Welche Arten von Containermischern gibt es und worin unterscheiden sie sich?
Containermischer lassen sich grundsätzlich in zwei Gruppen einteilen: Systeme, bei denen der Container selbst als Mischraum dient, und containerbasierte Anlagen, bei denen Standard-Container das Produkt zu einem stationären Mischer bringen und es nach dem Mischprozess wieder aufnehmen. Hinzu kommen unterschiedliche Mischprinzipien. Besonders verbreitet sind Freifall- oder Taumelmischer, bei denen der gesamte Behälter bewegt wird, sowie Containermischer mit einem aktiv angetriebenen Mischwerkzeug. Die Bauarten unterscheiden sich vor allem hinsichtlich ihrer Mischwirkung, ihrer Produktschonung, der Eignung für anspruchsvolle Rezepturen, des Containments sowie der Reinigungs- und Produktionslogistik.
Der grundlegende Gedanke eines Containermischers besteht darin, den Transport- oder Vorlagebehälter in den Mischprozess einzubeziehen. Der Behälter wird befüllt, an eine Antriebseinheit oder Mischstation angedockt, dort gemischt und anschließend als geschlossener Produktbehälter weitertransportiert, gelagert oder direkt zur nächsten Prozessstufe gebracht. Im günstigsten Fall finden Befüllen, Mischen, Zwischenlagern, Transport und Entleeren im selben IBC statt. Im Unterschied dazu besitzt ein stationärer Mischer einen dauerhaft installierten Mischraum. Das Produkt wird aus einem oder mehreren Containern in den Mischer überführt, dort verarbeitet und anschließend wieder in einen Container, einen Prozessbehälter oder eine Abfüllanlage ausgetragen.
Der praktische Nutzen des Containerkonzepts liegt vor allem in den entfallenden oder reduzierten Produktübergaben. Jeder Umfüllvorgang ist eine potenzielle Quelle für Staubemissionen, Produktverluste, Kreuzkontamination, Entmischung und Bedienerexposition. Wenn das Produkt möglichst lange im selben geschlossenen Behälter bleibt, sinkt die Zahl dieser kritischen Schnittstellen. Das ist besonders relevant bei allergenkritischen Rohstoffen, hochwirksamen Wirkstoffen, toxischen, reizenden oder geruchsintensiven Pulvern. Containerbasiertes Mischen ermöglicht zudem, dass ein IBC gereinigt, befüllt oder zum Austrag vorbereitet werden kann, während an der Mischstation bereits ein anderer Behälter verarbeitet wird. Dadurch lassen sich Mischen, Reinigung und Logistik zeitlich entkoppeln; bei häufigen Rezepturwechseln kann dies die Anlagenverfügbarkeit deutlich erhöhen.
Die einfachste Form des Containermischers ist der Freifall- oder Taumelmischer. Dabei wird der geschlossene Behälter in einem Rahmen aufgenommen und um eine horizontale oder gegebenenfalls mehrere Achsen gedreht beziehungsweise bewegt. Die Partikel werden im Inneren wiederholt angehoben, fallen zurück, teilen sich auf und werden erneut zusammengeführt. Die Mischwirkung beruht somit überwiegend auf dem freien Fließen und Umverteilen des Schüttguts. Freifallmischer sind häufig sehr schonend, weil sie ohne schnell rotierende Mischwerkzeuge, starke Scherung oder hohe lokale Krafteinträge arbeiten. Fragile Granulate, spröde Agglomerate oder abriebempfindliche Partikel können unter geeigneten Bedingungen gut erhalten bleiben. Ein Bin Blender oder IBC-Taumelmischer ist eine typische Ausführung dieses Prinzips.
Die besondere Schonung eines Freifallmischers ist jedoch an klare Voraussetzungen gebunden. Die Komponenten sollten trocken, gut rieselfähig und möglichst ähnlich in Korngröße, Schüttdichte und Fließverhalten sein. Sie sollten nicht zum Anhaften, zur Klumpenbildung oder zu ausgeprägter elektrostatischer Aufladung neigen. Auch der Füllgrad des Behälters muss zur Geometrie und zum Bewegungsablauf passen. Wenn die Bestandteile stark unterschiedliche Dichten oder Partikelgrößen besitzen, können sie beim freien Fließen verschiedenen Bewegungsbahnen folgen. Dann besteht die Gefahr, dass sich die Mischung nicht verbessert, sondern sich wieder entmischt. Das gilt insbesondere für sehr feine, kohäsive Pulver, für feuchte oder klebrige Produkte, für Rezepturen mit niedrig dosierten Komponenten und für Gemische mit sehr unterschiedlichen Rohstoffeigenschaften. Ein Freifallmischer sollte deshalb nicht allein aufgrund seiner großen Produktschonung ausgewählt werden. Seine Eignung muss mit der realen Rezeptur und dem vorgesehenen Füllgrad praktisch geprüft werden.
