Formsand lagert zur Wiederverwendung in Textilsilos

Sandguss kommt hauptsächlich bei der Produktion größerer Bauteile zum Einsatz. Das bedeutet dann auch Formsand in großen Mengen. Aber was passiert mit dem Sand nach dem Guss? Danach wird der Formsand in Silos gelagert, in denen er bis zum nächsten Einsatz ruhen muss. Dazu wird verklumpter Sand und etwa vorhandene Metallreste zuvor abgesiebt. Außerdem kann der im Sand enthaltene Binder bei Lagerung und Transport zu Problemen in Form von Brückenbildung und Anhaftungen führen.

Dafür werden spezielle Textilsilos angeboten, die das Material durch die weiche Silowandung mobilisieren und ungewollter Verfestigung vorbeugen. Dennoch kam es beim Abzug des Formsandes aus dem Silo – der über ein Förderband erfolgt – zu einem ungleichmäßigen Abzug über die Länge. Das führt beim Formsand zu unterschiedlich langen Ruhezeiten und damit zu unregelmäßigem Materialverhalten bei der Wiederverwendung.

Wie wird eine Vergleichmäßigung des Siloabzuges erreicht?

Aufgrund diverser Gewichts- und Bauraumzwänge sind variable Schiebersysteme, die bei ähnlichen Problemen zum Einsatz kommen, hier keine Alternative. Denn dadurch wäre das zusätzliche Gewicht, das am Textilsilo hängt, zu hoch und der dafür zur Verfügung stehende Bauraum häufig zu gering. Daher musste eine statische Lösung mit niedrigem Gewicht und geringem Bauraum zur Vergleichmäßigung des Siloabzuges gefunden werden.

CAD-Geometrie des simulierten Textilsilos mit Bauteilbezeichnung. | © CADFEM Germany GmbH

Das schlechte Fließverhalten des zu fördernden Formsandes macht eine qualitative Kalibrierung des Schüttgutes nach Augenschein schwierig. Deshalb wurden bei Schwedes + Schulze Schüttguttechnik GmbH Messungen per Ringscherzelle für eine hochwertige Kalibrierung des Schüttgutes beauftragt. Anhand dieser Kalibrierungsdaten konnte das Modell für die Partikelsimulation des Schüttgutes zuverlässig eingestellt werden.

Nach erfolgter Kalibrierung wurde in der DEM-Simulation mit Ansys Rocky der Ausgangszustand des Siloabzugs nachgestellt, um das auftretende Abzugsproblem zu reproduzieren. Dieser Test war auf Anhieb erfolgreich, sodass mit der Verbesserung des Formsand-Abzugs begonnen werden konnte.

Höchste Abweichung wurde von 47 auf 8 Prozent reduziert

In Zusammenarbeit mit dem Silo-Hersteller wurden von CADFEM innerhalb weniger Tage sieben unterschiedliche Ansätze verfolgt, um einen gleichmäßigen Abzug über die gesamte Länge des Textilsilos zu erreichen und so eine einheitliche Ruhezeit für den gesamten Siloinhalt sicherzustellen. Nach erfolgten Initialtests zeigte sich eine Variante als besonders vielversprechend, die anschließend weiter ausgearbeitet wurde. Hierbei wird die Feineinstellung im Feld über einen Schieber realisiert, welcher schon von Vornherein vorhanden war. Mit der finalen Variante konnte die mittlere Abweichung vom idealen Abzug von 27% auf 5% reduziert werden. Die höchste Abweichung wurde von 47% auf 8% reduziert.

Beobachtung des Siloabzugs, bei der die Partikel schictweise zum Zweitpunkt t = 0 s eingefärbt werden. Links: Schichtung zu t = 0 s; Mitte: Schichtung nach einer Minute Austrag im Ausgangszustand. Rechts: Schichtung nach einer Minute Austrag bei der finalen Variante der Austragsoptimierung. | © CADFEM Germany GmbH

Simulationen erkennen Probleme schon bei der Projektierung

Durch die Simulation des Siloabzuges wurde das beobachtete Flussproblem des Formsandes beim Kunden nachgestellt und eine Lösung gefunden, die mit geringem Gewicht und eingeschränktem Bauraum realisierbar war. Wäre die Simulation schon im Rahmen der Projektierung erfolgt, wäre die Problematik schon im Vorhinein erkannt worden und vor der Fertigung behebbar gewesen.

Außerdem lassen sich durch die Simulation weiterer Sande oder generischer Schüttgüter mit vorgegebenen Fließfähigkeiten und Wandreibungswinkeln nun vorab überprüfen. So wird einfach und schnell erkennbar, in welchen Bereichen die gefundene Geometrie einsetzbar ist, um sie dort als Standardlösung ins Produktprogramm zu übernehmen.