Schneller reinigen, mehr produzieren

Optimierung von Mischprozessen für die Kunststoffproduktion

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06.08.2019 Reinigungsvorgänge bedeuten unproduktive Zeit. Besonders bei kleinen Chargen sinkt die Verfügbarkeit eines Mischers. Bereits durch die Auswahl der richtigen Mischertypen können Reinigungszeit und damit Produktionskosten gespart werden.

Entscheider-Facts

  • Die Reinigung von Containermischern ist oft aufwendig.
  • Ein neuer Mischer für die Kunststoffverarbeitung wurde im Hinblick auf Reinigungszeiten optimiert.
  • Die Reinigungszeit ist um Größenordnungen niedriger.

1 neuartiger Containermischer

Bilder: Zeppelin

Auch bei der Kunststoffherstellung sind eine große Produktvielfalt und die individuelle Herstellung von unterschiedlichen Vormischungen heute an der Tagesordung. Dabei ist die schnelle und einfache Reinigung der Mischanlage unerlässlich. Durch steigende Personalkosten und immer striktere Umweltauflagen weltweit sind sowohl die Reinigungszeit als auch der Einsatz von Reinigungsmitteln und das Entsorgen von Schleppverlusten ein wichtiges Kriterium bei Investitionen in neue Mischanlagen.

Containermischer zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Flexibilität und eine im Vergleich zu statischen Mischern einfache Reinigung aus. Bei der Entwicklung des neuen Containermischers Typ Henschel CMQ stand neben der Qualität beim Mischen und Dispergieren das Reinigen im Vordergrund. Dafür wurden gezielt die kritischen Bauteile optimiert.

Bei einem Containermischer werden die zu mischenden Materialien vorab gewogen und in den Container (Mischbehälter) gefüllt. Für andere Rezepte können zusätzliche offline gereinigte Container verwendet werden. Anschließend wird der Behälter zum Mischer bewegt. Der Behälter wird geklemmt, zum Mischkopf angehoben und in Mischposition auf den Kopf gestellt. Nach Beendigung des Mischvorgangs selbst wird der Behälter nach unten geschwenkt und vom Mischer gelöst. Er wird weg vom Mischer zu einer separaten Entladestation zur Entleerung der Mischung transportiert.

Gründliche Reinigung ist das A und O

2 neuartiges Mischwerkzeug

Der neue Containermischer arbeitet mit einem Tragflächenprofil-Werkzeug, das auf einer ebenen, polierten Platte montiert ist.

Für die automatische Reinigung des Containers gibt es bereits verschiedene Lösungen auf dem Markt, aber wenn eine Rezepturänderung erforderlich ist, müssen auch die mit dem Produkt in Berührung kommenden Teile des Mischers sehr gründlich gereinigt werden. Auch Verschmutzungen an der umliegenden Peripherie müssen gründlich entfernt werden, weil sie sonst unter Umständen in die neue Charge verschleppt werden, wenn ein neuer Container in Position gebracht wird. Typische kontaminierte Bereiche sind das Mischwerkzeug, der Mischkopf, der Mischerständer und die Containerführung.

Um das Mischwerkzeug leicht reinigen zu können, sollte dieses einfach zu demontieren und frei von scharfen Kanten und Schattenflächen sein. Ferner soll der beim Mischen entstehende Druck auf Wand und Boden gering gehalten werden, damit es zu keinen Ablagerungen am Mischer und zu keinem starken Anstieg der Materialtemperatur kommt.

Häufig werden in Mischern langsam laufende Werkzeuge mit einem oder mehreren schnell laufenden Dispergierwerkzeugen kombiniert. Im Hinblick auf die Reinigung war es das Ziel, das Bewegen und Dispergieren in einem Werkzeug zu vereinen.

Mit den üblichen Werkzeugen muss der Bodenabstand sehr klein gehalten werden, damit das Material im Mischer gleichmäßig in Form einer Trombe umläuft. Ein großer Abstand führt dazu, dass das Material nicht mehr ausreichend angehoben wird – mit der Folge einer ungleichmäßigen Verteilung. Dem wirkt zwar eine höhere Umfangsgeschwindigkeit entgegen, doch die Folge sind ein höherer Temperaturanstieg sowie Ablagerungen an Werkzeug und Mischkopf.

Diese Erkenntnisse führten zur Entwicklung eines neuen Tragflächenprofil-Werkzeugs. Der tragflügelförmige Mischarm erzeugt zusammen mit den Winglets, die in der Luftfahrt bereits seit vielen Jahren zur Reduktion des Luftwiderstands eingesetzt werden, einen sehr niedrigen Mischwiderstand. Der so verringerte Energieeintrag begrenzt den Temperaturanstieg unter 2 K/min). Dadurch ist eine höhere Werkzeuggeschwindigkeit (bis zu 20 m/s) möglich, was wiederum die Dispergierung erhöht. Die hohe Auftriebskraft, die durch die Geometrie des Tragflügels entsteht, ermöglicht einen sehr großen Bodenabstand (bis zu 70 mm).

3 Mischablauf

Ablauf beim Betrieb des Containermischers.

