Industrielle Horizontalmischer: Zurück zu den Grundlagen

19. Januar 2016

Wie in jeder etablierten Branche können die Grundlagen oft leicht als selbstverständlich angesehen oder völlig übersehen werden. Wenn es um das Mischen und Mischen geht, kann dies dazu führen, dass man voreilt und sich nur auf die auffälligen Fragen konzentriert, wie zum Beispiel: Wie lange sollte es dauern, mein Produkt zu mischen? Wie schnell kann ich laden und/oder entladen? oder Wie hoch ist die Lebenserwartung für diese Art von Ausrüstung? Nicht, dass es keine wichtigen Fragen wären, die es zu beantworten gilt, aber wir alle wissen, dass kein Glanz Sie von schlechter Qualität ablenken kann, wenn Sie nicht die Grundlagen beherrschen. Während Mischer in vielen Formen, Größen und Hygienestufen erhältlich sind, konzentriert sich dieser Artikel auf allgemeine horizontale Konfigurationen und untersucht die folgenden drei Schlüsselelemente: • Rührwerksdesign • Wellen • DichtungstechnologienPaddle, Ribbon oder Hybrid: Ist das wirklich wichtig? Darauf können Sie wetten. Tatsächlich ist dies die wichtigste Entscheidung, die Sie treffen werden. Rührwerke im Paddelstil sind speziell für das sanfte, aber gründliche Rühren, Schöpfen, Heben und Schütteln konzipiert und eignen sich ideal zum Mischen von Feststoffen oder Flüssigkeiten unterschiedlicher Partikelgröße, Dichte und Viskosität. Beim Mischen bewegt sich das Material in einem dreidimensionalen Achtermuster. Das Material wird ständig von den Enden des Mischers in die Mitte der Acht gezogen, wo die stärkste Vermischung stattfindet. Ein weiterer Vorteil von Paddelmischern besteht darin, dass sie effektiv arbeiten können, wenn sie nur zu 20 % der Nennkapazität gefüllt sind, was eine Flexibilität bei der Chargengröße ermöglicht. Paddelrührwerke ermöglichen außerdem einen einfacheren Zugang für die Reinigung zwischen den Chargen. Doppelbandmischer sind in der Lage, vielfältige Mischvorgänge durchzuführen. Diese Rührwerke eignen sich hervorragend für frei fließende Materialien gleicher Größe, Form und Dichte. Bei Mischungen mit kleinen Agglomeraten kann auch die stärkere Scherwirkung eines Bandmischers von Vorteil sein. Bandmischer sind für eine gründliche End-to-End-Mischung konzipiert, wobei die inneren Spiralen das Produkt vom Auslass wegdrücken, während die äußeren Spiralen das Material zurück zur Auslassöffnung ziehen. Jede Helixspirale ist um 180 Grad phasenverschoben positioniert. Hier erfolgt der Mischvorgang durch Hin- und Herschrubben des Materials über sich selbst hinweg. Die zusätzliche Mitnahme eines Doppelbandes sorgt für die doppelte Mischwirkung eines Einzelbandmischers. Ein durchgehendes Band ist einem segmentierten Band vorzuziehen, da die inneren und äußeren Flügel eine durchgehende Spirale von der Endplatte bis zur Entladung bilden. Segmentierte Bänder erstrecken sich nur von Speiche zu Speiche und verursachen Lücken in den Stegen, die den Produktfluss unterbrechen und Taschen mit stagnierendem Material erzeugen. Hybridrührwerke kombinieren die Taumelwirkung von Paddeln mit dem Rollmuster von Bändern, um einen doppelten Umkehreffekt zu erzeugen. Diese Rührwerke sind besonders effektiv bei Materialien, die dazu neigen, sich in der Mitte des Mischers anzuhäufen, und sorgen so für einen gleichmäßigeren Produktpegel im gesamten Mischer. Dieser Rührwerkstyp kann je nach Anwendung entweder mit Paddeln oder einem Band auf der Innen- oder Außenseite konfiguriert werden. Während genaue Mischzeiten wirklich anwendungsspezifisch sind, unabhängig von der Wahl des Rührwerks, gilt als allgemeine Faustregel eine durchschnittliche Mischzeit zwischen 3 und 7 Minuten (nach Zugabe der letzten Zutat), abhängig von der zu mischenden Menge. Die Wahl der richtigen Rührwerkskonfiguration für Ihre Anwendung ist entscheidend für die Optimierung Ihrer Mischung, die Minimierung Ihrer Mischzeit und die Gewährleistung einer effektiven Evakuierung beim Austrag.Nicht alle Wellen sind gleich Einer der wichtigsten Faktoren für die Langlebigkeit eines Horizontalmischers ist das