Staubarme Zerkleinerung

Gernot Ingenerf

In der Kaffee – und Getreideindustrie sind Walzenmühlen seit Jahrzehnten Standard. Bei der Kaffeebohnenvermahlung beispielsweise ist eine hohe Ausbeute in einem bestimmten Kornband mit minimalem Feinanteil von höchster Bedeutung. Abhängig von der Anforderung des Endverbrauchers werden die Bohnen auf Walzenmühlen mit geriffelten oder glatten Walzen beispielsweise für Instantkaffee auf ca. 1170 µm, für Filterkaffee auf ca. 590 µm, für Espresso auf ca. 300 µm und für türkischen Kaffee auf < 100 µm vermahlen. Der individuell vermahlene Kaffee kann ohne weitere Klassierung direkt der Verpackung zugeführt werden. Der Verzicht auf eine nachgeschaltete Siebung oder Sichtung oder zumindest der deutlich geringere Aufwand für diesen Verfahrensschritt unterscheidet die Walzenmühle von vielen anderen Mühlentypen, bei denen ein ungewünschter Feinanteil oft aufwändig und kostenintensiv rezirkuliert oder entsorgt werden muss. Auch die Atex-Anforderungen sind an langsam laufende Walzenmühlen deutlich geringer als an schnell laufende Mühlentypen.

Walzenmühlen sind in der Lage, sehr harte bis hin zu plastischen Produkten sehr homogen und mit minimalem Feinanteil je nach Aufgabenstellung bis auf ca. 100 µm zu zerkleinern. Hauptmerkmal insbesondere im Vergleich zur Prallzerkleinerung ist ein deutlich engeres Kornspektrum.

Die Walzenmühlen von Neuhaus Neotec sind modular aufgebaut und können aus einer bis hin zu vier nacheinander geschalteten Mahlpassagen aus je zwei gegenläufigen und unterschiedlich schnell drehenden Walzen bestehen. Dabei ist jeweils eine Walze fest positioniert, wobei die Position der anderen Walze automatisiert und reproduzierbar genau einstellbar ist. Der zu wählende Mahlspalt ist abhängig von der gewünschten Zerkleinerung. Das erste Walzenpaar wird direkt von oben aus einer stufenlos einstellbaren Produktzuführeinrichtung gespeist, deren Genauigkeit und Effizienz von entscheidender Bedeutung für das Mahlergebnis ist.

Das Produkt wird je nach Erfordernis direkt weiteren Mahlpassagen zugeführt, bis die gewünschte Endfeinheit erreicht wird. Die Prozessparameter können mit einem Laborwalzwerk ermittelt werden und ein Scale-up ist aufgrund identischer Walzendurchmesser problemlos möglich. Um eine enge Kornverteilung mit minimalem Feinanteil zu erreichen, sind insbesondere die Parameter Walzenoberfläche, Absolut- und Relativgeschwindigkeit der Walzen sowie der Walzenspalt von entscheidender Bedeutung.

Die gehärteten und optional beschichteten Walzen sind entweder geriffelt oder glatt ausgeführt. Eine Vielzahl von unterschiedlichen Riffelungen sind verfügbar, um den unterschiedlichen Produkthärten und Anforderungen an die Endfeinheit gerecht zu werden. Walzen können längs oder quer geriffelt sein, wobei die Konfiguration über die Anzahl der Riffel, die Teilung, den Spiegel, den Radius, die Riffeltiefe sowie die Schneiden- und Rückenwinkel beeinflussbar ist. Um die richtige Konfiguration für eine Applikation auszuwählen, werden typischerweise Versuche mit Originalprodukt auf dem Laborwalzwerk durchgeführt.

Drehen sich beide Walzen mit der gleichen Geschwindigkeit, so wirken ausschließlich Druckkräfte auf das Produkt im Walzenspalt. Um zusätzlich Scherkräfte zu erzeugen, werden die Walzen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gefahren. Das Verhältnis nennt man Voreilung. Hohe Voreilungen bewirken hohe Scherkräfte und werden benötigt, um Produkte mit einer geringen Friabilität zu zerkleinern. Die Voreilung kann daher einen enormen Einfluss auf die Korngrößenverteilung haben.

Sehr hartes Gut wird zwischen Glattwalzen mit gehärteter Oberfläche und geringer Voreilung zerkleinert. Riffelungen empfehlen sich wegen des Verschleißes für weiches bis mittelhartes Korn.

Die Walzen werden in der Regel mit Partikeln beaufschlagt, die größer als der Mahlspalt sind. Daher liegt Einzel- oder Mehrkornzerkleinerung vor und die Spaltweite bestimmt den Zerkleinerungsgrad. Somit spielt die Mahlspalteinstellung eine zentrale Rolle. Diese kann heute mit modernster Messtechnik automatisiert und reproduzierbar mit höchster Genauigkeit über ein Bedienpanel während des Produktionsprozesses bis auf kleinste minimale Werte von wenigen 1/100 mm eingestellt werden. Daneben ist für eine homogene und reproduzierbare Vermahlung eine exakte Parallelität der Walzen erforderlich, damit der Mahlspalt über die Länge der Walzen gleich ist. Dies erfordert eine stabile und präzis gefertigte Konstruktion der Maschine und ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal der Neuhaus-Neotec-Mahlwerke.

Walzenmühlen haben grundsätzlich einen deutlich geringeren Energiebedarf im Vergleich zu Prallmühlen wie beispielsweise Hammermühlen, wo die Schlagwerkzeuge mit sehr hohen Geschwindigkeiten bis zu 70 m/s mehrfach auf die Partikel treffen. Walzenmühlen haben deutlich niedrigere Umfangsgeschwindigkeiten (aus Atex-Gründen oftmals begrenzt auf 10 m/s), wobei jedes Partikel nur einmal der Druck-/Schubbeanspruchung unterliegt. Da im Vergleich zu Prallmühlen auch keine Aspiration mit aufwändiger Entstaubung erforderlich ist, liegt der Energiebedarf bei Walzenmühlen bis zu 40 % niedriger.

Ein Beispiel für die Anwendung von Walzenmühlen ist die staubarme Zerkleinerung von grobkörnigem Zitronensäure-Anhydrat. Das Salz findet vielfältige Anwendungen als Konservierungs- und Säuerungsmittel in der Lebensmittelindustrie aber auch zur pH-Wert-Einstellung bei kosmetischen Produkten. Die Aufgabenstellung, das bis zu 8 mm große Ausgangsprodukt mit hoher Ausbeute in den Bereich 200 bis 600 µm zu zerkleinern und insbesondere den Anteil <200 µm zu minimieren, wird dabei durch eine gezielte Auswahl der Riffelung, Relativgeschwindigkeit der Walzen sowie des Mahlspalts reproduzierbar gelöst.

Neuhaus Neotec lieferte für diese Anwendungen gerade zwei Walzenmühlen WMC 171 als einstufiges Mahlwerk mit einer Walzenlänge von 1700 mm und Walzendosierer mit integrierter Metallabscheidung aus. Dieses Mahlwerk kann bis zu 5 t/h verarbeiten, wobei eine maximale Produkttemperatur von <35 °C garantiert werden kann. Als Werkstoff für die produktberührten Oberflächen wurde Edelstahl 1.4571 gewählt. Die Maschine ist mit Lagertemperaturmessung und Vibrationsüberwachung ausgestattet.

Halle 9, Stand 346

dei 402

Mahlwerke des Herstellers

Powtech 2008