Die Form und die polierte Oberfläche des Mischwerkzeugs verhindern Ablagerungen, was die Reinigung sehr einfach macht. Außerdem ist das Mischwerkzeug sehr leicht (ca. 15 kg für einen 1.000-Liter-Mischer), sodass es für eine gründliche Reinigung sehr schnell demontiert oder direkt gegen ein gereinigtes Werkzeug ausgetauscht werden kann. Der hohe Bodenabstand ermöglicht zudem eine einfache Reinigung zwischen Werkzeug und Mischkopf. Der konventionelle Mischkopf ist üblicherweise trogförmig ausgebildet. Am Rand befindet sich eine Dichtung, in der sich Ablagerungen ansammeln können. Aufgrund der hohen Auftriebskräfte kann der normale Mischkopf problemlos durch eine polierte, ebene Platte ersetzt werden. Dies ermöglicht eine sehr einfache und schnelle Reinigung des Mischkopfes. Mit dieser Kombination werden im Vergleich zu anderen Containermischern, die mit Homogenisier- und Dispergierwerkzeugen ausgestattet sind, mindestens gleichwertige Ergebnisse erzielt.

Reinigungsdauer auf 5 bis 15 Minuten reduziert

Bei den üblicherweise am Markt verfügbaren Containermischern muss zur Zentrierung unter dem Mischkopf immer ein Führungssystem auf dem Boden angebracht werden. Wenn der Container nach Beendigung des Mischvorgangs vom Mischer weggefahren wird, fällt immer etwas Material von Mischkopf und Mischwerkzeug herunter und verschmutzt das Führungssystem.

Durch eine durchdachte Gestaltung der Containeraufnahme und der Klemmdrehhalterungen kann der Container problemlos zur Mischplatte zentriert werden. Da kein Führungssystem am Boden vorhanden ist, lässt sich dieser schnell und einfach reinigen: Sogar eine Scheuersaugmaschine kann unter dem Mischer hindurch über den Boden bewegt werden. Durch die Einhausung von Energieketten und anderen elektrischen Komponenten lässt sich die gesamte unmittelbare Umgebung des Containermischers leicht reinigen. Die Reinigungszeiten reduzieren sich so von 40 bis 120 min auf 5 bis 15 min.

Dreiteilige Konstruktion vereinfacht die Reinigung im Heißmischprozess

4 reinigungsoptimierter Behälter

Das dreiteilige Design sorgt bei diesem High-Speed-Mischer dafür, dass dieser leicht und schnell zu reinigen ist.

Sind hohe Dispergierleistungen gefordert, führt am Heißmischprozess im High-Speed-Mischer kein Weg vorbei. Die Reinigung dauert beim Heißmischen im Vergleich zum Kaltmischen deutlich länger: Der gesamte Mischbehälter und der Deckel müssen gereinigt, der Werkzeugsatz (in der Regel 3 bis 4 Werkzeuge) und der optionale Leitflügel müssen entfernt werden, um Zugang zu allen Ecken und Kanten zu erhalten. Doch auch hier erlauben es neue Entwicklungen, die Reinigungszeiten deutlich zu reduzieren. So vereinfacht das hydraulische Anheben und Drehen des Deckels den Zugang für eine gründliche Reinigung. Der bei herkömmlichen High-Speed-Mischern gängige, schwer zugängliche Materialaustragszylinder wurde so verändert, dass er einen einfachen Zugang zu allen Bereichen des Mischerauslaufs eröffnet, einschließlich des Bereichs hinter der Austragsplatte. Die Scharnierpunkte sind so positioniert, dass Verbindungsrohre für die Reinigung nicht mehr getrennt werden müssen. Eine Öffnung mit Schnellverschluss auf der Oberseite des Auslaufs vereinfacht die Reinigung zusätzlich. Sicherheitsendschalter verhindern, dass der Mischer bei geöffneter Entleerung startet.

Um das Mischwerkzeug bei Mischern mit fest montiertem Behälter auszubauen, muss sich der Bediener über die Kante des Mischbehälters beugen. Bei großen Mischern muss ein Bediener in den Mischbehälter einsteigen. Ein aufwendiger Vorgang, der gegebenenfalls zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erfordert, um den Bediener in dem engen Behälter zu schützen.

5 Mischbehälter bsim Heissmischprozess

Konstruktion des Mischbehälters für den Heißmischprozess.

Die neue Konstruktion gewährt dem Bediener einen vollen Zugang zum Inneren des Behälters: Dazu ist dieser als zweiteilige, volldichtende Einheit ausgeführt, bei der der obere Behälterteil von der Bodenschale angehoben und zur Seite geschwenkt werden kann. Der Mischer besteht aus einem dreiteiligen, doppelwandigen Mischbehälter, der Hydraulikeinheit zum Anheben des oberen Behälterteils und Anheben und Drehen des Deckels, sowie dem schwenkbaren Materialaustragszylinder. Sicherheitsendschalter sorgen für einen sicheren Betrieb.

Fazit: Durch die neue Konstruktion sinkt der Reinigungsaufwand von 30 bis 180 min auf 5 bis 20 min. In Produktionen, in denen täglich mehrfach Rezepturen gewechselt werden und eine Reinigung notwendig ist, können so hohe fünfstellige Beträge im Jahr eingespart werden.

Heftausgabe: August/2019
Karl Hendrik Schluckebier ist Sales and Process Manager Mixing Technology bei Zeppelin Systems

Über den Autor

Karl Hendrik Schluckebier ist Sales and Process Manager Mixing Technology bei Zeppelin Systems
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