Grundelement des Rührwerks, allgemein bekannt als Welle. Hier sind die sieben wichtigsten Fakten, die Sie bei der Analyse Ihrer Optionen berücksichtigen sollten: 1. Wellendurchmesser: Die Rührwelle überträgt die von der Antriebsbaugruppe erzeugte Rotationskraft auf die Paddel oder Bänder. Unter der Annahme gleicher Materialien und Drehmomentanforderungen weisen Wellen mit kleinerem Durchmesser höhere Spannungskonzentrationen auf als Wellen mit größerem Durchmesser (Spannung = Kraft/Querschnittsfläche des Materials, wobei Kraft = Drehmoment/Radius der Welle). Die Hauptwelle sollte so konstruiert sein, dass die Belastung unter der Ermüdungsgrenze des Wellenmaterials bleibt. Wellen mit kleinerem Durchmesser brechen aufgrund von Ermüdungsversagen häufiger als Wellen mit größerem Durchmesser.2. Statische Durchbiegung: Eine statische Wellendurchbiegung tritt aufgrund des Gewichts der Welle, der Arme, der Flügel, der Bänder und der mit dem Mischer verbundenen Hardware auf. Die Welle fungiert als kontinuierlich belasteter, einfach gelagerter Balken. Die maximale Durchbiegung erfolgt etwa in der Mitte zwischen den Lagerstützen. Wellendurchbiegung = (W»L3)/(E»I»76,8), wobei E das Trägheitsmoment der Rührwelle ist. Um die Durchbiegung zu verringern, muss das Trägheitsmoment des Wellenquerschnitts erhöht werden. Das Trägheitsmoment einer massiven 4I5/V-Welle ist mehr als doppelt so hoch wie das eines Rohrs mit 4 Fuß 2 Zoll Innendurchmesser und 5 Zoll Außendurchmesser nach Plan 80. Eine übermäßige Wellendurchbiegung fördert die Ermüdung des Metalls und beschleunigt den Dichtungsverschleiß.3. Dynamische Durchbiegung: Eine dynamische Wellenauslenkung tritt auf, wenn der Mischer in Betrieb ist. Im Allgemeinen ist die von der Abwärtsbewegungsseite des Rührwerks ausgeübte Kraft größer als die von der Aufwärtsbewegungsseite. Im Gegensatz zur statischen Durchbiegung, die die Welle nach unten biegt, zwingt die dynamische Durchbiegung die Achse der Welle nach oben in Richtung der Aufwärtsbewegungsseite des Mischers. Der genaue Ablenkwinkel hängt von Variablen wie der Paddel- oder Bandkonstruktion, den Materialflusseigenschaften und der Produktbeladung ab. Eine übermäßige Durchbiegung der Welle aufgrund der dynamischen Belastung vergrößert die Abstände zwischen dem Rührwerk und dem Trog auf der Abwärtsseite des Mischers. Vollwellenkonstruktionen haben eine geringere Durchbiegung als Hohlwellen mit ähnlichem Durchmesser, was eine bessere Mischwirkung fördert.4. Einteilige Vollwelle: Wie oben beschrieben ist die Rührwelle eines Mischers mehreren Rotations- und Biegebeanspruchungen ausgesetzt. Heutzutage findet man in der Industrie Mischer, die Baugruppen mit Stummel- oder Hohlwelle anbieten, mit der Idee, dass das Rührwerk bei Bedarf leicht entfernt werden kann. Dieses Merkmal dient lediglich der Reduzierung der Herstellungskosten, da es die Montage des Rührwerks vollständig außerhalb des Mischers ermöglicht. Wellenstumpfbaugruppen basieren auf Gewindebefestigungen, deren Querschnittsfläche viel kleiner ist als die der Hauptwelle, um die von der Mischerantriebsbaugruppe erzeugte Energie zu übertragen. Um Spannungen zu reduzieren und die Durchbiegung des Rührwerks zu minimieren, sollte ein einteiliges Rührwellenmaterial mit festem Kern verwendet werden. Wenn der Ausbau des Rührwerks ein Problem darstellt, sollten Mischer mit verschraubten und abgedichteten Endplattenkonstruktionen gebaut werden.5. Reduzierte Spannungserhöhungen: Industriemischer sind eine Kapitalinvestition, die für jahrzehntelangen produktiven Betrieb gedacht ist. Obwohl horizontale Mixer mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten zwischen 25 und 45 U/min arbeiten, können sie über mehrere Jahre hinweg anfällig für Metallermüdung werden. Beispielsweise rotiert ein Mischer, der 20 Jahre lang zwei Schichten pro Tag läuft, etwa 175 Millionen Mal. Um Metallermüdung oder einen möglichen Bruch der Hauptwelle zu vermeiden, sollte die Verwendung von Belastungssteigern auf ein Minimum reduziert werden. Bei Rührwerken mit verschraubtem Arm müssen