Gibt es Vertikalmischer, die auch bei großen Dichteunterschieden eine vollständige Durchmischung erreichen?
Ja. Speziell ausgelegte Vertikalmischer können auch bei deutlich unterschiedlichen Schüttdichten eine sehr hohe Homogenität erreichen, wenn Geometrie, Drehzahl, Füllgrad und Mischzeit auf das Produkt abgestimmt sind.
Funktionsprinzip
Vertikalmischer arbeiten mit einer erzwungenen Umlaufbewegung des Mischguts. Das Material wird von unten nach oben gefördert und sinkt im Behälter wieder ab. Dadurch werden schwere und leichte Bestandteile fortlaufend umverteilt und Entmischung wird wirksam reduziert.
Konstruktive Merkmale
Wichtige Voraussetzungen sind passende Schnecken- oder Wendelgeometrien, wandnahe Mischbereiche und eine möglichst gleichmäßige Durchströmung des gesamten Behälters. Bei anspruchsvollen Produkten können zusätzliche Zerhacker oder schnelllaufende Werkzeuge helfen, Agglomerate aufzubrechen und feine Bestandteile besser zu verteilen. Eine variable Drehzahl erlaubt es, die Mischintensität an das jeweilige Produkt anzupassen.
Auslegung und Grenzen
Entscheidend sind außerdem Froude-Zahl, Füllgrad und Mischzeit. Typische Füllgrade liegen oft im Bereich von 40 bis 70 Prozent. Sehr große Dichteunterschiede, stark abweichende Partikelgrößen oder feuchte Produkte können die Mischbarkeit jedoch begrenzen.
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.
Praxisbewertung
Die erreichbare Homogenität wird meist über den Variationskoeffizienten bewertet. In vielen Anwendungen gilt ein Wert unter 5 Prozent als Zeichen für eine technisch sehr gute Durchmischung. Bei schwierigen Produkten sind Technikumsversuche sinnvoll, um die optimalen Betriebsparameter festzulegen.
So beherrscht amixon® große Dichte- und Partikelgrößenunterschiede beim Mischen
Raumkontrollierendes Mischwerk statt Zufallsbewegung
Bei großen Dichteunterschieden versagen Mischprinzipien, die auf freie Schüttgutbewegung setzen: Schwere Partikel sedimentieren, leichte Bestandteile flotieren, und Zentrifugalkräfte können zu unerwünschter Klassierung führen. Das amixon® SinConcave®/SinConvex®-Helixmischwerk kontrolliert dagegen den gesamten Mischraum. Es fördert das Mischgut in der Peripherie zwangsweise aufwärts und lässt es im Zentrum schwerkraftbedingt abwärts fließen.
Im Mischraum entstehen dabei langsame Strömungen, sodass kaum Fluidisierung auftritt. Die Auf- und Abwärtsströmungen erfolgen im Dichtstrom, wodurch die Partikel gleichmäßig geführt werden. Jedes Partikel durchläuft damit dieselbe Zwangsströmung – unabhängig von Dichte, Größe oder Fließverhalten. Die niedertourige Fahrweise mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 0,8 bis 3,5 m/s vermeidet eine Zentrifugalabscheidung feiner oder leichter Bestandteile.
Förderprinzip und Skalierung
Das Förderprinzip ist für alle Medien gleich und lässt sich näherungsweise mit folgender Beziehung beschreiben:
I_V = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
Dabei ist I_V die Förderleistung, D der Außendurchmesser der Wendel, d der Innendurchmesser, Φ der Füllgrad, S die Steigung der Wendel, n die Drehfrequenz und ζ der Geschwindigkeitskoeffizient. Für das Scale-up sind damit nicht allein die Drehzahl, sondern vor allem die resultierende Förderleistung und Umfangsgeschwindigkeit maßgeblich. So bleibt die Mischgüte über unterschiedliche Maßstäbe hinweg reproduzierbar.
Für empfindliche Partikel
Wenn die Partikel besonders empfindlich sind, kann das SinConcave®/SinConvex®-Helixmischwerk durch die MultiPlane®-Technologie ergänzt werden. Dadurch lässt sich die Mischintensität an die Produkteigenschaften anpassen, ohne die Produktschonung zu verlieren.
Praxisbeleg: Pulvermetallurgie
In der Pulvermetallurgie verteilen amixon® Doppelwellenmischer des Typs HM Presshilfsmittel wie Zinkstearat homogen im Metallpulver. Dabei treffen sehr hohe Schüttdichten des Metallpulvers auf deutlich leichtere Zusatzstoffe. Solche Dichteverhältnisse sind in der Praxis anspruchsvoll, werden mit geeigneter Mischtechnik jedoch sicher beherrscht.
Multitalent für heterogene Stoffzusammensetzungen
Auch der Gyraton® GM ist ausdrücklich für heterogene Stoffzusammensetzungen ausgelegt. Grobe und feine Partikel, unterschiedliche Schüttdichten, abweichende Fließeigenschaften und wechselnde Feuchtegehalte lassen sich bis zu großen Chargen zuverlässig verarbeiten. Das Ergebnis ist eine technisch ideale Zufallsmischung, bereits bei geringem Füllgrad.
Absicherung im Technikum
Ob die konkrete Kombination aus Dichtespreizung, Partikelgrößenverteilung und Kohäsion das gewünschte Ergebnis liefert, wird im Technikum mit Originalprodukt überprüft. Mischversuche, Probenahme und dokumentierte Mischgütebewertung bilden die Grundlage für die spätere Maschinenauslegung.
Hygienic Design als konstruktive Basis
Alle genannten Eigenschaften ruhen auf dem amixon® Hygienic Design. Mischraum und Mischwerk sind fugenfrei verschweißt und verschliffen, das Mischwerk ist nur oben gelagert, sodass die kontaminationskritische untere Wellendurchführung entfällt. Große Clever-Cut®-Inspektionstüren mit dauerhaft totraumfreier OmgaSeal®-Dichtung machen die produktberührten Flächen gut zugänglich. Totraumfreie Auslauforgane und integrierte Waschlanzen ermöglichen eine validierbare Trocken- und Nassreinigung nach EHEDG-, FDA- und 3-A-Vorgaben.
Reproduzierbar gefahren, lückenlos dokumentiert
Mischprogramme mit Mischzeiten, Drehfrequenzen, Dosier- und Temperaturprofilen sind in der SPS hinterlegt und werden chargenweise identisch abgefahren. Die Einbindung in das ERP-System des Betreibers ist möglich; ein Barcode-Scanner kann zur Echtzeitdokumentation integriert werden. So bleiben Rezeptur, Charge und Prozessparameter lückenlos verknüpft.