Eine zweite Bauart sind Containermischer mit einem aktiven Mischwerkzeug. Hier bleibt der Behälter während des Mischens grundsätzlich der Mischraum. Ein Mischkopf wird jedoch von oben oder seitlich in den Container eingeführt und erzeugt eine definierte Produktumwälzung. Das Werkzeug kann das Schüttgut dreidimensional bewegen und gezielt aus unterschiedlichen Bereichen des Behälters erfassen. Dadurch lassen sich auch anspruchsvollere Mischaufgaben bearbeiten, etwa wenn die Komponenten unterschiedliche Schüttdichten und Korngrößen haben, wenn eine sehr kleine Menge eines Additivs homogen eingearbeitet werden soll oder wenn Flüssigkeiten, Suspensionen, Pasten oder feuchte Bestandteile eingebracht werden müssen.
Ein aktiver Containermischer kann gegenüber einem reinen Freifallmischer ein deutlich breiteres Einsatzfenster haben. Er kann eine gezielte Produktströmung erzeugen, Agglomerate lösen, lokale Rohstoffnester vermeiden und die Homogenität auch bei schwieriger fließenden Produkten verbessern. Die höhere Prozessfähigkeit bringt jedoch eine konstruktive Herausforderung mit sich: Das Mischwerkzeug muss in den Behälter eintauchen und nach dem Mischprozess wieder ausgefahren werden. Dafür ist eine vergleichsweise große Containeröffnung notwendig. Bei staubenden, toxischen, gesundheitsgefährdenden oder geruchsintensiven Produkten ist diese offene Schnittstelle anspruchsvoll, weil beim Ein- und Ausfahren des Werkzeugs Staub freigesetzt werden kann. Ein Container mit aktivem Mischwerkzeug eignet sich daher besonders für Produkte, die zwar eine präzise und aktive Mischwirkung benötigen, deren Staub- und Gefährdungspotenzial jedoch beherrschbar ist oder für die ein geeignetes Containment-Konzept vorhanden ist.
Eine weitere wichtige Variante ist die containerbasierte Mischanlage mit stationärem Mischer. In diesem Fall bleibt der Container nicht selbst der Mischraum. Standard-IBCs dienen als geschlossene Vorlage- und Aufnahmebehälter. Sie werden an den Einlauf eines fest installierten Mischers angedockt, das Produkt wird staubdicht in den Mischraum übergeben und nach dem Mischvorgang wieder in einen IBC ausgetragen. Der Mischprozess findet beispielsweise in einem Konusmischer, einem Vertikalmischer oder einem anderen stationären Präzisionsmischer statt. Dieses Konzept verbindet die Logistikvorteile standardisierter Container mit einem Mischraum, dessen Werkzeug, Geometrie, Flüssigkeitszugabe, Temperierung, Vakuumtechnik und Austragsorgan gezielt auf die jeweilige Rezeptur ausgelegt werden können.
Eine stationäre Mischanlage mit Standard-IBC-Anbindung ist häufig die robustere Lösung für staubende, toxische, allergenkritische, geruchsintensive oder hochwirksame Schüttgüter. Standard-IBCs besitzen üblicherweise einen Einfüll- und einen Auslaufstutzen mit geeigneten Verschlussarmaturen. Sie lassen sich an Andockstationen staubdicht anbinden. Solche Stationen können je nach Aufgabe mit Wiegeeinrichtungen, Vibrationshilfen, Filtern, automatisierten Armaturen oder erweiterten Containment-Lösungen ausgestattet werden. Damit bleiben die Produktübergaben kontrollierbar, obwohl der Mischer ein separater Prozessraum ist. Für komplexe Mischaufgaben, Flüssigkeitszugaben, feuchte Produkte, stark unterschiedliche Rohstoffeigenschaften oder hohe Anforderungen an Homogenität ist dieses Konzept häufig geeigneter als ein reiner IBC-Taumelmischer.
