungen kann je nach Materialart im Lager variieren. Der wichtigste Faktor im Zusammenhang mit der Trennung ist der Grad der Partikelgrößenänderung im Material. Materialien mit größerer Partikelgrößenvariation weisen während der Lagerung eine höhere Trennung auf. Als Faustregel gilt: Wenn das Verhältnis von größter zu kleinster Partikelgröße 2:1 überschreitet, kann es zu Problemen bei der Pakettrennung kommen. Liegt das Partikelgrößenverhältnis hingegen unter 2:1, ist die Volumentrennung minimal.
Beispielsweise können sich Unterbaumaterialien mit Partikeln bis zu einer Maschenweite von 200 während der Lagerung delaminieren. Bei der Lagerung von Materialien wie gewaschenem Stein ist die Isolierung jedoch unbedeutend. Da der Sand größtenteils nass ist, ist eine Lagerung oft ohne Trennungsprobleme möglich. Feuchtigkeit führt dazu, dass Partikel aneinander haften und so eine Trennung verhindert wird.
Bei der Lagerung des Produkts lässt sich eine Trennung manchmal nicht verhindern. Der äußere Rand des fertigen Haufens besteht hauptsächlich aus grobem Material, während das Innere des Haufens eine höhere Konzentration an feinem Material enthält. Bei der Entnahme von Material vom Ende solcher Haufen ist es notwendig, an verschiedenen Stellen Schöpfkellen zu entnehmen, um das Material zu vermischen. Entnimmt man Material nur von der Vorder- oder Rückseite des Haufens, erhält man entweder das gesamte grobe oder das gesamte feine Material.
Auch beim Beladen von LKWs gibt es Möglichkeiten zur zusätzlichen Isolierung. Wichtig ist, dass die verwendete Methode nicht zum Überlaufen führt. Beladen Sie zuerst die Vorderseite des LKWs, dann die Rückseite und schließlich die Mitte. So minimieren Sie die Auswirkungen einer Überladung im LKW.
Ansätze zur Nachinventurbearbeitung sind sinnvoll, das Ziel sollte jedoch darin bestehen, Quarantänen während der Inventarerstellung zu vermeiden oder zu minimieren. Hilfreiche Methoden zur Vermeidung von Isolation sind:
Beim Stapeln auf einem LKW sollte das Material sorgfältig in getrennten Stapeln gestapelt werden, um ein Verschütten zu minimieren. Das Material sollte mit einem Lader zusammengestapelt werden, indem die Schaufel auf volle Höhe angehoben und ausgekippt wird, wodurch das Material vermischt wird. Wenn ein Lader Material bewegen und zerkleinern muss, versuchen Sie nicht, große Stapel zu bilden.
Der schichtweise Aufbau von Lagerbeständen kann die Entmischung minimieren. Diese Art von Lager kann mit einem Bulldozer errichtet werden. Wird das Material auf dem Lagerplatz angeliefert, muss der Bulldozer es in die schräge Schicht schieben. Wird der Stapel mit einem Förderband aufgebaut, muss der Bulldozer das Material in eine horizontale Schicht schieben. In jedem Fall muss darauf geachtet werden, das Material nicht über den Rand des Stapels zu schieben. Dies kann zum Überlaufen führen, was eine der Hauptursachen für die Entmischung ist.
Das Aufstapeln mit Bulldozern birgt eine Reihe von Nachteilen. Zwei wesentliche Risiken sind Produktzersetzung und Verunreinigung. Schweres Gerät, das kontinuierlich am Produkt arbeitet, verdichtet und zerkleinert das Material. Bei dieser Methode müssen Hersteller darauf achten, das Produkt nicht zu stark zu zersetzen, um Trennungsprobleme zu vermeiden. Der zusätzliche Arbeits- und Geräteaufwand macht diese Methode oft unerschwinglich, und die Hersteller müssen während der Verarbeitung auf Trennung zurückgreifen.
