Feinmahlen

Ganz feine Sache

Masterbatch-Hersteller profitieren von Feinmahltechnik
Segmentierte Mahlflächen senken die Verarbeitungstemperatur, sorgen für ein hochqualitatives Mahlgut, geringeren Verschleiß und Aufwand beim Nachschleifen.
Viele Werkstoffe ohne Umrüsten in einer Mühle verarbeiten, Verzicht auf teure Kühlung bei schwierigen Werkstoffen, Realisieren günstiger Kornformen und schließlich hohe Prozesssicherheit sollen die Mühlen der Pallmann-Gruppe bieten. Damit kommen sie den Forderungen der Masterbatch-Hersteller und Compoundeure entgegen.

PC, ABS, Polyimid, EVA, PA – diese und weitere Werkstoffe in einer Mühle und ohne spezielle Kühlung zu hochwertigen Pulvern, beispielsweise für Masterbatch, zu vermahlen, ist möglich. Energieeinsparung, so der Hersteller, fange nicht beim Drehen an konstruktiven Details an, sondern an grundsätzlichen Verfahrensfragen: Wer Werkstoffe vor dem Mahlen nicht aufwendig und teuer mit flüssigem Stickstoff oder anderen Medien kühlen müsse, wer schneller und gründlicher Reinigen und wer mehr Werkstoffe in einer Mühle und in dichter Folge verarbeiten könne und wer die wichtigen Parameter der Endprodukte gezielt beeinflusse, gewinnt erhebliche Energie-, Kosten- und Qualitätsvorteile.

Kosten und Qualität sind die Dreh- und Angelpunkte der Masterbatch-Produktion. Spezielle Konstruktionsmerkmale der unter dem Namen Polygrinder von Pallmann entwickelten Mühlen sollen diese Forderungen unter einen Hut bringen.

Stand der Technik bei nahezu allen anderen am Markt verfügbaren Mühlen ist, dass sie nur PP und PE bei Raumtemperatur vermahlen können. Aufgrund der Erwärmung des Materials beim Mahlen reicht die Kühlung des Luftstroms bei anderen Werkstoffen nicht aus, so dass eine zusätzliche Kühlung erforderlich ist. Zumeist wird flüssiger Stickstoff eingesetzt, der aufwendig erzeugt und gelagert und zugeführt werden muss. Diese Kosten schlagen mit 5 bis 10 Cent pro Kilogramm direkt auf die Produktkosten durch.

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Dass es auch anders geht, zeigt die in weiten Teilen patentierte Mühlenkonstruktion, die auch „schwierige“ Werkstoffe wie EVA mit 18 bis 20 Prozent VA-Anteil mit hoher Kornqualität ohne zusätzliche Kühlung vermahlen könne. Und ein Polypropylen-Copolymer dürfte kaum eine der marktgängigen Mühlen verarbeiten können – was die Polygrinder je nach Zusammensetzung des Materials durchaus bewältige. Neben der direkten Einsparung durch Verzicht auf teuren Stickstoff wirke sich die geringere Komplexität der Anlage günstig auf die Kosten aus.

Das Vermahlen eines sehr breiten Spektrums an Kunststoffen ohne zusätzliche Kühlung und mit einer definierten Kornform ist möglich aufgrund spezieller Mahlscheiben: Statt aus einem Stück bestehen die profilierten Bereiche aus Segmenten, die eher einen gleichmäßigen scherenartigen Schnitt über die gesamte Breite des Mahlbereichs bewirken und so für einen geringeren Energieeintrag – und damit Erwärmung – sorgen. Die mit dieser Konstruktion erreichte besondere Schnittform schont nicht nur das verarbeitete Material, sondern auch die Mühle: Geringerer Verschleiß verlängert die Wechselintervalle der Segmente erheblich. Zudem sorge die Segmentierung für geringeren Aufwand beim Nachschleifen und für erhöhte Sicherheit: Das in anderen Konstruktionen übliche ringförmige Bauteil neige beim Härten zum Verzug und damit zu Montageproblemen.

Techniker bevorzugen die Symmetrie – was in den meisten Maschinen und Anlagen sinnreich ist. In diesem Fall jedoch bewirkt die patentierte, spezielle Anordnung der festen und der bewegten Mahlscheibe auf einfache Weise für wichtige Effekte: Die so erreichte automatische Luftführung im Mahlraum sorgt für den gleichmäßigen, optimalen Materialtransport. Trotz kompakter Bauform wird ein sogenannter Weitkammereffekt erreicht.

