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Die Geschichte des Schwingauslaufs

Die Schäffer Verfahrenstechnik GmbH hat den Schwingauslauf erfunden. Bereits ab Mitte der 70er-Jahre interessierte den jungen Ingenieur Erich Schäffer die Problematik der Auflockerung in zunehmendem Maße. Seine Marktstudien ergaben, dass die seinerzeit angebotenen Lösungen zwar stets bestimmte Vorteile boten, jedoch andere und oft erhebliche Nachteile in sich bargen.

Austrags-Schwingtrichter DN 1000, Typ 9.22-006, August 1980
Austrags-Schwingtrichter DN 1650, Typ 9.22-004, August 1980Foto: Foto: Schaeffer Verfahrenstechnik

1979: Studien und Überlegungen

Die Aufgaben, die eine funktio­nierende „Austragseinrichtung“ zu erfüllen hatte, waren schon damals klar gestellt:

  • möglichst problemloser Anbau an Silos und Behälter ohne teure Abstützung
  • einfacher Anbau nachfolgender Austragsgeräte ohne Stützkonstruktionen
  • keine Manschetten zwischen Austragseinrichtung und Silo sowie Austragsgeräten
  • Erzielen von Massenfluss anstelle des üblichen Kernflusses
  • weitgehende Entlastung der Auslaufebene vom Bunkerdruck und damit reduzierter Einfluss der Schüttguthöhe im Behälter auf den Austrags- Volumenstrom
  • möglichst keine Schüttgutverdichtung
  • möglichst keine Entmischung beim Austrag

1980: Erste Konstruktion und Auslieferung

 In diesem Jahr wurde die Austragseinrichtung zum ersten Mal als komplettes Gerät konzipiert, also nicht als eine Einheit, die erst in ein entsprechend umgebautes Silo eingebaut werden musste.  Ein Silokonus bekam einen angeschweißten Unterflansch, benötigte keine Manschetten oder spezielle Unterkonstruktionen und die Austrags­einrichtung wurde problemlos angeschraubt. Die Bauhöhe wurde so ausgelegt, dass bei einem Silo mit 60°-Konus die geo­metrischen Höhendaten durch die Austragseinrichtung nicht verändert werden.

1 Silo, 2 Filter, 3 Füllstandsmelder, 4 Schwingauslauf, 5 Absperrschieber, 6 Zellenradschleuse, 7 Förderschnecke, 8 Taktsteuerung (kundenseitig)

Typischer Einsatzfall bei einem BunkerabzugFoto: Abbildung: Schaeffer Verfahrenstechnik

Die Auflockerung erfolgte durch einen in den Silokonus ragenden Brechkegel gleichmäßig durch Paddel und Leitbleche bis zur Auslaufebene über die ganze Hohe der Austragseinrichtung. Das Schüttgut wurde aufgelockert durch horizontale Schwingungen über einen Vibrationsmotor, der ausschließlich Schwingungen in horizontaler Ebene erzeugte, also ohne Vertikal­komponente, sodass ein Verdichtungseffekt des Schüttguts im Konus des Geräts verhindert wurde. Durch die Verlagerung des Brechkegels auf Federelemente wurde eine Entkopplung des Brechkegels vom Außenkonus erzielt. Ein größtmöglicher Dämpfungsgrad wurde durch entsprechende Auslegung der Federung erreicht, sodass durch den Anlenkungseffekt bei dem meist anorganischen Schüttgut bei sach- und fachkundiger Einstellung der Unwucht nur geringe Schwingungs­kräfte in die Silokonstruktion eingeleitet wurden.  Um einem Entmischungseffekt bestmöglich entgegen zu wirken, wurden Leitbleche und Paddel schräggestellt. Der Winkel wurde versuchsmäßig ermittelt und eine Art Turboeffekt erzielt. 

Die hier beschriebene Ausführung DN 1650 (Einlaufmaß) mit der damaligen Type 9.22-004 bekam den Namen „Austrags-Schwingtrichter“ und wurde erstmals im August 1980 zur Auflockerung von staub- und feinkörnigen Baustoffen ausgeliefert, dann angebaut unter einem kundenseitigen Silo mit 3300 mm Durchmesser. Diese erste Ausführung ist bis heute in Betrieb, einzig im Februar des Jahres 2015 bestellte der Kunde neue Dichtungen. Im Laufe des Jahres 1980 sind noch weitere Geräte mit verschieden großen Einlaufmaßen gebaut und ebenfalls ausgeliefert worden.  

1980 bis 1994: Weiterentwicklung 

Da der Austrags-Schwingtrichter in der beschriebenen Ausführung relativ teuer war, trieb die Schaeffer Verfahrenstechnik GmbH die Entwicklung im Laufe der Jahre stetig voran. Die jetzt gültige Ausführung unter der Bezeichnung „Schwingauslauf“ (englisch: „Vibrating Siloblaster“) wurde im Jahr 1994 erreicht und wird seitdem mit weiteren Verbesserungen, insbesondere auch in einer eckigen Version, gebaut.  Der Schwingauslauf erfuhr im Laufe seiner Entwicklung aus dem ursprünglichen „Austrags-Schwingtrichter“ unter anderem folgende maßgeblichen Änderungen:  

  • Der zunächst vorgesehene und konstruierte schwingende Lochblechinnenkonus hat sich als nicht erforderlich erwiesen. Er entfiel, die Leitbleche wurden bis nahe an den feststehenden Außenkonus geführt.
  • Die am Brechkegel vorgesehene Möglichkeit der Luftauflockerung erwies sich als unnötig und wurde durch schräg gestellte Leitbleche ersetzt.
  • Die innenliegenden Federelemente wurden im Verlauf durch außenliegende und letztlich durch Hochleistungsgelenklager ersetzt. Durch entsprechende Anordnung konnte eine Selbstzentrierung des Brechkegels im Außenkonus erzielt werden.

