Startseite » Chemie »

Ideale Mischgüte in kurzer Zeit

Vertikalmischer bereiten Hochleistungskeramik auf
Ideale Mischgüte in kurzer Zeit

Viele technische Gebrauchsgegenstände beinhalten zunehmend keramische Hochleistungswerkstoffe. Ihnen wird neben den Kunststoffen das größte Entwicklungspotenzial eingeräumt. Aufgrund ihrer enormen Härte stellen sie allerdings die Apparatetechnik bei Mischprozessen vor große Herausforderungen.

Der Autor: Matthias Böning Vertriebsleiter und Prokurist, amixon

Bei der Herstellung hochwertiger Keramiken werden die Ausgangskomponenten in einen Zustand großer spezifischer Oberfläche mit Partikelgrößen von ca. 0,1 bis 0,08 µm und einer geeigneten Korngrößenverteilung versetzt. Dabei kommt es auf höchste Reinheit an. Anschließend werden die Einzelkomponenten – zumeist Oxide, Nitride, Carbide oder Boride des Aluminiums und Siliziums – intensiv des-agglomerierend gemischt. Derartig kleine Partikel neigen besonders zur Bildung von Agglomeraten, was eine gleichmäßige Gefügeausbildung des Sinterwerkstoffs verhindern würde. Damit keine funktionsmindernden Fehlstellen entstehen, ist auf höchste Sauberkeit zu achten. An die einzelnen Verfahrensschritte werden höchste Ansprüche gestellt; von der chemischen Zerlegung über Mahlung, Dispergierung, Sichtung, Dotierung, Homogenisierung, Dispergierung in der Nassphase bis hin zur Trocknung, Compoundierung, Schwerkrafttrennung, Kalzination, erneuter Mahlung, Auflösung, Kristallisation, Vakuumtrocknung bis zur Formgebung und Abfüllung.
Aus der verfahrenstechnischen Perfektion resultiert letztlich eine Steigerung der Festigkeit, der Temperaturresistenz, der Säurebeständigkeit, der Duktilität, der Leitfähigkeit, der Transparenz, der Farbtiefe, etc.
Der Herstellungsprozess von Ingenieurkeramischen Werkstoffen gliedert sich somit in Einzelabschnitte. Die meisten Verfahren finden in kontinuierlich arbeitenden Prozessapparaten statt, deren Parametereinstellungen jeweils aus vorgeschalteten Stoffanalysen vorzunehmen sind. Insofern sind kontinuierlich stattfindende Einzelschritte jeweils abschnittweise durchzuführen und die Zwischenprodukte sind jeweils als Batch in Containern, Silos, Mischern oder Big Bags zu sammeln. Repräsentative Analysen bedingen, dass homogene Grundgesamtheiten vorgefunden werden.
Die in der Pulvermetallurgie zu homogenisierenden Batchgrößen variieren zwischen 50 und 20 000 l. Zur Erzielung idealer Mischgüten werden zunehmend amixon-Mischer verwandt. Das charakteristische Strömungsbild der Vertikalmischer sorgt für kurze Verweilzeiten.
Kurze Prozesszeiten minimieren Abrieb
Das Feststoffmischen und das Desagglomerieren wird als qualitätsbestimmender Schritt in amixon-Mischern vorgenommen. Drei amixon-Bauarten haben unterschiedliche Einsatzschwerpunkte. Da zum Teil sogar Reinraumbedingungen zu erfüllen sind, wird den hygienekonformen Apparateausprägungen wachsende Bedeutung beigemessen.
Die Mischwerke sind als helixartig gewundene Schraubenbänder ausgebildet, die mittels waagerecht angeordneter Arme mit der Welle verbunden sind. Durch die Rotation der Schraubenband-Mischwerke werden die trockenen, feuchten oder suspendierten Mischgüter im Außenbereich aufwärts geschraubt und fließen im Zentralbereich entlang der Welle abwärts.
Dieses Strömungsbild wird im Doppelwellenmischer, der mit zwei gleichsinnig rotierenden Mischwerken ausgestattet ist, noch durch starke Quervermischung überlagert.
So können Komponentenzusammensetzungen bis 1:1 000 000 in etwa 0,5 bis 5 min entsprechend einer technischen idealen Homogenität vermischt werden. In der Praxis ist die erzielte Mischgüte nicht mehr zu verbessern.
Die ideale Mischgüte wird unabhängig von der Beschaffenheit der Mischgüter (differierende Merkmale wie Partikelgrößenverteilung, Partikelform, Feuchtigkeit, Adhäsion und Schüttdichte) erreicht. Dabei kann der Füllgrad von 10 bis 100 % des Nutzinhaltes variieren, ohne dass die erzielbare Mischgüte beeinträchtigt wird.