Radiale Stapelförderer minimieren die Auswirkungen der Trennung. Während sich der Bestand ansammelt, bewegt sich der Förderer radial nach links und rechts. Durch die radiale Bewegung des Förderers werden die Enden der Stapel, die üblicherweise aus grobem Material bestehen, mit feinem Material bedeckt. Die vorderen und hinteren Finger bleiben zwar rau, der Stapel ist jedoch gemischter als der der Kegel.
Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Höhe und dem freien Fall des Materials und dem Grad der Entmischung. Mit zunehmender Höhe und größerer Fallbahn des Materials kommt es zu einer zunehmenden Trennung von Fein- und Grobmaterial. Förderer mit variabler Höhe sind daher eine weitere Möglichkeit, die Entmischung zu reduzieren. Zu Beginn sollte sich der Förderer in der niedrigsten Position befinden. Der Abstand zur Antriebstrommel muss stets so gering wie möglich sein.
Der freie Fall von einem Förderband auf einen Stapel ist ein weiterer Grund für die Trennung. Steintreppen minimieren die Trennung, indem sie frei fallendes Material verhindern. Eine Steintreppe ist eine Struktur, die das Material die Stufen hinunter auf die Stapel fließen lässt. Sie ist effektiv, hat aber nur begrenzte Anwendungsmöglichkeiten.
Durch den Einsatz von Teleskoprutschen kann die durch Wind verursachte Ablösung minimiert werden. Teleskoprutschen an den Abwurfrollen des Förderers, die von der Rolle bis zum Stapel reichen, schützen vor Wind und begrenzen dessen Auswirkungen. Bei entsprechender Konstruktion können sie auch den freien Fall des Materials begrenzen.
Wie bereits erwähnt, ist das Förderband bereits vor dem Austragspunkt isoliert. Beim Verlassen des Förderbandes kommt es zusätzlich zu einer weiteren Entmischung. Um das Material wieder zu vermischen, kann am Austragspunkt ein Schaufelrad installiert werden. Rotierende Räder haben Flügel oder Schaufeln, die den Weg des Materials durchqueren und vermischen. Dies minimiert die Entmischung, eine Materialzersetzung ist jedoch möglicherweise nicht akzeptabel.
Die Trennung kann erhebliche Kosten verursachen. Nicht spezifikationsgerechte Bestände können zu Strafen oder zur Ablehnung des gesamten Bestands führen. Bei Anlieferung von nicht konformem Material auf der Baustelle können die Strafen 0,75 US-Dollar pro Tonne übersteigen. Die Arbeits- und Gerätekosten für die Sanierung minderwertiger Halden sind oft unerschwinglich. Die Stundenkosten für den Bau eines Lagers mit Bulldozer und Bediener sind höher als die Kosten für einen automatischen Teleskopförderer. Zudem kann das Material zerfallen oder verunreinigt werden, um eine ordnungsgemäße Sortierung zu gewährleisten. Dies mindert den Produktwert. Darüber hinaus entstehen beim Einsatz von Geräten wie Bulldozern für nicht-produktive Aufgaben Opportunitätskosten, obwohl diese ursprünglich für Produktionsaufgaben aktiviert wurden.
Um die Auswirkungen der Isolation bei der Inventarisierung in Anwendungen, in denen Isolation ein Problem darstellen kann, zu minimieren, gibt es einen anderen Ansatz. Dazu gehört das Stapeln in Schichten, wobei jede Schicht aus einer Reihe von Stapeln besteht.
Im Stapelbereich wird jeder Stapel als Miniaturstapel dargestellt. Die Aufteilung erfolgt aufgrund der zuvor beschriebenen Effekte weiterhin für jeden einzelnen Haufen. Das Isolationsmuster wiederholt sich jedoch häufiger über den gesamten Querschnitt des Haufens. Solche Stapel weisen eine höhere „Aufteilungsauflösung“ auf, da sich das diskrete Gradientenmuster häufiger in kleineren Abständen wiederholt.
