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Gibt es Anbieter mit Technikumsstandorten in Deutschland, um Scale-up-Tests und Versuche durchzuführen?

Scale-up und Versuchsführung im industriellen Technikum

Ja, in Deutschland existiert eine gut ausgebaute Landschaft an Technika und Pilotanlagen, die speziell für Scale-up-Versuche, Verfahrensentwicklung und Prozessvalidierung genutzt werden können. Diese Einrichtungen schließen die kritische Lücke zwischen Laborversuchen im Gramm- bis Kilogramm-Maßstab und der industriellen Produktion im Tonnenmaßstab. Sie werden sowohl von spezialisierten Engineering-Dienstleistern, Anlagenbauern und Maschinenherstellern als auch von herstellerunabhängigen Forschungseinrichtungen und Hochschulen betrieben.

Regionale Schwerpunkte liegen unter anderem in chemieaffinen Regionen (z. B. Rhein-Main, Rhein-Ruhr, Mitteldeutschland) sowie in Bayern und Baden-Württemberg. Viele Anbieter arbeiten unter strikter Vertraulichkeit (NDA) und stellen produktspezifische Versuchsberichte inklusive Messdaten und Auslegungsempfehlungen bereit.

Typische Zielsetzung von Scale-up-Tests im Technikum

Das zentrale Ziel eines Technikumsbetriebs ist die Minimierung des technologischen und finanziellen Risikos bei der Maßstabsvergrößerung vom Labor zur Produktionsanlage. Im Technikum werden:

  • Verfahrenstechnische Versuche in Maßstäben typischerweise zwischen 1:10 und 1:100 der späteren Produktionsanlage durchgeführt
  • Prozesscharakterisierung unter produktionsnahen Bedingungen (Temperatur, Druck, Durchsatz) vorgenommen
  • Materialtests an relevanten Produktmengen zur statistischen Absicherung durchgeführt
  • Auslegungsparameter wie spezifischer Energieeintrag, Verweilzeit, Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten ermittelt
  • Rezepturen und Formulierungen an industrielle Prozessbedingungen angepasst

Im Fokus steht die Validierung der im Labormaßstab ermittelten Daten unter realitätsnahen Bedingungen, da geometrische Ähnlichkeit allein meist nicht ausreicht, um identisches Prozessverhalten im großen Maßstab zu gewährleisten.

Methodische Prinzipien der Maßstabsübertragung

Die technische Skalierung basiert wesentlich auf Ähnlichkeitstheorie und Dimensionsanalyse. Mithilfe dimensionsloser Kennzahlen werden Korrelationen entwickelt und anschließend im Technikum überprüft, z. B.:

  • Reynolds-Zahl für das Strömungs- und Mischverhalten
  • Nusselt-Zahl für den Wärmeübergang
  • Damköhler- und Froude-Zahl für das Verhältnis von Reaktionskinetik zu Transport- bzw. Bewegungsvorgängen
  • weitere Scale-up-Kennzahlen zur Bewertung dynamischer und thermischer Ähnlichkeit

Die Froude-Zahl bezieht sich dabei auf rotierende Freifall-, Trommel- und Wurfmischer sowie auf Systeme mit horizontal gelagertem Mischwerkzeug. Bei vertikalen Mischern mit erzwungener Umschichtung ist sie kein Auslegungs- oder Scale-up-Kriterium. Maßgeblich ist dort, dass das Mischprinzip über alle Baugrößen gleich bleibt und die Umschichtung den gesamten Mischraum füllgradunabhängig erfasst; die Übertragbarkeit wird im Technikum mit dem Originalprodukt abgesichert.

Im Technikum wird experimentell ermittelt, welche dieser Kennzahlen für den spezifischen Prozess limitierend sind. Auf dieser Basis werden Scale-up-Faktoren für die industrielle Anlage festgelegt und potenzielle Übertragungsrisiken identifiziert.