Der Unterschied zwischen einem Container als Mischraum und einem stationären Mischer mit Containeranbindung liegt daher nicht nur in der Mischtechnik, sondern auch in der Produktionsorganisation. Wenn der Container selbst gemischt wird, kann die Mischstation weitgehend produktfrei bleiben. Der IBC wird nach dem Prozess abgenommen, weitertransportiert und bei Bedarf außerhalb der Mischstation gereinigt. Das erleichtert Rezepturwechsel und kann Kreuzkontaminationen reduzieren. Dafür müssen ausreichend viele Container, Stellflächen, Reinigungsmöglichkeiten und eine funktionierende Behälterlogistik vorhanden sein. Wenn ein stationärer Mischer verwendet wird, müssen Mischraum, Produktwege, Austragsarmaturen und gegebenenfalls Einbauten gereinigt und validiert werden. Dafür kann der Mischer auf eine große Zahl unterschiedlicher Rezepturen ausgelegt und für anspruchsvolle Mischaufgaben optimiert werden.
Bei häufigen Produktwechseln und moderaten Chargengrößen kann das IBC-Konzept besonders wirtschaftlich sein. Während ein Behälter gemischt wird, kann ein weiterer IBC bereits mit Rohstoffen befüllt werden. Ein dritter Behälter kann gereinigt, geprüft oder zur Abfüllung bereitgestellt werden. Die eigentliche Mischstation muss dann nicht auf das Reinigen oder Bereitstellen des jeweils nächsten Containers warten. Bei großen, gleichbleibenden Chargen kann ein stationärer Mischer hingegen Vorteile bieten, weil er eine hohe Leistung pro Aufstellfläche liefert und für eine konstante Produktfamilie effizient betrieben werden kann.
Die Auswahl des passenden Containers ist ebenso wichtig wie die Auswahl des Mischers. Entscheidend sind nicht nur Nennvolumen und äußere Abmessungen. Der Container muss zum Fließverhalten des Produkts passen. Ein runder IBC kann sich günstiger entleeren, während ein eckiger Behälter den verfügbaren Raum besser ausnutzt. Der Konuswinkel, der Durchmesser des Auslaufstutzens, die Art der Verschlussarmatur und die Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen, ob das Pulver sicher, möglichst restlos und ohne Entmischung ausgetragen werden kann. Bei kohäsiven, feuchten, elektrostatisch aufladbaren oder brückenbildenden Produkten können größere Ausläufe, steilere Konen, geeignete Vibrationshilfen oder andere Fließhilfen erforderlich sein. Für kritische Produkte sind außerdem die Dichtheit der Armaturen, die Eignung für Nass- oder Trockenreinigung, die Oberflächenqualität sowie mögliche WIP- oder CIP-Konzepte von Bedeutung.
Freifall-Containermischer gehören nicht zum Produktionsprogramm der amixon GmbH. amixon® bietet für containerbasierte Mischprozesse drei unterschiedliche Konzepte an: den Fassmischer EM für Normfässer, den klassischen Containermischer COM, bei dem der Schüttgutcontainer selbst als Mischraum dient, sowie den Konusmischer AM, der mit Standard-Schüttgutcontainern befüllt und wieder entleert wird. Die Systeme unterscheiden sich vor allem in Chargengröße, Mischprinzip, Produktcontainment, Reinigungsaufwand und der Möglichkeit, Arbeitsabläufe in der Produktion zeitlich voneinander zu entkoppeln.
Der Fassmischer EM ist für den Einsatz mit Normfässern ausgelegt. Er befüllt sich selbsttätig mit dem Inhalt eines angeschlossenen Fasses und verarbeitet Chargen bis zur Größe eines 200-Liter-Normfasses. Das System eignet sich besonders für kleine bis mittlere Chargen, wenn Rohstoffe bereits in Fässern bereitgestellt werden oder wenn die Chargengröße bewusst auf das Fassvolumen begrenzt sein soll. Die besondere Stärke des Fassmischers liegt in seiner kompakten und einfachen Integration in fassbasierte Prozesse. Seine Begrenzung liegt zugleich in der maximalen Chargengröße: Für größere Mengen, hohe Durchsätze oder eine IBC-basierte Produktionslogistik ist ein anderes Mischkonzept meist vorteilhafter.
