Kugelmischer
Kugelmischer sind Mischmaschinen zum Homogenisieren/ Mischen von trockenen, feuchten oder nassen Pulvern. Kugelmischer können auch Flüssigkeiten mischen. In der Regel werden Kugelmischer für Chargenmischprozesse eingesetzt. Das Innere der Kugel ist der Mischraum. Im Mischraum rotiert ein Mischwerkzeug und schichtet das Mischgut dreidimensional um. Dieser Strömungsvorgang bewirkt eine sehr hohe Mischeffizienz, wenn die Lage der Rotationsachse des Mischwerkzeugs weder horizontal noch vertikal angeordnet ist. Die beste Mischwirkung wird bei schräger Anordnung erzielt. Kugelmischer können auch als Synthesereaktor oder Vakuum-Mischtrockner eingesetzt werden. In diesem Fall wird die Kugel doppelwandig ausgeführt. Der Doppelmantel wird von einem Wärmeträgermedium durchströmt. Auf diese Weise findet ein Stoff- und Wärmeaustausch statt.
Kugelmischer sind mit mindestens einem rotierenden Mischwerkzeug ausgestattet. Dieses dient der vollständigen Durchmischung des gesamten Kugelvolumens. Optional können zusätzliche Mischwerkzeuge vorgesehen werden. In der Regel handelt es sich um schnell rotierende Zerhacker oder Messer. Diese haben einen kleineren Wirkdurchmesser und bewirken eine Desagglomerierung während des Mischvorgangs.
Die Hersteller von Kugelmischern haben verschiedene Bauformen von Kugelmischern am Markt etabliert. Einige Hersteller lagern die Mischerwelle schräg oben auf der Kugel. Andere lagern die Mischwelle schräg unterhalb der Kugel. Wieder andere lagern die Mischwerkswelle schräg oben und das zusätzliche Desagglommerierwerkzeug unterhalb der Kugel. Wieder andere lagern sowohl das Hauptmischwerkzeug als auch das Desagglomerierwerkzeug oberhalb der Kugel.
Hauptmischwerkzeuge in Kugelmischern
Die Hersteller von Kugelmischern haben unterschiedliche Werkzeuggeometrien etabliert. Einige haben das Hauptmischwerkzeug als räumlich gekrümmten Anker ausgebildet. Andere haben schraubenförmige Spiralen. Wieder andere verwenden schaufelartige Werkzeuge. Entscheidend ist, dass die in der Kugel rotierenden Mischwerkzeuge unabhängig von der Position des Mischwerkzeugs immer den gleichen Abstand zur Kugel haben. Der gleiche Abstand zwischen Kugelwandung und Mischwerkzeug muss auch beim Mischen von schweren oder anhaftenden Mischgütern gewährleistet sein. Insofern müssen die Mischwerkzeuge besonders formstabil ausgeführt sein.
Befüllung mit Mischgut
Die zu mischenden Komponenten werden von oben in den Mischraum eingefüllt. Dazu ist mindestens ein Einfüllstutzen vorzusehen. Einige Kugelmischer haben auch mehrere Einfüllöffnungen. Die Absperrarmatur kann wahlweise als Drehklappe, Flachschieber oder Kugelsegmentschieber ausgeführt sein. Im Gegensatz zur Entleerarmatur muss die Befüllarmatur nicht totraumfrei arbeiten. Auf der Kugeloberseite befindet sich ebenfalls ein Entlüftungsstutzen.
Entleerung des Mischguts
Am unteren Ende der kugeligen Mischkammer befindet sich eine Absperrarmatur. Diese sollte im geschlossenen Zustand die Form eines Kugelausschnittes haben. Nur eine solche Konstruktion ist totraumfrei. Das bedeutet, dass jeder Volumenanteil in der Kugel durchmischt wird - auch direkt oberhalb der Absperrarmatur.