Der Einsatz von Zweiwellenmischern erstreckt sich auf nahezu sämtliche anspruchsvolle Feststoff-Mischaufgaben mit sehr kurzen Verweil- und Taktzeiten oder Schüttdichteveränderungen. Diese Mischerart eignet sich auch für das so genannte „mechanische Legieren“ durch Zugabe von Coating-Ingredentien und anschließender isostatischen Verpressung.
Der Vertikal-Einwellenmischer der Bauart VM wird hingegen vornehmlich dort eingesetzt, wo zwar hohe Mischgüten verlangt werden, die Mischzeiten jedoch 5 bis 8 min oder länger andauern dürfen. Aufgrund der dreidimensionalen Umschichtungsströmung kann in derselben Mischmaschine
  • äußerst schonend gemischt werden – bei geringer Mischwerksdrehzahl oder
  • sehr intensiv und desagglomerierend gemischt werden – bei erhöhter Mischwerksdrehzahl und zusätzlichem Schneidrotoreinsatz.
Aus den verfahrenstechnischen Merkmalen dieser Vertikalmischer ergibt sich ein breites Anwendungsspektrum. So kann etwa bei oxidationsgefährdeten Gütern die Peripheriegeschwindigkeit der Mischwerke unter 1 m/s orientiert werden, sodass teure Inertisiermaßnahmen unterbleiben dürfen. Ein weiterer Vorteil resultiert aus der ruhigen Betriebsweise: Bedingt durch die relativ geringe Mischwerksdrehzahl entstehen kaum Schwingungen, sodass die Mischmaschinen auf Wägezellen aufgebaut werden können, wobei das Mischgut bis auf 500 g genau verwogen werden kann.
Chargenverfolgbarkeit, Produktreinheit
Zuweilen verlangt der Werkstoffproduzent nach einem Präzisionsmischer, der neben idealen Mischgüten auch eine hundertprozentige Restentleerbarkeit aufweisen soll. Hier kommen Konusmischer zum Einsatz, die mit typischen, patentierten amixon-Details ausgestattet werden. In Pulvermetallfabriken arbeiten beispielsweise amixon-Mischer, die 4000 kg Ansätze vermischen und anschließend bis auf wenige Gramm Restverbleib entleeren.
Bei der Verfahrenspilotierung mit Kleinmengen bietet ein weiteres Einwellenmischerderivat interessante Handhabungsmerkmale. Es beschickt und entleert sich selbsttätig, indem der Inhalt von Normfässern kontaminationsfrei aufgenommen wird und nach erfolgter Vermischung in diese zurückgefüllt wird. Hier findet das gesamte Processing, also die Chargierung, die mischende Aufbereitung, die Abfüllung und die Qualitätssicherung in Norm-fässern statt. Eine Pharmazie-konforme Reinraumproduktion kann so bequem umgesetzt werden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die in einem kleinen amixon-Mischer gewonnenen Resultate auf große amixon-Mischer übertragbar sind. Insofern können Resultate einer Pilotanlage mithilfe werkseigener Umrechnungsfaktoren sicher in großtechnische Mischermaschinen umgesetzt werden. Inspektion und Reinigung können auf ergonomisch vorbildlichem Weg vorgenommen werden. Der Apparat wird annähernd emissionsfrei betrieben.
Apparatestandards, die in der Pharmazie und Lebensmittelindustrie gang und gäbe sind, halten zunehmend auch in die Pulvermetallurgie und Nanotechnologie Einzug. Beispielhaft seien hier Inspektionstüren erwähnt, die nach dem „clever-cut“-Design gefertigt sind. Hier handelt es sich um totraumfrei schließende Revisionsöffnungen, die eine extrem produktnahe Abdichtung aufweisen. Ihnen wird eine mikrobiologische Beherrschbarkeit attestiert.
prozesstechnik-online.de/cav0813422
Unsere Whitepaper-Empfehlung
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

cav-Produktreport

Für Sie zusammengestellt

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Top-Thema: Instandhaltung 4.0

Lösungen für Chemie, Pharma und Food

Pharma-Lexikon

Online Lexikon für Pharma-Technologie

phpro-Expertenmeinung

Pharma-Experten geben Auskunft

Prozesstechnik-Kalender

Alle Termine auf einen Blick


Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de