Hochleistungs-Pulvermühlen

Korngrößenspektrum entscheidet über Effizienz

Die Pulverstruktur, konkret das, auf das jeweilige Produkt abgestimmte Korngrößenspektrum, ist neben der maximalen internen Ofentemperatur (PIAT) sowie den Rotationsgeschwindigkeiten, Aufheiz- und Kühlzeiten ein bestimmender Faktur des Rotationsformverfahrens.

Kennzeichen des Reduction Mahlsystems ist eine horizontale Mahlkammer mit einer unteren, über einen Riementrieb mit dem Antriebsmotor gekoppelten und der oberen, mit dem Gehäusedeckel verbundenen, fest stehenden Mahlscheibe. (Bild: Maag)

Angestrebt wird zumeist eine maximale Korngröße von 500 oder 600 μ m mit einer auf die Anwendung abgestimmte Korngrößenverteilung. Innerhalb des Korngrößenspektrums sind die Feinfraktionen durch das schnelle Aufschmelzen beim Kontakt mit der heißen Formwand für die Bildung der geschlossenen, glatten Außenhaut des Formteils verantwortlich, während die Großkornanteile die dahinter befindliche tragende Struktur bzw. Wandstärke bilden. Das Verhältnis zwischen Fein- und Grobkornanteilen wird durch die Verfahrensparameter bei der Pulverherstellung eingestellt. Genormte Messverfahren, wie Siebanalyse, Durchflussmessung mittels Flow-Funnel sowie Bestimmung der Schüttdichte dienen zur Ermittlung der Korngrößenverteilung sowie den zu erwartenden Verarbeitungseigenschaften während der Produktion.

Maximum an Effizienz
So einfach das Funktionsprinzip einer Mühle erscheinen mag – immerhin ist die Mahltechnik eines der ältesten Verfahren der Menschheit – so entscheidend ist die Detailausführung der technischen Komponenten für dessen Effizienz.

Die Kernkomponente der Reduction-Pulvermühlen ist eine horizontal angeordnete Mahlkammer. Auf eine vertikal orientierte Mahlkammer wurde wegen des Schwerkrafteinflusses auf die Materialverteilung (Materialkonzentration, daher potenzielles Überhitzen des Mahlgutes und Verschleiß im unteren Mahlscheibenquadranten) verzichtet. In ihr befinden sich die beiden Mahlscheiben, die fest stehende obere Mahlscheibe und die rotierende untere Mahlscheibe. Diese wird über einen Riementrieb durch einen servicefreundlich seitlich neben der Mahlkammer positionierten Elektromotor angetrieben. Die obere Mahlscheibe ist fix mit dem klappbaren Gehäusedeckel verbunden und kann bei Bedarf mit Wasser gekühlt werden. Drei um 120° versetzt angeordnete Zug- und Druckschrauben ermöglichen ein schnelles und einfaches Einstellen des Mahlspalts, ohne hierfür die Mahlkammer öffnen zu müssen. Mittels der seitlich am Mühlengehäuse angebrachten Wartungsöffnungen, kann der benötigte Abstand zwischen den beiden Mahlscheiben mittels Fühlerlehren genau bestimmt werden. Das Ausgangsmaterial, beispielsweise Kunststoff-Granulat oder Recycling-Mahlgut, gelangt über einen Vakuum- oder einen mechanischen Schneckenförderer in einen Vorlagebehälter. Mittels einer Vibrationsrinne wird das Material durch eine Öffnung in der feststehenden, oberen Mahlscheibe in die Mahlkammer dosiert. Die Dosierrate ist abhängig von den vorgegebenen materialabhängigen Prozessparametern, wie z.B. der maximalen Temperatur in der Mahlkammer bzw. der Stromaufnahme des Antriebsmotors und wird über die Anlagensteuerung automatisch angepasst. Durch die Rotation der Mahlscheibe wird das Material mit Hilfe der radial angeordneten Zahnsegmente zerkleinert. Das dabei erzeugte Pulver wird durch den konisch nach außen hin kleiner werdenden Spalt zwischen den beiden Mahlscheiben zentrifugal nach außen gefördert. Der durch ein Radialgebläse erzeugte Unterdruck saugt das Material aus der Mahlkammer. Die dabei nachströmende Umgebungsluft kühlt die Mühle und stabilisiert den Prozess. Über einen Zyklon und eine Zellradschleuse gelangt das Pulver anschließend in die Siebeinheit, wo der Anteil kleiner als die gewählte Maschenweite der eingesetzten Siebe als Gutmaterial ausgeschleust wird. Überkorn (größer als die Maschenweite) wird in einem zweiten Mahlgang nochmals vermahlen. Das spezifikationsgemäße Pulver kann entweder direkt nach der Maschine abgefüllt werden oder zu einer Absackanlage bzw. einem Zwischensilo weitergefördert werden.