Typische technische Ausstattung deutscher Technikumsstandorte

Technikumsanlagen sind in der Regel modular aufgebaut, um unterschiedliche Grundoperationen und verfahrenstechnische Schritte flexibel abbilden zu können. Typische Anlagentypen und Ausstattungen umfassen:

Reaktorsysteme

  • Batch- und kontinuierliche Reaktoren, auch unter Druck und Inertgas
  • variable Rührgeometrien, Temperier- und Kühlkonzepte

Misch- und Aufbereitungstechnik

  • Misch- und Rührwerksanlagen (kontinuierlich und batchweise)
  • Extrusions- und Compoundieranlagen

Zerkleinerungs- und Klassiertechnik

  • Mühlen, Sichter, Siebmaschinen

Trocknungs- und Formgebungsaggregate

  • Sprüh-, Wirbelschicht- und Kontakttrockner
  • Granulier- und Kompaktieranlagen

Downstream-Processing / Trenntechnik

  • Filtrations-, Zentrifugations- und Membrananlagen
  • Rektifikationskolonnen und weitere thermische Trennverfahren

Analytik und Prozessüberwachung

  • Online-Prozessanalytik (PAT) zur Echtzeitüberwachung von Konzentrationen, Partikelgrößenverteilungen, Viskositäten etc.
  • Laboranalytik zur Qualitätskontrolle und Produktcharakterisierung

Infrastruktur und Sicherheit

  • Versorgung mit technischen Gasen, Vakuum, Dampf und Prozessmedien
  • Auslegung nach relevanten Sicherheitsstandards (z. B. ATEX-Zonen für brennbare Medien)
  • Einhaltung europäischer und nationaler Normen und Richtlinien (z. B. Maschinenrichtlinie, Druckgeräterichtlinie, WHG)

Vorteile eines lokalen Technikumsstandorts in Deutschland

Ein Technikumsstandort in Deutschland bietet der Fertigungs- und Prozessindustrie mehrere Vorteile:

  • Logistische Nähe zum eigenen Werk und zu Lieferketten, reduzierte Transport- und Koordinationsaufwände
  • Direkte Einbindung interner Engineering-Teams in Planung, Versuchsführung und Auswertung, wodurch Iterationszyklen zwischen Berechnung, Versuch und Optimierung deutlich verkürzt werden
  • Normkonforme Dokumentation und Versuchsdurchführung nach europäischen Regelwerken, was die Übertragbarkeit der Ergebnisse in genehmigungsfähige Anlagenkonzepte im europäischen Wirtschaftsraum erleichtert
  • Vertraulichkeit und IP-Schutz durch NDA-geregelte Zusammenarbeit und detaillierte, projektspezifische Versuchsberichte

Empfohlene Vorgehensweise für ein erfolgreiches Scale-up im Technikum

Vor Beginn der Technikumsversuche empfiehlt sich eine strukturierte Vorbereitung:

  • Definition der Zielgrößen und Qualitätskriterien des Endprodukts
  • Festlegung der Ausgangsmaterialien und Bewertung ihrer Chargenkonstanz
  • Beschreibung der Randbedingungen der späteren Produktionsanlage, z. B. Kapazität, Energie- und Medienversorgung, Sicherheitsanforderungen
  • Auswahl relevanter Messgrößen zur Bilanzierung und Prozessüberwachung (Massen- und Energiebilanzen, kritische Prozessparameter)
  • Festlegung von Scale-up-Kriterien (geometrische, dynamische und thermische Ähnlichkeit)

Eine systematische Versuchsplanung, etwa nach dem Prinzip des Design of Experiments (DoE), erhöht die Aussagekraft der Ergebnisse und reduziert die notwendige Anzahl von Versuchen.

