Was ist ein Vibrationssieb? Welche Merkmale und Einsatzgebiete hat es?

In jeder Brech- und Siebanlage gibt es eine Maschine, deren einzige Aufgabe das Sortieren ist: das Vibrationssieb. Brecher zerkleinern das Gestein, doch erst das Sieb macht aus einem gemischten Partikelstrom verkaufsfähige, klassierte Produkte, und seine Einstellungen entscheiden darüber, wie viel von diesem Strom dort landet, wo es hingehört.

Die Maschine selbst wirkt schlicht, ein schwingender Kasten mit bespannten Siebdecks, doch es lohnt sich, die Physik dahinter zu verstehen. Neigung, Schwingungsart, Hub und Siebbelag verändern jeweils, was hindurchfällt und was nicht, und genau deshalb taucht dieselbe Grundmaschine in Steinbrüchen, Bergwerken und auf Recyclinghöfen in so vielen Bauformen auf.

Was ist ein Vibrationssieb?

Ein Vibrationssieb ist eine Maschine, die körniges Material in verschiedene Korngrößen trennt, indem sie es über ein oder mehrere bespannte Siebdecks schüttelt. Partikel, die kleiner sind als die Maschenöffnungen, fallen als Unterkorn hindurch, während größere Partikel über die Oberfläche wandern und getrennt als Überkorn ausgetragen werden.

Sieben ist das Gegenstück zum Brechen. Ein Brecher verändert die Korngröße; ein Sieb verändert nichts, es klassiert nur, was ankommt. In einer typischen Anlage wechseln sich beide ab: Das Material wird gebrochen, in Fraktionen gesiebt, und alles, was noch zu groß ist, kehrt im geschlossenen Kreislauf zum Brecher zurück.

Eine einzige Maschine kann mehrere Produkte gleichzeitig erzeugen. Jedes Siebdeck trägt eine andere Maschenöffnung, angeordnet von der gröbsten oben bis zur feinsten unten, sodass ein einziger Aufgabestrom das Sieb je nach Zahl der Siebdecks als drei, vier oder fünf getrennte Kornprodukte verlässt.

Wie funktioniert ein Vibrationssieb?

Ein Vibrationssieb wandelt Rotation in kontrollierte Schwingung um. Unwuchtmassen auf einer rotierenden Welle oder ein Paar gegenläufiger Unwuchtmotoren erzeugen eine Fliehkraft, die den Siebkasten und das Material darauf in einem sich wiederholenden Muster emporwirft, tausende kleine Würfe pro Minute.

Jeder Wurf bewirkt zweierlei. Er bewegt das Material auf dem Siebdeck vorwärts in Richtung Austragsende, und er lockert das Materialbett auf, damit sich die Partikel neu ordnen können. Diese Umordnung heißt Schichtung: Feinere Partikel sinken auf den Grund des Betts, gröbere steigen nach oben.

Die Schichtung macht das Sieben überhaupt erst effizient. Sobald die feinen Partikel die Oberfläche des Siebdecks erreichen, gibt ihnen jeder Wurf eine neue Chance, auf eine Öffnung zu treffen und hindurchzufallen. Grobe Partikel reiten oben auf dem Bett, wandern weiter vorwärts und verlassen das Siebdeck als Überkorn. Ein Sieb, das schüttelt, ohne zu schichten, transportiert bloß Gestein.

Die Schwingungsisolierung vervollständigt die Konstruktion. Der schwingende Körper sitzt auf Schraubenfedern oder Gummipuffern, sodass die heftige Bewegung des Siebkastens niemals die Tragkonstruktion oder den Stahlbau der Anlage darunter erreicht.

Was sind die wichtigsten Merkmale eines Vibrationssiebs?

Die bestimmenden Merkmale eines Vibrationssiebs sind die Abmessungen der Siebdecks, deren Anzahl, der Antrieb, der die Schwingung erzeugt, die einstellbaren Bewegungsparameter und das Isolationssystem aus Federn oder Gummipuffern. Zusammen legen sie fest, welche Kapazität, welchen Trennbereich und welche Genauigkeit die Maschine erreichen kann.