Aus der Mitte und aus einem Stück

Zudem ist der gesamte Mühlenkörper keine Schweißkonstruktion sondern aus einem massiven Stahlblock heraus gefräst. Das bringt nicht nur höchste Robustheit von Gehäuse und Rotorlagerung, sondern bietet Vorteile im täglichen Betrieb: Es existieren keine Schweißnähte oder scharfe Winkel und tote Ecken, die das Reinigen erschweren. Schnelle Reinigung und die Sicherheit, keine Kontaminationen zu übersehen, sorgen für schnelles und kostengünstiges Wechseln von Farben und Werkstoffe bei hoher Sicherheit. Damit eignen sich diese Mühlen auch für die Werkstoffentwicklung: Schnelles Umstellen zwischen verschiedenen Werkstoffvarianten mit vergleichsweise geringem Reinigungsaufwand ermöglicht das wirtschaftliche Produzieren auch kleinerer Mengen.

Das gilt umso mehr, weil die Gesamtanlage um die Mühle außerordentlich kompakt gebaut ist. Eine Zuführung dosiert das Aufgabegranulat gleichmäßig in die Mühle, der nachgeschaltete Ventilator fördert das produzierte Pulver über einen extrem kurzen Weg zum Zyklonabscheider. Eine Zellenradschleuse transportiert das Mahlgut in ein Behältnis. Die automatische Steuerung der Gesamtanlage geschieht über einen integrierten Schaltschrank. Alle für die Bedienung und beim Materialwechsel benötigten Anlagenzugänge befinden sich angenehmer Arbeitshöhe. Dieser kompakte Aufbau der Gesamtanlage bei hoher Durchsatzleistung spart nicht nur wertvolle Hallenfläche, er trägt mit sehr kurzen Leitungswegen zur schnellen und einfachen Reinigung mit geringen Materialverlusten bei.
Schüttgewicht, Feinheit, Kornform und Rieselfähigkeit des Mahlguts können entscheidenden Einfluss auf die Qualität des Endprodukts haben. So wird in Masterbatch-Anwendungen eine große Kornoberfläche bei einem engen Korngrößenspektrum angestrebt, um Additive gut zu binden und die gleichmäßige Verteilung des Masterbatch im Endprodukt sicher zu stellen.

Kornform entscheidend für Verarbeitungsparameter

Anwendungen wie das Rotationsgießen sind nur vordergründig wenig anspruchsvoll. Ist man aufgrund der Mühlengeometrien in der Lage, Pulver mit einem genauer spezifizierten Kornspektrum und speziellen Geometrien und damit besonders hoher Fließfähigkeit zu erzeugen, kann der Materialeinsatz für ein spezielles Teil eventuell gesenkt werden, ohne dessen mechanische Eigenschaften zu verändern. Und diese Ersparnis geht direkt in die Produktkosten – oder den Ertrag je Teil – in die Kostenrechnung ein.

In beiden Fällen, vor allem bei der Masterbatch- und Compound-Produktion, herrscht bei den Entwicklern Unsicherheit über die Mahlfähigkeit, die erzielbare Qualität des Produkts und die Kosten der Vermahlung (Kühlung erforderlich, Verschleiß,…). Für solche Fälle bietet es sich an, im weltweit größten Technikum der Zerkleinerungstechnik, bei der Pallmann Gruppe im pfälzischen Zweibrücken, Versuche zu starten, um vorab zu klären, was technisch und wirtschaftlich sinnvoll machbar ist – das ist laut Pallmann erfahrungsgemäß mehr, als der durchschnittliche Werkstoffentwickler vermutet. Hier stehen, anders als in typischen Versuchsungebungen, keine „Laboranlagen“, sondern „echte“, Serienmaschinen, zumeist einfach die kleinste Baugräöße eines Typs. Damit sind die Ergebnisse, eventuell gewonnen auf Maschinen verschiedener Bauart nebeneinander, direkt vergleichbar und sie entsprechen den Vermahlungen in der späteren Produktion beim Compoundeur.

Kosten und Qualität im Fokus

Eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst die Kosten der Feinvermahlung: Der Verzicht auf Kältemittel einschließlich der dazu notwendigen Nebeneinrichtungen und Logistik, die schnelle und sichere Reinigung sowie Langlebigkeit und Wartungsarmut mit entsprechend geringen Ausfallzeiten haben hohen Anteil an einem geringen Kostenniveau. Davon profitieren auch und besonders Lohnvermahler und Unternehmen mit einer Kombination aus eigener und Lohnvermahlung, die ein breites Spektrum an Werkstoffen in schneller Folge verarbeiten können. Zudem bietet die Möglichkeit, Größe, Oberflächenstruktur, Schüttgewicht und andere Parameter gezielt zu beeinflussen, Vorteile im Wettbewerb.

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