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Universell, flexibel und servicefreundlich
Reduction-Pulvermühlen sind für viele Materialien und Mahlanwendungen verfügbar. Da dies auch die Verarbeitung von stark plastischen oder gummielastischen Materialien bedeutet, sind neben der „Normalausführung“, d.h. Kühlung mit Umgebungsluft, auch „cryogenische“ Mühlen verfügbar. Dabei handelt es sich um Anlagenversionen, die das Mahlgut in einem vorgeschaltenen Prozess mit Hilfe von Kältemitteln (Stickstoff) verspröden und damit erst verarbeitbar machen. Für jeden Anwendungsfall ist die Detailausführung der Mahlscheiben von entscheidender Bedeutung, insbesondere die geometrische Ausführung der Mahlzähne und deren Anordnung. Denn, deren Profil hat einen direkten Einfluss auf die erreichbare Schneideffizienz und die bei der Verarbeitung erzeugte Wärme. Letztere sollte normalerweise minimal gehalten werden. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Reduction eine Vielzahl an Zahnformen und Belegungsmuster entwickelt.

Als Antwort auf die unterschiedlichen Verschleißbeanspruchungen der verarbeiteten Materialien sind die Mahlscheiben in unterschiedlichen Stahlqualitäten verfügbar. Ein weiterer Einflussfaktor auf die Verarbeitungsqualität ist der Verschleißzustand des Zahnprofils. Um dieses unabhängiger von der Nachschärf-Qualität zu machen, wurde mit der jüngsten technischen Evolutionstufe auf patentierte „Einweg-Scheiben“ umgestellt. Sie sind nicht nur kostengünstiger als ein mehrmaliges Nachschärfen, sondern auch überaus wartungsfreundlich. Die Mahlscheiben sind nur 8 mm dick und 6 kg schwer. Im Vergleich zu den bisher eingesetzten Scheiben, die pro Stück 25 kg oder mehr wiegen können, reduzieren sich nicht nur die Transportkosten beträchtlich – das geringe Gewicht verbessert auch das Handling beim Ein- und Ausbau und verkürzt die Umbauzeit um ein ca. einen Drittel. Die Durchgangsöffnung in der Mitte der Mahlscheibe ist in der Ausführung als Disposable Disc um 40 % größer und bewirkt durch den dadurch erreichten höheren Luftstrom eine verbesserte Kühlung der Mahlkammer und damit eine Steigerung der Durchsatzraten.

Spezielle Umbausätze (Retrofit-Kits) ermöglichen den Einsatz der Disposable Disc Technologie auch in bestehenden Maschinen von Reduction Engineering. Weitere wichtige Verfahrensparameter neben der eingesetzten Mahlscheibengeometrie sind der einstellbare Abstand der Mahlscheiben zueinander, die Zuführrate des Ausgangsmaterials, eine stabile Prozesstemperaturin der Mahlkammer, sowie die Maschenweite in der Siebeinheit.

Bedienungsfreundliche Anlagensteuerung
Auch bei der Entwicklung der Anlagensteuerung standen die Flexibilität und die Bedienungsfreundlichkeit ganz oben auf der Agenda. So ist das logische Konzept der Bedienung weitgehend selbsterklärend und bietet eine übersichtliche Visualisierung des Gesamtprozesses. Für rezepturbezogene Einstellparameter steht ein integrierter Datensatzspeicher zur Verfügung. Die Option zur Internetanbindung bietet die Möglichkeit zur Fernwartung und zur Fernabfrage von Leistungsdaten.

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