In dieser Maschinenklasse messen die Siebkästen typischerweise etwa 1,2 bis 2,4 Meter in der Breite und 4 bis 7 Meter in der Länge, was rund 5 bis 17 m² Siebfläche je Siebdeck ergibt. Stationäre Maschinen verarbeiten üblicherweise etwa 70 bis 340 Tonnen pro Stunde, mobile Siebanlagen erweitern die Klasse am oberen Ende auf rund 600 t/h.

Die Antriebsleistung ist gemessen an der Tonnage bescheiden. Maschinen mit Einzelantrieb laufen typischerweise mit Motoren von etwa 7,5 bis 22 kW, größere Siebkästen nutzen Doppelantriebe. Die Trennschnitte reichen auf konventionellen Siebdecks von etwa 1 bis 130 mm, und bei Konfigurationen zur Vorabsiebung sind maximale Aufgabestücke von rund 300 mm üblich.

Die Betriebsparameter sind bewusst einstellbar gehalten. Neigung, Drehzahl und Hub lassen sich jeweils auf das Material abstimmen, weshalb ein und dasselbe Siebmodell in einem Jahr Kalkstein und im nächsten Recyclingbeton verarbeitet: Die Maschine wird neu eingestellt, nicht ersetzt.

Welche Bauarten von Vibrationssieben gibt es?

Vibrationssiebe werden nach der Neigung des Siebdecks, der Schwingungsart und der Aufgabe, für die sie gebaut sind, eingeteilt. Die wichtigsten Bauarten sind:

• Geneigte Vibrationssiebe (Kreisschwinger): die häufigste Allzweckbauart, arbeitet bei 15 bis 30 Grad mit Kreisschwingung.
• Horizontale Vibrationssiebe: flache oder nahezu flache Siebdecks bei 0 bis 5 Grad mit Linear- oder Ellipsenschwingung, gewählt wegen Genauigkeit und geringer Bauhöhe.
• Bananensiebe (Mehrneigungssiebe): ein gekrümmtes Siebdeck, das steil beginnt, mit bis zu etwa 45 Grad, und zum Austrag hin abflacht, für hohen Durchsatz.
• Entwässerungssiebe: Siebe mit Linearschwingung, die feinem Material das Wasser entziehen, statt es zu klassieren.
• Hochfrequenzsiebe: Maschinen für die Feintrennung, die die Vibration direkt auf den Siebbelag übertragen.
• Stangenroste: robuste Decks aus verschleißfesten Stäben, die grobes Aufgabegut vor dem Vorbrecher vorabsieben.

Siebtrommeln und Rollenroste leisten ähnliche Sortierarbeit, gehören aber nicht zu dieser Familie, weil sie das Material drehen oder rollen, statt ein Siebdeck in Schwingung zu versetzen.

Geneigte Vibrationssiebe

Das geneigte Sieb ist das Arbeitstier der Gesteinskörnungsproduktion. Sein Siebdeck neigt sich um 15 bis 30 Grad, eine einzelne Exzenterwelle versetzt den Siebkasten in eine Kreisschwingung mit typischem Hub von 8 bis 12 mm bei rund 700 bis 1.000 rpm, und die Schwerkraft übernimmt einen Teil der Förderarbeit. Die Bauweise ist mechanisch einfach, unempfindlich gegen wechselndes Aufgabegut und leicht zu warten, was ihre weite Verbreitung erklärt.

Horizontale Vibrationssiebe

Horizontalsiebe laufen bei 0 bis 5 Grad und sind beim Materialtransport vollständig auf ihre Linear- oder Ellipsenschwingung angewiesen, mit Hüben von typischerweise 14 bis 20 mm. Die Partikel bleiben länger auf dem Siebdeck als bei einem geneigten Sieb, was die Trenngenauigkeit verbessert, und das flache Profil passt zu Anlagen mit begrenzter Bauhöhe, allen voran zu mobilen Maschinen.

