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Mit Kugeln und Maschen

Zerkleinern und Sieben von Feststoffen
Mit Kugeln und Maschen

Die Exzenterschwingmühlen der Baureihe ESM zerkleinern nicht nur spröde Feststoffe. Darüber hinaus können sie auch zur mechano-chemischen Aktivierung von Feststoffpartikeln eingesetzt werden. Über die Funktionsweise und Anwendungsmöglichkeiten dieser Mühlen sowie über die Perflux-Kontrollsiebmaschinen sprach cav mit Dr.-Ing. Jürg Pollmanns, Geschäftsführer der Siebtechnik GmbH, und Dipl.-Ing. (FH) Jens Corell, technischer Leiter Abteilung Probenahmeanlagen, Zerkleinerung und Labormaschinen.

Der Autor: Lukas Lehmann Stellv. Chefredakteur, chemie anlagen verfahren

Etwa 70 % ihres Umsatzes erwirtschaftet Siebtechnik mit Zentrifugen unterschiedlicher Bauart. Daneben umfasst das Produktprogramm Sieb- und Aufbereitungsmaschinen, Zerkleinerungsmaschinen sowie Probenahmeanlagen und Laborgeräte.
Das Spektrum der Zerkleinerungsmaschinen, die Siebtechnik im Angebot hat, reicht von Hammer- und Walzenmühlen über Backenbrecher bis hin zu Trommel- und Zentrifugalrohrmühlen. Nach den Worten von Dr. Jürg Pollmanns, Geschäftsführer der Siebtechnik GmbH, bewegt man sich mit diesen Anlagen im unteren und mittleren Leistungsbereich. „Ich spreche hier von Durchsätzen von mehreren hundert bis tausend Kilogramm pro Stunde. Dem entsprechend sind unsere Mühlen also nicht in der Massenproduktion im Einsatz, sondern in Nischenanwendungen zu finden, bei denen es um besonders reine, metallfrei aufzubereitende Produkte geht, oder bei denen eine spezielle Partikelform und eine definierte Partikelgröße bzw. Partikelgrößenverteilung erreicht werden muss.“
Kugelmühle mit einem Rohr
Die Exzenterschwingmühlen der ESM-Baureihe eignen sich zur kontinuierlichen und diskontinuierlichen Nass- und Trockenmahlung spröder Produkte aller Härtegrade. Das zu mahlende Gut kann eine Aufgabegröße von maximal 20 mm haben. In Abhängigkeit von seinen stofflichen Eigenschaften und der Mahldauer kann es auf Korngrößen zwischen 0 und 5 μm zerkleinert werden. Die Durchsatzleistung liegt je nach Produkt, Mühlen- und Mahlkörpergröße zwischen 10 kg/h und 5 t/h.
1994 haben Siebtechnik-Ingenieure in Zusammenarbeit mit der TU Clausthal die einrohrigen Exzenterschwingmühlen der Baureihe ESM entwickelt. „Damals gab es ausschließlich Kugelmühlen mit zwei oder drei Mahlrohren. Diese mehrrohrigen Systeme waren schwer. Vergleichsweise starke Antriebsaggregate waren notwendig, um die großen Massen zu bewegen. Und genau hier lag der Ausgangspunkt für die Entwicklung unserer ESM-Mühlen“, erklärt Jens Corell, technischer Leiter Abteilung Probenahmeanlagen, Zerkleinerung und Labormaschinen. „Ziel der Entwicklungsarbeiten war eine Kugelmühle mit lediglich einem Mahlrohr, die bei deutlich geringerer Antriebsleistung einen hohen Zerkleinerungseffekt und einen hohen Durchsatz erreicht.“
Herzstück der Exzenterschwingmühlen ist ein auf vier Federn gelagertes Mahlrohr, das von einem seitlich angeordneten Umwuchtantrieb angetrieben wird. Im Mahlrohr befinden sich in der Regel kugelförmige Mahlkörper. Möglich sind auch stabförmige oder zylindrische Körper. Sie bestehen im einfachsten Fall aus geschmiedetem Stahl. Bei besonders anspruchsvollen Anwendungen sind sie aus Zirkonoxid gefertigt. Die Mahlkugeln können einen Durchmesser von 2 bis 70 mm haben.
Auf die Funktionsweise der Mühle angesprochen, sagt Corell: „Der Unwuchtantrieb versetzt das Rohr in Schwingungen. Diese mechanische Energie bzw. dieser Impuls wird von der Mahlrohrwand von Kugel zu Kugel ins Innere der Trommel übertragen. Die Kugeln schlagen aufeinander und zerkleinern so das zu mahlende Gut, das sich in der Mahlkörperschüttung befindet. Außerdem wandern die Kugeln innerhalb des Rohrs. Diese Umlaufbewegung führt zu einer guten Durchmischung und Homogenisierung des Produktes.“
Die Einrohrausführung der ESM-Mühlen bietet verschiedene Vorteile. Sie ermöglicht den Bau von kurzen, kompakten Mahlrohrmodulen, von denen maximal drei zu einer Mühleneinheit zusammengesetzt werden. „Auf diese Weise können wir sehr flexibel auf die vom Kunden gewünschten Durchsatzleistungen und Batchgrößen reagieren. Außerdem sind wir aufgrund der kurzen Mahlrohre in der Lage, die Rohrinnenwand ohne Probleme mit unterschiedlichen Werkstoffen auszukleiden. Hier kommen beispielsweise Gummierungen, verschleißfeste Stähle oder technische Keramiken infrage. Und: Die Einrohrkonstruktion ermöglicht das Anbringen von Kühlmänteln, um die bei der Zerkleinerung entstehende Wärme abzuführen – ein Umstand, der vor allem bei temperaturempfindlichen Produkten von großer Bedeutung ist.“
