Die konventionelle Technologie zur Stoffvermischung basiert auf dem Einsatz von Rührern. Diese werden in einem Behälter platziert, um das Prozessgut zu durchmischen. Dabei werden verschiedene Rührwerkzeuge verwendet, z. B. Schneebesen zum Aufschlagen von Sahne oder Knethaken zur Herstellung von Teigen.
Rührer, die bisher für die Stoffvermischung eingesetzt werden, haben verschiedene Nachteile, die je nach spezifischer Anwendung und Prozessvariablen variieren. Die bekanntesten Nachteile sind:
- Energieverlust: Herkömmliche Rührer benötigen oft eine beträchtliche Menge an Energie, um das Prozessgut im Behälter zu mischen. Dies führt zu einem hohen Energieverlust und erhöhten Betriebskosten.
- Inhomogene Durchmischung: Bei komplexen oder viskosen Stoffen können herkömmliche Rührer Schwierigkeiten haben, eine homogene Durchmischung zu erreichen. Die Folge sind ungleichmäßige Produktqualitäten.
- Produktbeschädigung: Die hohen Geschwindigkeiten und die Scherkräfte, die durch herkömmliche Rührer entstehen, können das Endprodukt beschädigen. Dies ist besonders problematisch bei empfindlichen oder reaktiven Stoffen.
- Begrenzte Flexibilität: Herkömmliche Rührer sind oft auf bestimmte Anwendungen und Prozesse zugeschnitten und bieten begrenzte Flexibilität bei der Anpassung an verschiedene Stoffe und Verfahren.
- Reinigungsaufwand: Das Reinigen der Rührwerke kann zeitaufwendig sein, da die Werkzeuge oft schwer zugänglich sind und eine gründliche Reinigung erfordern.
- Platzbedarf: Rührer und Rührwerke nehmen oft viel Platz im Behälter ein, was den Reinigungsaufwand erhöhen kann.
- Begrenzte Skalierbarkeit: Die Skalierung der Rührtechniken auf größere Produktionsmengen kann herausfordernd sein und zusätzliche Investitionen erfordern.
Rührerlose Vermischung
Das Trajektionsmischen kommt dagegen ohne Rührwerkzeuge aus, sondern arbeitet mit einem Prozessbehälter, der entlang einer programmierbaren Bahnkurve bewegt wird. Durch die Bewegung wird das Prozessgut beschleunigt und mit sich selbst verarbeitet. Diese Technologie erlaubt eine sehr schnelle Stoffvermischung bei sehr geringem Energieverbrauch. Die Schwingungsformen, die während des Mischvorgangs anpassbar sind, verhalten sich ähnlich wie spezifische Rührwerkzeuge, z. B. Knethaken, Schneebesen oder Paddelmischer. Zudem ist die Technologie skalierbar und kann im Labor und in der Industrie eingesetzt werden.
Vorteile der Technologie
Gegenüber der herkömmlichen Technologie bietet die Trajektionstechnologie eine Vielzahl von Vorteilen. Zum einen benötigt sie weniger Energie und erzeugt dadurch weniger Wärme. So lassen sich unnötige Temperaturerhöhungen im Produkt vermeiden. Zum anderen ist die Technologie oft deutlich schneller und effektiver, da 100 % der Prozessmasse im Mischprozess in Eingriff sind. Sie ermöglicht zudem eine höhere Flexibilität, da die Schwingungsformen an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können, um eine optimale Durchmischung und Anpassung an die Viskosität des Produkts zu erreichen. Die Technologie ist skalierbar und kann für viele Anwendungen in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden, etwa für die Herstellung von Emulsionen oder die Verarbeitung von Nudelteig mit einer dynamischen Viskosität von bis zu 106 Pas·s. Dies ermöglicht die Umstellung von Batchprozessen auf nahezu kontinuierliche Prozesse und reduziert z. B. in der Fleischverarbeitung auch die Notwendigkeit von Prozessschritten wie zusätzliche Kühlung oder Aufschalten von Vakuum.
Anwendungen in der Industrie
Die rührerlose Technologie für die Stoffvermischung bietet zahlreiche Vorteile für die industrielle Anwendung in verschiedenen Stoffklassen. Sie ermöglicht eine effiziente Vermischung von Stoffen mit hoher Viskosität und hohem Feststoffanteil, was mit herkömmlichen Rührsystemen oft schwierig ist. Durch den Einsatz der rührerlosen Technologie können erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden, sowohl im Betrieb als auch bei den Reinigungskosten, wodurch der CO2-Ausstoß gesenkt wird.
In der Lebensmittelproduktion hat die rührerlose Technologie bereits große Bedeutung erlangt – in anderen Bereichen ist sie nahezu unerforscht. Produkte wie Fleischzubereitungen, Salate, vegane Lebensmittel und Dressings können im Trajektionsmischer J4 auch in großen Mengen hergestellt werden, ohne dass die Qualität beeinträchtigt wird. Besonders bei Fleischzubereitungen kann die Verarbeitungsdauer erheblich reduziert werden. Die rührerlose Technologie ermöglicht eine homogene Vermischung der Zutaten bei niedrigeren Temperaturen und reduziert dadurch den Energiebedarf. Darüber hinaus ist das System leicht zu reinigen und zu warten. Interessant ist das auch für Hersteller von kundenindividuellen Produkten, da diese sofort in kleinen Behältnissen (z. B. 250 bis 3500 g) und ohne lange Wartezeit im Trajektionsmischer K1 herstellbar sind.
Chancen und Herausforderungen
Die rührerlose Stoffvermischung birgt ein großes Potenzial für zukünftige Anwendungen in der Prozesstechnik. Da sie mit keinem bestehenden Verfahren vergleichbar ist, bleibt sie zunächst erklärungsbedürftig. Zudem ist es insbesondere für erfahrene Fachkräfte kaum vorstellbar, dass auch mit kleinen Prozessbehältnissen große Herstellungsmengen möglich sind. Die hs-tumbler GmbH setzt sich dafür ein, diese energiesparende Technologie weiterzuentwickeln und in noch mehr Anwendungsfällen einzusetzen. Obwohl bereits große Erfolge erzielt wurden, besteht noch viel Forschungsbedarf, um die positiven Effekte dieses Verfahrens wissenschaftlich zu verstehen.
Eine der Herausforderungen besteht darin, das Vertrauen der Industrie in neue Technologien zu gewinnen und etablierte Verfahren zu ersetzen. Es ist wichtig, die Vorteile der rührerlosen Technologie zu demonstrieren und ihre Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen weiter zu erforschen. Beispiele aus der Praxis können dabei helfen, das Potenzial dieser Technologie aufzuzeigen, nicht nur in der Lebensmittelindustrie, sondern auch in anderen Prozesstechnikbranchen wie der Chemie- und der Pharmaindustrie.
HS-Tumbler GmbH, Quakenbrück
Halle 4, Stand 453e
Autor: Bernhard Hukelmann
geschäftsführender Gesellschafter,
hs-tumbler