die Keilnuten abgerundete Ecken haben. Bei geschweißten Rührwerksbaugruppen sollte das Bohren und Befestigen der Arme an der Hauptwelle vor dem Schweißen vermieden werden, da dies die Welle schwächt und Aufnahmestellen für Material schafft.6. Wellengeradheit: Geschweißte Rührwerksbaugruppen werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Hygiene und Reinigung des Mischers ein Problem darstellen. Alle Passflächen verfügen über geschweißte Kehlen, die auf ein bestimmtes Finish geschliffen und poliert sind. Während der Herstellung wird die Rührwelle durch die beim Schweißen und Schleifen dieser Oberflächen entstehende Hitze verformt. Oft ist die Verformung mit bloßem Auge nicht erkennbar. Als letzten Schritt im Herstellungsprozess sollte der Schaft erneut ausgerichtet werden. Übermäßige Verformung, Rundlauffehler > 0,005 Zoll, beschleunigt den Verschleiß von Dichtungen und Lagern und führt langfristig zu höheren Wartungskosten.7. Abstand zwischen Schaufeln oder Bändern: Unabhängige Studien haben gezeigt, dass Abstände zwischen den Rührflügeln oder -bändern und dem Trog die Mischleistung erheblich beeinträchtigen können. Große oder ungleichmäßige Lücken führen zu höheren Variationskoeffizienten und längeren Mischzeiten. Bei den meisten Anwendungen sollte der Abstand zwischen Rührwerk und Trog des Mischers höchstens 0,25 Zoll (Bänder) und 0,05 Zoll (Paddel) betragen. (Hinweis: Einige Anwendungen erfordern größere Lücken, um eine Verschlechterung des zu mischenden Produkts zu verhindern.) Um genaue Rührspielabstände zu überprüfen, müssen dokumentierte Qualitätskontrolltests durchgeführt werden, um das Restmaterial während der Reinigung zu messen. Eine Abkürzung eines dieser sieben Prinzipien hat negative Auswirkungen auf die Mischerleistung, zukünftige Wartungsanforderungen und letztendlich auf die Nutzungsdauer des Mischers.Siegel: Versicherung für Ihre Investition Um Ihren Mischer zu schützen und seine Lebensdauer zu verlängern, sind die richtige Auswahl der Dichtungen und eine fortlaufende vorbeugende Wartung erforderlich. Abhängig von der Anwendung reicht die Auswahl an Dichtungen von einfachen geflochtenen Seilpackungen in einem Trommelgehäuse bis hin zu mechanischen Dichtungsoptionen. In den letzten Jahren wurden Fortschritte bei der Verwendung von Verbundwerkstoffen zur Herstellung von Lippendichtungen erzielt, die gegenüber herkömmlichen Seildichtungen die folgenden Vorteile zu einem Preis bieten, der im Vergleich zu einer Gleitringdichtung normalerweise günstiger ist: kann porös sein und Medien aufnehmen) • Wellenfreundliche Materialien, die vorzeitigen Verschleiß verhindern • Einfache Wartung, was zu weniger Ausfallzeiten führt • Zersetzt sich nicht wie Packungen • Kann gereinigt und wiederverwendet werden • FDA-konform und 3-A-zertifiziert • Nachgewiesene längere LaufzeitenAlso Um die potenziellen Kosten von Leckagen, Wartungsausfallzeiten oder Produktverunreinigungen zu minimieren, wählen Sie die Dichtung aus, die für Ihren Betrieb am besten geeignet ist. Die Annahme „Einheitsgröße“ kann ein kostspieliger Fehler sein. Wie Sie sehen, gibt es viele grundlegende Dinge, die bei der Konfiguration eines Mixers, der Ihren Anforderungen entspricht, übersehen werden können. Und die optimale Konfiguration Ihres Mixers beginnt mit einer professionellen Beratung beim Hersteller Ihrer Wahl. Als Ihr Partner bei der Bereitstellung einer kostengünstigen Lösung, die Ihre Erwartungen übertrifft, sollte Ihr Hersteller wissen, dass die richtigen Fragen zu den richtigen Ergebnissen führen. Beantworten Sie die oben aufgeführten Fragen und Ihre Suche nach einem Mixer, der jahrelang optimale Leistung und Zufriedenheit bietet, wird einen fantastischen Start haben. Ryan Murphy ist Vizepräsident für Vertrieb und Marketing bei Marion Process Solutions, einem Branchenführer in der Entwicklung und Herstellung kundenspezifischer horizontaler Misch- und Mischanlagen für die Industrie. Weitere Informationen finden Sie unter www.marionsolutions.com. 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