Auch der außen liegende, achsparallel gegenüber der Ausgleichsmasse angeordnete Umwuchtantrieb bietet für den Anwender mehrere Vorteile. Er erleichtert zum einen die Wartung der Maschine. Zum anderen sorgt er dafür, dass im Rohr die üblichen Kreisschwingungen durch eliptische und lineare Schwingungen ergänzt werden. Dadurch können auch bei Mahlrohrdurchmessern größer 650 mm energiearme Zonen auf ein Mindestmaß reduziert werden. Die hohe Energiedichte im Rohr verbessert die Transportvorgänge im Rohr, erhöht die Effektivität des Mahlprozesses und hilft die Prozesszeiten zu verkürzen.
Erzeugung reaktiver Oberflächen
Die Exzenterschwingmühlen dienen nicht nur zur Zerkleinerung von spröden Materialien. Viele Anwender nutzen sie auch zur mechano-chemischen Aktivierung von Stoffen. Auf die Frage, was hinter dem Begriff mechano-chemische Aktivierung steckt, antwortet Corell: „Die Mahlkörper schlagen auf den Feststoff. Durch ihre Energie bewirken sie eine Veränderung der Kristallstruktur. In den Kristallen entstehen Gitterdefekte bzw. Gitterstörungen, die die Feststoffoberfläche sehr reaktiv machen, sodass das zerkleinerte Produkt mit einem anderen Feststoff reagieren kann.“ Dieser Reaktionspartner kann sich entweder von Anfang an in der Mühle befinden oder zu einem späteren Zeitpunkt zudosiert werden. Die mechano-chemische Aktivierung nutzt man beispielsweise zur Herstellung bestimmter Metalllegierungen. Möglich sind aber auch chemische Reaktionen innerhalb der Mühle. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Metallsulfiden.
Die ESM-Exzenterschwingmühlen sind in verschiedenen ex-geschützten Ausführungen erhältlich, beispielsweise mit einem Mahlraum, der mithilfe von Schutzgas komplett inertisiert werden kann. Außerdem ist Siebtechnik in der Lage, komplette Anlagensysteme zu liefern, die neben der Mühle auch vom Anwender gewünschte Zusatzaggregate, beispielsweise Dosier- und Klassierkomponenten oder Einrichtungen zur Inertisierung des Mahlrohrs, beinhalten.
Die ESM-Mühlen liefern fein gemahlene Produkte, die nicht selten anschließend über Siebmaschinen geführt werden. „Dabei können die Siebe zwei Aufgaben übernehmen, die man allerdings genau auseinander halten muss“, erklärt Corell. „Aufgabe eins, die Siebe stellen sicher, dass nur Feststoffe bis zu einer bestimmten Korngröße weiterverarbeitet werden. Für diese originäre Klassieraufgabe hat Siebtechnik verschiedene Siebmaschinen unterschiedlicher Bauart und Größe im Portfolio. Aufgabe zwei, die Siebmaschinen sollen gebrochene Mahlkörper oder andere Fremdkörper zurückhalten, die sich im Mahlgut befinden und zu Schäden an nachfolgenden Anlagen führen können. Für derartige Polizei- oder Kontrollaufgaben bieten wir unseren Kunden die Perflux-Kontrollsiebmaschinen an.“
Polizei im Schüttgutstrom
Die Maschinen eignen sich für die Nass- und Trockensiebung. Sie entfernen zuverlässig Fremdstoffe und Agglomerate aus Pulvern und Suspensionen. In der Regel vor Verpackungs- oder Verladeeinrichtungen installiert, haben sich die Perflux-Maschinen einen festen Platz in der chemischen und pharmazeutischen Industrie sowie in der Lebensmittelproduktion erarbeitet.
Ein hochsteifer Schwingrahmen, der auf Federn abgestützt ist, bildet das Herzstück der Perflux-Kontrollsiebmaschinen. Auf den Schwingrahmen werden Auslauftrichter, Sieb-einsätze und Deckel aufgesteckt. „Diese Art der Montage und die Fixierung der Einzelelemente durch Schrauben, macht die Maschinen wartungs- und reinigungsfreundlich“ sagt Corell. „Ein Unwuchtmotor treibt das Ganze an. Er versetzt den Schwingrahmen in eine taumelartige Bewegung. Sie garantiert eine gute Umwälzung und schnelle Absiebung des Produkts.“
Die Maschinen stehen für Siebgrößen von 150 bis 800 mm mit Maschenweiten größer 40 μm oder größer 63 μm zur Verfügung. Die Leistung des Umwuchtmotors wird von der Siebgröße bestimmt. Bei den kleineren Maschinen liegt sie bei 0,16 kW, bei den großen bei 0,50 kW.
Ein wichtiges Merkmal der Perflux-Maschinen ist die kompakte Bauweise. Sie ermöglicht eine einfache Integration der Kontrollsiebmaschinen in bereits bestehende Produktionslinien. Die produktberührten Maschinenteile werden aus Edelstahl 1.4571 gefertigt. Auf Wunsch stehen auch höherwertige Edelstahlqualitäten zur Verfügung. Gleiches gilt für Ausführungen mit einer elektropolierten Oberfläche oder für die Ausstattung mit Passierhilfen oder Drehkreuzen. Letztere verteilen agglomerierte Feststoffe oder pasteuse Medien auf der Sieboberfläche und drücken sie durch eine streichende Bewegung durch die Siebmaschen. Selbstverständlich bietet Siebtechnik die Perflux auch in einer Ausführung für die Aufstellung in explosionsgefährdeten Bereichen gemäß Atex 100 a an.
Online-Info: www.cav.de/0411424
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