Reinigung und Inspektion des Mischraums
Einige Kugelmischer haben zwei Halbkugeln, die zur Inspektion aufgeklappt werden können. Andere Hersteller bauen runde oder ovale Inspektionstüren in den Mischraum ein. Auch diese müssen totraumfrei sein. Zur Nassreinigung werden rotierende Tankwaschdüsen im Mischraum installiert.
Fragestellung: Welche Vorteile bietet die Kugel als Mischbehälter?
Das Volumen einer Kugel mit dem Radius r kann nach der folgenden Formel berechnet werden:
V = 4/3 * r³ * PI
Die Oberfläche einer Kugel mit dem Radius r kann nach der folgenden Formel berechnet werden:
O = 4 * r² * PI
Vergleicht man verschiedene rotationssymmetrische Körper miteinander, so hat die Kugel die kleinste spezifische Oberfläche. Dies lässt vermuten, dass ein kugelförmiger Mischraum leichter zu reinigen ist als ein zylindrischer oder konischer Mischraum. Andererseits ist davon auszugehen, dass ein kegelförmiger Mischraum pulverförmige Mischgutreste besser austragen kann als eine Kugel. Die Produzenten sind bestrebt, ihre Mischgüter möglichst kontaminationsfrei herzustellen. Dabei spielt die Restlosentleerung einer Mischanlage eine immer wichtigere Rolle.
Reinigung und Inspektion des Mischwerkzeugs
Ein weitaus wichtigerer Aspekt betrifft die Reinigung des dynamisch bewegten Mischwerkzeugs. Dieser Teil des Kugelmischers ist wesentlich komplexer als der Mischraum. Insofern gelten hier besondere Anforderungen:
- Das Mischwerkzeug muss eine einfache Geometrie aufweisen
- Das Mischwerkzeug muss eine möglichst kleine Oberfläche aufweisen
- Das Mischwerkzeug muss so konstruiert sein, dass alle Bereiche leicht und ergonomisch zugänglich sind.
- Das Mischwerkzeug muss so konstruiert sein, dass trotzdem effizient und schnell optimale Mischergebnisse erzielt werden.
Für jede Mischgutkategorie kann die optimale Bauform gefunden werden. Dazu empfiehlt sich ein Besuch bei amixon® und das Ausprobieren der vorhandenen Versuchsmischer (zylindrisch, kugelförmig, konisch). amixon® bietet erstklassige Möglichkeiten zum Mischen, Befeuchten, Trocknen und Austragen Ihrer unterschiedlichsten Mischgüter.
amixon empfiehlt, neben den Mischversuchen auch die Reinigung des Mischers nach dem Versuch vorzuführen.
Unterschiedliche Mischgüter erfordern unterschiedliche Reinigungsprogramme. Dies betrifft
1. die Trockenreinigung
2. die Reinigung mit feuchten Tüchern
3. die manuelle Nassreinigung
4. die maschinelle Nassreinigung
(2), (3) und (4) beinhalten auch das wichtige Thema der Restwassertrocknung.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass in ein und demselben Mischbetrieb alle vier oben genannten Reinigungsregime abwechselnd praktiziert werden. Je nach Verschmutzungsgrad und Kontaminationstoleranz
Flüssigkeitszugabe und -verteilung im Kugelmischer
In der Praxis geht es neben dem Mischen verschiedenster Pulver auch um deren homogene Benetzung. Sogenannte Flüssigkeitszugabe-Lanzen münden in den Wirkungsbereich des schnell rotierenden Mahlwerkzeugs. Auf diese Weise wird schnell ein agglomeratfreies, homogenes Endprodukt erreicht.
Anmerkung zur Bezeichnung Kugelmischer.
Eigentlich wäre die Bezeichnung "Hohlkugelmischer mit dynamisch bewegten Mischwerkzeugen" richtiger als "Kugelmischer".
Die Bezeichnung Kugelmischer wird auch im Sanitärbereich verwendet. Dabei handelt es sich um eine modifizierte Wasserhahnarmatur. Eine mehrfach durchbohrte Kugel ist mit einem Hebel verbunden und kann den Zufluss von kaltem und warmem Wasser mischen und regulieren.