Bananensiebe (Mehrneigungssiebe)

Ein Bananensieb krümmt sich über mehrere Neigungsabschnitte, steil am Aufgabeende und nahezu flach am Austrag. Der steile Beginn dünnt das Materialbett rasch aus, sodass Feinmaterial früh passiert, und das flachere Ende gibt dem Grenzkorn die Zeit, die es braucht. Das Ergebnis ist ein deutlich höherer Durchsatz bei gleicher Siebfläche, weshalb Bergbaukreisläufe mit hohen Tonnagen diese Form bevorzugen.

Entwässerungssiebe

Ein Entwässerungssieb entzieht dem Material Wasser, statt es nach Korngröße zu klassieren. Gegenläufige Motoren erzeugen eine Linearschwingung mit etwa 5 bis 6 G bei 1.000 bis 1.500 rpm, das Siebdeck steigt zum Austrag hin leicht an, und ein Wehr staut ein tiefes Materialbett auf, das als sein eigener Filter wirkt. Gewaschener Sand verlässt ein Entwässerungssieb in der Regel trocken genug, um direkt gefördert, aufgehaldet und verkauft zu werden.

Hochfrequenzsiebe

Hochfrequenzsiebe trennen feines Material, mit dem konventionelle Siebdecks schlecht zurechtkommen. Statt den ganzen Siebkasten zu schütteln, wird die Vibration, typischerweise im Bereich von 3.600 bis 5.000 rpm, direkt auf den Siebbelag übertragen, was feine Öffnungen offen und produktiv hält, bei Trennschnitten bis hinunter zu etwa 100 µm.

Stangenroste

Der Stangenrost schützt den Vorbrecher. Sein Siebdeck besteht nicht aus Maschen, sondern aus parallelen verschleißfesten Stäben mit Öffnungen von 50 bis 300 mm, gebaut, um gesprengtes Gestein direkt vom Lkw aufzunehmen. Feingut und Mittelkorn fallen hindurch und umgehen den Brecher, sodass die Maschine nur an dem Gestein arbeitet, das tatsächlich gebrochen werden muss.

Was ist der Unterschied zwischen Kreis-, Linear- und Ellipsenschwingung?

Die Schwingungsart beschreibt die Bahn, die der Siebkasten in jedem Schwingungszyklus durchläuft: einen Kreis, eine gerade Linie oder eine Ellipse. Die Kreisschwingung entsteht durch eine einzelne Exzenterwelle, die Linearschwingung durch Doppelwellen oder gegenläufige Motoren, deren Kräfte sich außer entlang einer Achse gegenseitig aufheben, und die Ellipsenschwingung verbindet beide Verhaltensweisen.

Jede Bahn passt zu einer anderen Neigung des Siebdecks. Die Kreisschwingung braucht ein geneigtes Siebdeck, weil der Wurf allein das Material in der Ebene nicht effizient fördert. Die Linearschwingung schiebt das Material von selbst vorwärts, und genau das lässt Horizontal- und Entwässerungssiebe mit wenig oder gar keiner Neigung arbeiten.

Die Ellipsenschwingung liegt dazwischen und verbindet den kräftigen Wurf des Kreises mit der Förderwirkung der Linie. Auf Horizontalsieben hält sie das Material in Bewegung und bewahrt zugleich die Genauigkeit, die aus der längeren Verweilzeit auf dem Siebdeck entsteht. In der Praxis ist die Schwingungsart durch die Antriebskonstruktion der Maschine festgelegt; sie wird bei der Auslegung des Siebs gewählt und nicht nachträglich verstellt.

Was ist ein Siebbelag und woraus besteht er?

Der Siebbelag ist die austauschbare Oberfläche, die das Material tatsächlich berührt: die Maschen, Paneele oder Bleche, die die Öffnungen tragen. Die wichtigsten Optionen sind Drahtgewebe, Polyurethan-Paneele, Gummi-Paneele und gelochtes Stahlblech, und diese Wahl beeinflusst Verschleißdauer, offene Siebfläche und Lärm stärker als jedes andere Bauteil.