Bei der Stapelverarbeitung mit einem Frontlader entfällt die Materialvermischung, da eine Schaufel mehrere Stapel umfasst. Beim Umladen des Stapels sind die einzelnen Schichten deutlich sichtbar (siehe Abbildung 2).
Stapel können durch verschiedene Lagermethoden gebildet werden. Eine Möglichkeit ist der Einsatz eines Brücken- und Abtransportfördersystems, das sich allerdings nur für stationäre Anwendungen eignet. Ein wesentlicher Nachteil stationärer Fördersysteme ist die meist fixe Höhe, die zu der oben beschriebenen Windablösung führen kann.
Eine weitere Methode ist die Verwendung eines Teleskopförderers. Teleskopförderer bieten die effizienteste Möglichkeit zum Stapeln und werden oft stationären Systemen vorgezogen, da sie bei Bedarf bewegt werden können und viele sogar für den Transport auf der Straße ausgelegt sind.
Teleskopförderer bestehen aus Förderern (Schutzförderern), die in gleich langen Außenförderern eingebaut sind. Der Spitzenförderer kann sich linear entlang des Außenförderers bewegen, um die Position der Entladerolle zu verändern. Die Höhe des Entladerads und die radiale Position des Förderers sind variabel.
Die dreiachsige Bewegung des Entladerades ist unerlässlich, um geschichtete Stapel zu erzeugen, die eine Entmischung verhindern. Seilwindensysteme werden typischerweise zum Aus- und Einfahren der Zuführbänder eingesetzt. Die radiale Bewegung des Förderers kann durch ein Kettenradsystem oder einen hydraulisch angetriebenen Planetenantrieb erfolgen. Die Höhenverstellung des Förderers erfolgt üblicherweise durch Ausfahren der Teleskopfahrwerkszylinder. Alle diese Bewegungen müssen gesteuert werden, um automatisch mehrlagige Stapel zu erzeugen.
Teleskopförderer verfügen über einen Mechanismus zum Bilden mehrlagiger Stapel. Durch Minimieren der Schichttiefe wird die Trennung begrenzt. Dies erfordert, dass sich der Förderer bei steigendem Lagerbestand ständig bewegt. Die Notwendigkeit ständiger Bewegung macht die Automatisierung von Teleskopförderern erforderlich. Es gibt verschiedene Automatisierungsmethoden, von denen einige günstiger sind, aber erhebliche Einschränkungen aufweisen, während andere vollständig programmierbar sind und mehr Flexibilität bei der Lagerbestandserstellung bieten.
Sobald das Förderband beginnt, Material anzusammeln, bewegt es sich radial, während es das Material transportiert. Das Förderband bewegt sich, bis ein an der Förderwelle montierter Endschalter entlang seines radialen Verlaufs ausgelöst wird. Der Auslöser wird je nach gewünschter Bogenlänge des Förderbandes platziert. In diesem Moment fährt das Förderband um eine vorgegebene Distanz aus und beginnt, sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis das Stringer-Förderband seine maximale Länge erreicht hat und die erste Lage fertiggestellt ist.
Wenn die zweite Ebene gebaut ist, beginnt sich die Spitze von ihrer maximalen Ausdehnung zurückzuziehen, bewegt sich radial und zieht sich an der Bogengrenze zurück. Bauen Sie Schichten auf, bis der am Stützrad montierte Neigungsschalter durch den Stapel aktiviert wird.
Das Förderband fährt die eingestellte Strecke hoch und startet den zweiten Hub. Jeder Hub kann je nach Materialgeschwindigkeit mehrere Schichten umfassen. Der zweite Hub verläuft ähnlich wie der erste, und so weiter, bis der gesamte Haufen aufgebaut ist. Ein großer Teil des resultierenden Haufens wird entkoppelt, es kommt jedoch zu Überläufen an den Rändern jedes Haufens. Dies liegt daran, dass Förderbänder die Position von Endschaltern oder deren Betätigungselemente nicht automatisch anpassen können. Der Einzugsendschalter muss so eingestellt werden, dass der Überlauf den Förderschacht nicht verschüttet.