Bei der Dosierung von Flakes, Chips oder Flocken muß für einen ausreichenden Massestrom gesorgt werden. Um diesen zu gewährleisten, nutzt man verbreitet Rührwerke. Ein schonenderer Weg der Schüttgutaktivierung ist in den FlexWall®-Dosierern realisiert, bei denen Massagepaddel das Produkt in einem flexiblen Trog bewegen.
Rolf Welsch
Die genaue Dosierung von Schüttgütern war Gegenstand zahlreichen Untersuchungen. Diese haben gezeigt, daß schwerfließende Schüttgüter im Dosiergerät selbst aktiviert werden müssen, um einen kontinuierlichen Massefluß und damit eine exakte Dosierung zu gewährleisten. Bisher setzte man hierzu vorallem Rührwerke ein.
Schüttgutaktivierung mit Rührwerken
Diese aktivieren nicht über den gesamten Materialraum gleichmäßig. Es treten Totzonen auf, in deren Folge Ablagerungen, Kompaktierungen oder Brücken entstehen. Soll das Schüttgut mit Hilfe eines Rührwerkes optimal aktiviert werden, ist ein möglichst enger Spalt zwischen den Flügeln und der Behälterwand Voraussetzung. Kommt das zu dosierende Material in diesen Spalt besteht allerdings die Gefahr, daß es komprimiert und zerstört wird. Zudem kann es zu Schäden am Rührwerk oder an den Schnecken kommen.
Beim Einsatz von Rührwerksflügeln wird das Produkt nach dem Fördern über der Schneckeneinzugszone wieder durch die Pflugscharen nach oben bewegt. Auch diese Bewegung zerstört das Material. Des weiteren kann sich das zu dosierende Produkt bei schnellen Rührwerksbewegungen mit Luft anreichern. Es wird fluidisiert und ändert die Schüttdichte über der Schneckeneinzugszone und damit die Durchsatzleistungen des Dosierers.
Rührwerke erzeugen außerdem Reibungswärme, die zum Schmelzen der zu dosierenden Produkte führen kann. Beispielsweise beginnen einige Additive schon bei Temperaturen um 30°C zu schmelzen und anschließend zu verkleben.
Weiterhin ergibt sich aus dem Medienkontakt des Rührwerks eine besondere Verschmutzungsgefahr. Zur Reinigung müssen deshalb die Rührwerke in der Regel ausbaubar sein, was aus Gründen der Arbeitssicherheit mit größerem Aufwand verbunden ist.
Schüttgutaktivierung mit Massagepaddeln
Bei den FlexWall-Dosiergeräten erfolgt die Schüttgutaktivierung in einem flexiblen Polyurethantrog. Im Gegensatz zu den halbrunden Trogformen bei Rührwerken, fördern die schrägen Wände des Polyurethantrogs die natürlichen Fließeigenschaften des Schüttgutes. Bei eingeschränkter Fließfähigkeit unterstützen seitlich angeordnete Massagepaddel den natürlichen Materialfluß im FlexWall-Dosierer. Auf diese Weise sichert er einen sicheren Materialfluß nach dem First-In-First-Out-Prinzip (Abb. 1). Durch die Förderschnecke im unteren Teil des konisch geformten Trogs ist zudem eine bessere Restentleerung möglich. Dagegen bieten halbrunde Tröge wie sie bei der Schüttgutaktivierung mit Rührwerken zum Einsatz kommen dem Produkt immer die Möglichkeit, sich im unteren Bereich abzulagern. Ursache für diese Ablagerungen sind Spalten zwischen den Rührwerksarmen und dem Trog.
Die Wirkung der Paddel auf den Massefluß
Wie anfangs erwähnt, wurden die Rührwerkstechnologien umfassend untersucht. In diesen Studien wurde festgestellt, daß Rührwerke für eine Unterstützung des Masseflusses in einem Dosiergerät sorgen. Im Rahmen von vergleichenden Untersuchungen sollte festgestellt werden, welchen Einfluß die im FlexWall-Dosierer eingesetzten Massagepaddel auf den Massefluß haben. Für diese vergleichenden Testreihen wurden stets gleiche Schüttgutqualitäten verwendet. Für die nachfolgend beipielhaft kommentierten Testreihen nutzte man Kalksandsteinmehl.
Die Untersuchungen ergaben, daß die Dosierstromkennlinie bei vielen Produkten schon bei sehr kleinen Paddelintensitäten linear verläuft (Abb. 2). Schon geringe Eintauchtiefen der Paddel gewährleisten einen guten Massefluß und eine gleichmäßige Beschickung der Schneckengänge (Abb. 3).
Auch die Untersuchungen der Dosierkonstanz zeigt für die Kurven mit geringen Paddelintensitäten schon eine sehr gute Genauigkeit. In Abbildung 4 ist gut zu erkennen, daß eine stärkere Paddelaktivität nicht mehr Produkt in die Schneckengänge fördert. Dies gilt vor allem, wenn die Schnecke aufgrund ihrer Geometrie oder ihrer zu geringen Drehzahl das Schüttgut nicht unmittelbar weiterfördern kann.
Im Rahmen der Untersuchungen konnte auch ein mathematischer Ansatz gefunden werden, mit dem das Betriebsverhalten der FlexWall-Dosiergeräte in Abhängigkeit von der Wendelgrößen simuliert werden kann. Ähnliche mathematische Ansätze gibt es auch zur Beschreibung des Betriebsverhaltens von Rührwerken in Dosiergeräten.
Es zeigte sich, daß mit Hilfe des Berechnungsansatzes theoretische Paddelkennlinien für verschiedene Bewegungsintensitäten und Eintauchtiefen der Massagepaddel erzeugt und in praktischen Tests bestätigt werden konnten. Zudem ergaben die Untersuchungen, daß die Füllgrade in den Dosierschnecken höher lagen als bei der vergleichbaren Rührwerkstechnologie, weil aus dem Produkt in größerem Umfang Luft entweichen kann.
Halle 9, Stand 9-215
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