Schwingauslauf DN 800, 1994Foto: Foto: Schaeffer Verfahrenstechnik

2009: Eine Dissertation der Universität Magdeburg 

Der Schwingauslauf der Schaeffer Verfahrenstechnik GmbH wurde im Jahre 2009 wissenschaftlich von der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik, untersucht und war Gegen­stand einer ausführlichen Dissertation. Titel: „Verbesserung des Schwerkraftflusses kohäsiver Pulver durch Schwingungseintrag“, Autor: Dipl.-Ing. Guido Kache. Aus der Dissertation, Seite 199, hier wörtlich zitiert:“Im Rahmen der Technikum-Siloversuche zeigte sich, dass ein pulsierender Betrieb der Schwingtrichter zur optimalen Ausnutzung des zusätzlichen Leistungseintrages in Form der Schwingungen führt. Das Modell zur Beschreibung der Austraggeschwindigkeit kohäsiver Pulver erlaubt, die optimalen Zeiten für den pulsierenden Betrieb zu berechnen. Durch pulsierenden Betrieb kann der Massenstrom einfach und wirksam gesteuert werden. Außerdem können mit pulsierendem Betrieb bis zu 40% höhere Austragmassenströme als bei kontinuierlichem Betrieb der Schwingtrichter erzielt werden.”

Heute: Ausgereifte Auflockerung und Austrag

Die Kenntnis der Problematik von Brückenbildung, Anbackungen, Verstopfen der Aus­lass­öffnung, ungleichmäßigem Schüttgutaustrag, Kernfluss, andrerseits der Abplatzung von Anbackungen etc. und die Kenntnis der entsprechenden Zusammenhänge hat letztendlich zum „Schwingauslauf“ in seiner aktuellen Form und Ausarbeitung geführt.

Der Original-Schwingauslauf ist in seiner heutigen Bauform einsetzbar für staubförmige, fein- und grobkörnige Schüttgüter bis Korngröße 40 mm, die technisch trocken und nicht generell anbackend und klebrig sind, im Allgemeinen also anorganische Schüttgüter. Die Vorteile des Original-Schwingauslaufs, ein jahrelang ausgereiftes Gerät mit besten Ergebnissen, sind abschließend noch einmal zusammen­gefasst: 

  • Lieferung als komplett montierte Baueinheit
  • Montage unter den entsprechend ausgeführten Flansch am kundenseitigen Silo
  • Problemloser Anbau der darunterliegenden Austrags- und Dosiergeräte am Unter­flansch des Schwingauslaufs (Losflansch)
  • Keine Kompensatoren, Verbindungsmanschetten und Abstützkonstruktionen erforderlich, somit preisgünstige Montage in kürzester Zeit
  • Horizontal schwingender Brechkegel mit Leitblechen
  • Schrägstellung der Leitbleche zur weitest gehenden Verhinderung von Entmischungs­effekten
  • Unter­schiedliche Schrägstellung der Leitbleche erzielt variierende Relativ­geschwin­digkeiten der Produktpartikel sowie eine Auflockerung der Randzonen. Die Rüttel­verdichtung des Schüttguts wird verhindert und nahezu unabhängig von der Schüttguthöhe im Silo eine Vergleichmäßigung der Ausflussgeschwindigkeit erreicht.
  • Entlastung der Auslaufebene vom Bunkerdruck durch entsprechende Auslegung des Brechkegels
  • Massenfluss anstelle von Kernfluss, „Turboeffekt“ beim Austrag
  • Übertragung der Schwingung vom außenliegenden Vibrationsmotor über eine Schwingungskupplung auf den Brechkegel in horizontaler Ebene ohne vertikal verdichtend wirkende Komponente
  • Verlagerung des schwingenden Brechkegels in außen liegenden Hochleistungs- Gelenklagern, die so angeordnet sind, dass eine Selbstzentrierung des Brechkegels auch bei ungleichmäßiger, sogar seitlicher, Schüttgutaufgabe, erreicht wird.
  • Keine Luftauflockerung (Feuchtigkeit), geringer Energiebedarf
  • Einfache Einstellung der Fliehkräfte von außen, dadurch schnelle Anpassung der Wirkungsweise des Schwingauslaufs an das Schüttgut
  • Problemlose Auswechslung der Dichtungen an der Schwingungskupplung von außen ohne Spezialwerkzeuge, lange Lebensdauer der Dichtungen
  • Listenmäßige Ausführung passt in die Silogeometrie beim 60°-Konus ohne Änderung der Bauhöhe.
(Autor: Dipl.Ing.(FH) Erich Schäffer, Leiter Serviceabteilung, Schaeffer Verfahrenstechnik GmbH)

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