18 FORSCHUNG Online-Korngrößenanalyse von Gesteinskörnungen VORRICHTUNG ZUR SIMULATION der Bandanlage (l.). Hierbei kam eine modifizierte Version aus der ersten Projektphase zum Einsatz. Fotos und Grafiken: Autoren des Beitrages HYDRAULISCHES FÖRDERSYSTEM mit dem installierten Prototyp. Dabei handelt es sich um eine Pumpe, die an ein Schlauchleitungssystem angeschlossen ist und die Masse im Kreislauf transportiert. Resultierend aus der Notwendigkeit der Online-Bestimmung der Korngrößenverteilung von Steine- und Erdenprodukten als grundsätzliche Voraussetzung zur Anlagensteuerung und Prozessüberwachung in diesem Industriezweig wurde das Vorhaben mit der Zielsetzung der Entwicklung eines geeigneten Verfahrens durchgeführt. Die Entwicklung basiert auf der wirtschaftlichen Hypothese, dass durch die Nutzbarmachung von Körperschallschwingungen, die infolge der Kollisionen von Körnungen – die in einem Massenstrom bewegt werden – und einem Gegenstand entstehen, es gelingen könnte, Rückschlüsse auf die Korngrößenverteilung der Feststoffe in der Strömung zu ziehen. Dabei wird von dem physikalischen Prinzip des Impulses ausgegangen. Die auf Basis der Arbeitshypothese konzipierte Anlage bestand aus einem Oszillator, auf den im bewegten Massenstrom Körner aufprallen. Dieser Aufprall erzeugt Schwingungen die wiederum von einem Sensor aufgenommen und in elektronische Signale umwandelt werden. Die Signalkonditionierung erfolgt mit einer angeschlossenen Elektronikeinheit. Ein Softwarepaket dient der Datenverarbeitung und Ergebnisdarstellung. Untersuchungskonzept in Etappen Resultierend wurde das Projekt in aufeinanderfolgenden Einzeletappen zur Untersuchung der Einflussgrößen und Optimierung der jeweiligen Einheiten der Messvorrichtung durchgeführt. Die Untersuchungen des Einflusses der Geometrie, Form und räumlichen Lage des Oszillators, bezogen auf die Strömungsrichtung, bildeten einen Teilbereich der ersten Projektetappe. Die Erfassung des Einflusses des Arbeitsbereichs und der Sensitivität des Sensors einerseits und die Erfassung des Einflusses der spezifischen Eigenschaften des Massenstroms andererseits bildeten weitere Schwerpunkte dieser Projektetappe. Hierzu wurde eine spezielle Laboranlage konzipiert, welche die Projektanforderungen hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Versuchsbedingungen erfüllt. Die Versuchsanlage besteht aus einer zylinderförmigen Vorrichtung, welche am Rande als eine Rinne ausgebildet ist und der Aufnahme des Analyts dient. Die zylinderförmige Vorrichtung ist im Zentrum über eine Welle mit einem Elektromotor verbunden. Durch die Regelbarkeit des Motors kann die Geschwindigkeit des Oberteiles und somit der zu untersuchenden Masse eingestellt werden. Oberhalb der Vorrichtung sind Halte- GESTEINS PERSPEKTIVEN 6/2019
FORSCHUNG 19 rungen für die Aufnahme von Oszillator und Abstreifer zur Glättung des Analyts vorgesehen. Dabei sind die Halterungen für den Sensor so konstruiert, dass keine Eigenschwingungen Einfluss auf die aufzuzeichnenden Signale haben. Ergebnisse der Laboruntersuchungen Die Laboruntersuchungen zeigen, dass die Signaleigenschaften von der Lage der Schwingungsachse des Sensors in Relation zum Massenstrom abhängig sind. Form und räumliche Lage des Oszillators nehmen ebenfalls Einfluss auf die Signaleigenschaften. Aus der Impulsabhängigkeit der Signalintensität resultiert, dass die Strömungseigenschaften – in Form von Stoffkonzentration und Geschwindigkeit – die Schwingungsamplitude über alle Frequenzen hinweg proportional beeinflussen. Dementsprechend nehmen die Eintauchtiefe des Oszillators in den Massenstrom sowie die Fördergeschwindigkeit einen erheblichen Einfluss auf die zu verarbeitenden Rohsignale. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurden zwei Prototypen konzipiert. Ein Prototyp wurde zur Online-Messung in einem trockenen Massenstrom und ein weiterer für den Einsatz in einem hydraulischen Massenstrom gebaut. Im Bild auf Seite 18 rechts ist die Anlage mit dem Prototyp für die hydraulische Förderung dokumentiert. Dabei handelt es sich um eine Pumpe, die an ein Schlauchleitungssystem angeschlossen ist und die Masse im Kreislauf transportiert. Für die Signalerfassung wurde ein Oszillator in die Leitung integriert. Als Prototyp für den Einsatz auf einer Bandanlage wurde eine modifizierte Vorrichtung aus der ersten Projektphase eingesetzt (Foto Seite 18 links). Für die Signalanalyse kam die kommerzielle Software „imc. Famos“ der imc Test & Measurement GmbH zum Einsatz. Für die Kalibration und Ermittlung der Korngrößenverteilung wurde ein Programm auf Basis der statischen Methode der Regressionsanalyse erstellt. Die Untersuchungen mit den jeweiligen Prototypen bestätigen die oben beschriebenen Erkenntnisse. Wesentlich ist der Einfluss der Strömungseigenschaften. Dieser lässt sich insbesondere in den Untersuchungen im hydraulischen Massenstrom eindeutig erfassen. Der Zusammenhang zwischen der Schwingungsamplitude und den Strömungseigenschaften geht aus dem oberen Diagramm auf Seite 20 hervor. Als problematisch erweist sich der Umstand, dass die Strömungsfaktoren selbst voneinander abhängig sind. Die Variation der Konzentration führt zur Veränderung der Geschwindigkeit und umgekehrt, was das weitere Diagramm verdeutlicht. Da die Erfassung dieser Parameter für die Messung unabdingbar ist, wird die dargestellte Abhängigkeit zu einer besonderen Herausforderung zur Realisierung des Verfahrens bezogen auf die Umsetzung im hydraulischen System. Zuletzt wurden diese Prototypen während der vierten Projektetappe über mehrere Monate in drei verschiedenen Gesteinsbetrieben unter betrieblichen Voraussetzungen einem Langzeittest unterzogen. Zur repräsentativen Abdeckung des Produktspektrums dieses Industriezweiges wurden die Prototypen in einem Diabasbetrieb, in einem Sandund Kiesbetrieb und einem Quarzsandbetrieb installiert. Während die erstgenannten Anlagen auf Transportbändern installiert wurden, ist die zuletzt genannte Messvorrichtung in einem hydraulischen Transportsystem integriert. Zusammenfassung und Ausblick Die Ergebnisse aller Projektetappen bestätigen die grundsätzliche Richtigkeit der Arbeitshypothese. Die Nutzung der Signale, die bei der Kollision von Körnun- Gemeinschaftsforschung Der vorliegende Beitrag dokumentiert die Forschungsergebnisse des IGF-Vorhabens Nr. 19096 N der „Forschungsgemeinschaft Mineralische Rohstoffe“, die über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wurde. SCHEMATISCHE DARSTELLUNG der Versuchsanlage (Seitenansicht). Sie besteht aus einer zylinderförmigen Vorrichtung, die im Zentrum über eine Welle mit einem Elektromotor verbunden ist. 6/2019 GESTEINS PERSPEKTIVEN
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