Mischwerkzeuge
Mischwerkzeuge sind die direkt wirkenden Funktionselemente von Pulvermischern. Sie beeinflussen das Bewegungsverhalten der Mischgüter. Sie bestimmen die erzielbare Mischintensität. Je nach Geometrie und Anordnung erzeugen sie unterschiedliche Wirkungen. Sie können verdrängend, verschleudernd, verdichtend, desagglomerierend oder fördernd arbeiten.
Die Mischgüter sind in dieser Abhandlung trockene, feuchte oder nasse Pulver. Die Mischwerkzeuge sind mit der Mischwerkwelle verbunden. Je nach Bauart erfolgt die Anbindung direkt oder über Mischwerkarme. Die Ausführung richtet sich nach Baugröße, Antriebsleistung und Drehzahl.
In der Praxis existieren verschiedene Werkzeugtypen. Dazu gehören Becker-Schaufeln, Pflugscharmischwerkzeuge, Wendelmischwerkzeuge, Pinmischwerkzeuge und Paddelmischwerkzeuge. Die Auswahl des Werkzeugtyps erfolgt in Abhängigkeit vom Produkt. Entscheidend sind die Mischaufgabe und die gewünschte Mischwirkung.
Mischwerkzeuge unterliegen normalem Verschleiß. Dieser hängt von der Abrasivität des Mischgutes ab. Er wird durch die Normalkraft, die Betriebsdauer und die Relativgeschwindigkeit beeinflusst. Bei mildem, gleitendem Abrieb kann der Verschleiß näherungsweise linear mit der Relativgeschwindigkeit beschrieben werden.
In einfachen Modellen wird dazu häufig eine Proportionalität zwischen Verschleißrate, Kraft, Gleitweg und der inversen Härte des Werkstoffs angenommen. In der Tribologie wird der abrasive Verschleiß häufig durch das Archard’sche Verschleißgesetz beschrieben:
V = k ⋅ H ⋅ F ⋅ vr⋅ t / H
dabei ist
V das Verschleißvolumen,
k der dimensionslose Verschleißkoeffizient,
F die Normalkraft zwischen Werkzeug und Schüttgut,
vr die Relativgeschwindigkeit
t die Dauer der Einwirkung und
H die Härte des Werkstoffs.
In industriellen Anwendungen kann der Verschleiß sehr gering ausfallen. Unter günstigen Bedingungen arbeiten Pulvermischer jahrzehntelang ohne sichtbaren Werkzeugverschleiß. Dies ist vor allem bei wenig abrasiven Produkten und moderaten Umfangsgeschwindigkeiten der Fall.
Bei abrasiven Pulvern ist es anders. Bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten steigt der Verschleiß oft überproportional an. Der Materialabtrag nimmt dann nicht mehr linear mit der Geschwindigkeit zu. Stattdessen wächst er potenziell mit einer Potenz der Relativgeschwindigkeit. Der Exponent “m” liegt dabei typischerweise im Bereich von 2 bis 3, was auf die stark zunehmende kinetische Energie der Partikel zurückzuführen ist. Gleichzeitig erhöht sich die Stoß- und Kontaktintensität an der Werkzeugoberfläche.
V˙ = C ⋅ (vr)m
dabei ist
V˙ die Verschleißrate pro Zeit
vr die Relativgeschwindigkeit
C der material- und systemabhängige Konstante
m der Geschwindigkeits-Exponent
Für abrasive Produkte ist ein Verschleißschutz für die Mischwerkzeuge erforderlich. Typische Maßnahmen sind Hartauftragsschweißungen und Hartmetallpanzerungen. Hinzu kommt der Einsatz hochverschleißfester Werkstoffe. Wie amixon-Pulvermischer zeigen, kann die Lebensdauer der Mischwerkzeuge dadurch um ein Vielfaches verlängert werden. In Einzelfällen kann eine Steigerung der Standzeit um den Faktor hundert erreicht werden. Im amixon Blogbeitrag “amixon® Pulvermischer mit Verschleißschutz” weden Details beschrieben.