Drahtgewebe bietet bei gegebener Öffnungsweite die größte offene Siebfläche und ist damit die Wahl für Genauigkeit und Durchsatz bei trockenem, mäßig abrasivem Material. Polyurethan-Paneele widerstehen dem Abrieb und eignen sich für die Nasssiebung, wo sie Draht um ein Vielfaches überdauern. Gummi absorbiert die Schläge von grobem, scharfkantigem Aufgabegut und läuft spürbar leiser. Gelochtes Stahlblech übernimmt die schwere Vorabsiebung, bei der alles Leichtere zerstört würde.

Weil der Siebbelag in genormten Paneelen oder gespannten Bahnen montiert wird, kann ein Sieb seinen Charakter wechseln, ohne dass die Maschine gewechselt wird. Dasselbe Siebdeck, das in dieser Saison Lochblech für die Vorabsiebung trägt, kann in der nächsten feine Polyurethan-Paneele tragen, ganz nach dem Produktmix der Anlage.

Wie viele Siebdecks kann ein Vibrationssieb haben?

Vibrationssiebe tragen typischerweise 2 bis 4 Siebdecks, und jedes Siebdeck fügt ein Produkt hinzu: Ein Sieb mit n Siebdecks trennt das Aufgabegut in n+1 Kornfraktionen. Eine Maschine mit zwei Siebdecks erzeugt drei Produkte, eine mit drei Siebdecks vier und eine mit vier Siebdecks fünf.

Die Anordnung der Siebdecks folgt einer einzigen Regel: gröbste Öffnung oben, feinste unten. Das oberste Siebdeck schirmt die feineren Maschen darunter vor schweren Brocken ab und trägt den größten Teil des Verschleißes, weshalb es meist auch die erste Fläche ist, die ersetzt wird.

Mehr Siebdecks sind nicht automatisch besser. Jedes zusätzliche Siebdeck macht die Maschine höher, erschwert den Zugang zum Siebbelag und verteilt dieselbe Siebfläche auf mehr Trennungen. Anlagen legen die Zahl der Siebdecks deshalb nach der Zahl der Produkte fest, die sie tatsächlich verkaufen, nicht danach, was der Rahmen tragen könnte.

Wo werden Vibrationssiebe eingesetzt?

Vibrationssiebe werden überall dort eingesetzt, wo körniges Material nach Größe sortiert werden muss: im Bergbau und in der Erzaufbereitung, in der Produktion von Gesteinskörnungen und Sand, in Brech- und Siebanlagen, im Recycling von Bau- und Abbruchabfällen, im Kohleumschlag und bei Industriemineralen. Leichtere Varianten dienen auch der Chemie- und Lebensmittelindustrie.

In der Gesteinskörnungsproduktion definiert das Sieb die Produktliste. Beton- und Asphaltspezifikationen verlangen enge Sieblinien, und jede Fraktion, die ein Steinbruch verkauft, vom feinen Sand bis zum Gleisschotter, verlässt die Anlage über ein dafür ausgelegtes Siebdeck.

Bergbaukreisläufe stützen sich gleich zweimal auf Siebe: Stangenroste und Vorsiebe schützen den Vorbrecher am Anfang der Anlage, während Bananensiebe und Horizontalsiebe den gebrochenen Strom aufteilen und den Kreislauf schließen, indem sie Überkorn für einen weiteren Durchgang zurückschicken. Entwässerungssiebe trocknen anschließend die gewaschenen Feinprodukte für den Transport.

Das Recycling hat sich zur Anwendung mit dem schnellsten Wandel entwickelt. Gebrochener Beton, Ziegel und Asphalt kommen gemischt und unregelmäßig an, und das Sieben trennt die wiederverwendbaren Fraktionen von den Störstoffen. Dieselbe Physik der Schichtung, die im Steinbruch frisches Gestein sortiert, sortiert auf einem städtischen Recyclinghof Abbruchmaterial, und das ist ein gutes Maß dafür, wie universell diese Maschine geworden ist.