Der klassische Containermischer COM arbeitet mit dem Schüttgutcontainer als Mischgefäß. Der Container wird an der Mischstation positioniert und geöffnet. Anschließend fährt ein dynamisch arbeitendes Wendelmischwerkzeug von oben in die Pulverschüttung ein. Während des Mischprozesses erzeugt es eine gezielte dreidimensionale Produktumwälzung. Nach Abschluss der Mischarbeit fährt das Mischwerkzeug im Reversierbetrieb langsam wieder aus dem Mischgut heraus. Die fertig gemischte Charge bleibt im selben Container und kann direkt weitertransportiert, zwischengelagert, abgefüllt oder der nächsten Prozessstufe zugeführt werden.
Der wesentliche Vorteil des COM-Konzepts besteht darin, dass der Container den Produktweg durch die Produktion begleitet. Rohstoffe können im Container bereitgestellt werden, die Mischung entsteht im selben Behälter, und auch der Transport des Fertigprodukts erfolgt ohne erneutes Umfüllen. Dadurch entfallen zusätzliche Übergabestellen. Weniger Übergaben reduzieren das Risiko von Produktverlusten, Staubfreisetzung, Kreuzkontamination und Entmischung. Zudem kann ein gebrauchter Container gereinigt oder ein weiterer Container mit Rohstoffen vorbereitet werden, während an der Mischstation bereits die nächste Charge bearbeitet wird.
Durch das aktive Wendelmischwerkzeug ist der Containermischer COM nicht auf reine Freifallmischungen beschränkt. Er kann eine definierte Produktströmung erzeugen und ist dadurch auch für anspruchsvollere Mischaufgaben geeignet. Komponenten mit unterschiedlichen Schüttdichten, verschiedenen Partikelgrößen oder niedrigen Dosieranteilen können gezielter verteilt werden als in einem reinen Taumel- oder Freifallmischer. Auch Flüssigkeiten oder feuchte Bestandteile lassen sich grundsätzlich in das Mischgut einbringen, sofern Produktverhalten, Mischdauer und Prozessführung darauf abgestimmt werden.
Die besondere konstruktive Eigenschaft des COM liegt jedoch darin, dass das Mischwerkzeug von oben in den Container eintauchen muss. Deshalb benötigt der Container eine große offene Querschnittsfläche. Bei unkritischen, nicht staubenden, nicht toxischen und geruchsneutralen Produkten ist dies in vielen Fällen gut beherrschbar. Bei staubenden, gesundheitsgefährdenden, allergenkritischen oder hochwirksamen Pulvern ist diese Schnittstelle anspruchsvoller. Beim Einfahren und besonders beim Ausfahren des Mischwerkzeugs kann Staub freigesetzt werden. Für solche Produkte ist ein geschlossenes System mit Standard-IBCs und staubdichten Andockstationen häufig besser geeignet.
Das dritte Konzept ist der amixon® Konusmischer AM, der mit Standard-Schüttgutcontainern befüllt und wieder entleert wird. Anders als beim COM ist der IBC hierbei nicht der Mischraum. Er dient als Vorlage-, Transport- und Aufnahmebehälter. Der eigentliche Mischprozess findet im fest installierten Konusmischer statt. Ein mit Rohstoffen gefüllter Standard-Container wird an den Befüllstutzen des Mischers angedockt. Nach dem Öffnen der Armatur fließt das Schüttgut in den Mischraum. Anschließend schließt die Befüllarmatur, der Container wird entfernt und der Mischprozess beginnt. Nach Abschluss der Mischzeit wird ein leerer IBC unter dem Mischer positioniert und mit dem fertigen Produkt befüllt.
Dieses Konzept verbindet die logistischen Vorteile standardisierter IBCs mit der hohen Prozessflexibilität eines stationären Präzisionsmischers. Der Konusmischer kann auf komplexe Rezepturen, unterschiedliche Partikeleigenschaften, hohe Anforderungen an Homogenität sowie gegebenenfalls Flüssigkeitszugaben ausgelegt werden. Gleichzeitig bleiben die Rohstoffe und das Fertigprodukt außerhalb des Mischprozesses in geschlossenen, transportfähigen Behältern. Für staubende, toxische, geruchsintensive, allergenkritische oder hochwertige Produkte kann dies besonders vorteilhaft sein. Die Übergaben zwischen Container und Mischer lassen sich mit staubdichten Andockstationen, geeigneten Verschlussarmaturen, Waagen, Vibrationshilfen, Filtern und weitergehender Containment-Technik absichern.