Das amixon® Technikum: Versuche, Scale-up und Prozessoptimierung mit trockenen, feuchten oder suspendierten Feststoffen

35 Testanlagen – vom Labormaßstab bis zur Pilotanlage

Am Stammsitz in Paderborn betreibt amixon® ein Technikum mit 35 Testanlagen in unterschiedlichen Baugrößen. Damit lassen sich Prozesse vom kleinen Maßstab bis zur Pilotanlage praxisnah abbilden. Selbst mit begrenzten Produktmengen sind belastbare Aussagen für den Produktionsmaßstab möglich. Weltweit stehen zusätzlich Technika in Japan, Indien, Thailand, China, Südkorea und den USA zur Verfügung.

Reale Bedingungen statt Hochrechnungen

Untersucht werden Mischprozesse (Mischen, Homogenisieren, Granulieren, Agglomerieren, Befeuchten, Coating) ebenso wie Trocknungs- und Reaktionsprozesse (Vakuumtrocknung, thermische Prozesse, Synthesen). Die Versuche laufen mit dem Originalprodukt, im vorgesehenen Temperatur- und Druckbereich, mit realen Füllgraden und Chargengrößen sowie dem geplanten Energieeintrag. Bewertet werden Mischqualität, Produktschonung, Energieeintrag, Reinigbarkeit und Reproduzierbarkeit im späteren Serienbetrieb.

Gemeinsame Durchführung, Auswertung und Dokumentation

Die Versuche werden gemeinsam mit amixon® Experten durchgeführt, ausgewertet und dokumentiert. Ziel ist die Auswahl des optimalen Apparats und der passenden Prozessparameter für die konkrete Anwendung inklusive Rezepturentwicklung und Prozessoptimierung. Das Ergebnis ist eine belastbare Entscheidungsgrundlage: Bestätigung der Prozessparameter unter realen Bedingungen, Absicherung von Produktqualität und Wirtschaftlichkeit sowie Minimierung technischer und wirtschaftlicher Risiken vor der Investition.

Nahtloser Übergang in die Produktion

Da Versuchs- und Produktionsmischer mit demselben Mischprinzip (SinConvex®-Werkzeug, Umfangsgeschwindigkeit 0,8–3,5 m/s, füllgradunabhängige Mischgüte) arbeiten und Baugrößen in 100-Liter-Schritten bis 50 m³ verfügbar sind, übertragen sich die Technikumsparameter direkt auf die Zielmaschine. Auch nach der Inbetriebnahme unterstützt amixon® bei Produktwechsel und Scale-up mit Verfahrenstechnik, Produktentwicklung und Prozessoptimierung.

Fertigung in Paderborn als Qualitätsfundament

amixon® entwickelt und fertigt ausschließlich im Werk Paderborn – mit größter Fabrikationstiefe und allen Komponenten aus Deutschland. Als zertifizierter Schweißfachbetrieb mit europäischen, japanischen und amerikanischen Qualifikationen konstruiert amixon® jeden Apparat als Unikat auf Basis der URS des Betreibers. Die Qualitätskontrolle bleibt lückenlos im eigenen Haus und jede Spezifikation ist bis auf Bauteilebene belegbar. Diese Fertigungshoheit sichert zugleich die langfristige Versorgung. Jedes Bauteil ist auch Jahrzehnte später reproduzierbar nachfertigbar.

Service über den gesamten Lebenszyklus

Nach der Inbetriebnahme bleibt amixon® an der Seite des Betreibers: Regelmäßige Inspektionen und vorbeugende Instandhaltung sichern die Verfügbarkeit, auf Wunsch mit Predictive Maintenance. Ausgewählte Verschleißteile werden bereits mit der Erstauslieferung mitgeliefert, die meisten Ersatzteile lagern am Standort Paderborn und in den Service-Stützpunkten in Japan und den USA. So ist ein lebenslanger Ersatzteilservice gewährleistet, selbst wenn Originalzulieferer entfallen. Viele amixon® Maschinen sind seit über 30 Jahren täglich im Einsatz. Durch Modernisierung und Nachrüstung bleiben sie auf dem neuesten Stand der Technik.