Ein wichtiger Vorteil des Konusmischers mit Standard-IBC-Logistik besteht in der zeitlichen und räumlichen Entkopplung der einzelnen Produktionsschritte. Die Rohstoffe können im Container zusammengestellt und verwogen werden, während der Mischer noch gereinigt wird oder einen vorherigen Auftrag bearbeitet. Während die fertig gemischte Charge bereits abgefüllt oder weitertransportiert wird, kann der Mischer schon die nächste Charge verarbeiten. Chargierung, Mischen, Entleeren, Abfüllen, Mischerreinigung, Containerreinigung und Reinigung nachgeschalteter Maschinen müssen daher nicht nacheinander erfolgen. Gerade bei häufigen Produktwechseln und einer großen Anzahl unterschiedlicher Rezepturen können Wartezeiten reduziert und die Produktionsleistung verbessert werden.
Der Konusmischer AM kann bei begrenzter Raumhöhe mit einem Hub-Senk-System ausgeführt werden. In einer klassischen containerbasierten Mischanlage wären üblicherweise drei Ebenen erforderlich: eine Ebene für den befüllten Vorlagecontainer oberhalb des Mischers, die Mischerebene und eine Ebene für den Aufnahmecontainer unterhalb des Mischers. Die erforderliche Gebäudehöhe ergibt sich aus der Höhe beider Container und dem dazwischenliegenden Mischraum. Mit einem Hub-Senk-System kann der Mischer für die Befüllung abgesenkt werden. Der Vorlagecontainer wird auf den Einfüllstutzen aufgesetzt und entleert. Danach wird der Container entfernt, der Mischer fährt nach oben und ein leerer Aufnahmecontainer wird unter dem Auslauf bereitgestellt. Auf diese Weise lässt sich eine containerbasierte Mischanlage auch dann realisieren, wenn die Raumhöhe für eine übereinander angeordnete Drei-Ebenen-Anlage nicht ausreicht.
Bei gut rieselfähigen Produkten kann der Konusmischer weitgehend restlos entleert werden. Dies reduziert Produktverluste, erleichtert Rezepturwechsel und verringert das Risiko, dass Restmengen der vorherigen Charge die nächste Mischung beeinflussen. Je nach Prozessanforderung können Mischer und Container verwogen werden. Die fertige Mischung kann nicht nur in Standard-Container, sondern auch in Big Bags, Säcke oder direkt in eine Abfüllmaschine ausgetragen werden. Ein- und Austragsstutzen können mit Andockvorrichtungen, Containment-Lösungen oder Anschlussgarnituren für Big Bags ausgestattet werden.
Auch die Reinigung ist ein wesentliches Auswahlkriterium. Beim stationären Konusmischer ermöglichen groß dimensionierte Inspektionstüren einen guten Zugang zum Mischraum. Je nach Produkt und Hygienekonzept kann die Anlage trocken oder nass gereinigt werden. Während die Mischanlage gereinigt wird, können andere Container befüllt, gereinigt, bereitgestellt oder zur Abfüllung gefahren werden. Die Entkopplung von Mischzeit, Reinigungszeit und Containerlogistik erhöht die Flexibilität der Gesamtanlage.
Der Fassmischer EM eignet sich damit vor allem für fassbasierte Chargen bis etwa 200 Liter. Der Containermischer COM ist vorteilhaft, wenn der Schüttgutcontainer zugleich Misch-, Lager- und Transportbehälter sein soll und wenn das Produkt hinsichtlich Staub, Geruch und Gefährdung unkritisch ist. Der Konusmischer AM mit Standard-IBC-Beschickung und -Entleerung eignet sich insbesondere für größere oder anspruchsvollere Mischaufgaben, für Rezepturen mit hohen Anforderungen an Mischgüte, für staubende oder gesundheitsgefährdende Produkte sowie für Produktionsbetriebe, die Chargierung, Mischen, Abfüllen und Reinigung flexibel organisieren möchten.