Verfahrenstechnik 10/2022

VERFAHREN UND ANLAGEN
Außerdem haben Versuche gezeigt, dass die erforderliche
Mischzeit bei einem Dissolverplanetenrührwerk
deutlich geringer ausfällt als bei einem
Koaxialrührwerk. Dies liegt daran, dass bei diesem
Maschinentyp die Dissolverrührwelle ebenfalls
auf einer Kreisbahn im Mischbehälter umläuft
und somit das Produkt eine besonders intensive
Beanspruchung erfährt.
Dieses Beispiel aus der Praxis soll nun noch anhand
der Leistungsgleichung überprüft werden,
um zu zeigen, ob sie ein hilfreiches Werkzeug darstellt.
Das Außenrührwerk beim Koaxialrührwerk
benötigt eine vergleichbare Leistung wie der Antriebsmotor
für den Wandabstreifer und die Drehbewegung
des Planetengetriebes, sodass der Vergleich
der Dissolverantriebe entscheidend ist.
Geht man davon aus, dass beide Rührwerke mit
identischen Behälterabmessungen und dem gleichen
Produkt arbeiten, spielen für den Vergleich
nur die Rührorgandurchmesser d und die Drehzahlen
n eine Rolle. Vereinfacht vorausgesetzt ist
hierbei, dass die Newton-Zahlen Ne beider Dissolversysteme
gleich sind.
Beim Planetendissolver läuft die Dissolverrührwelle
mit auf einer Kreisbahn um, sodass die Dissolverscheibe
einen deutlich kleineren Durchmesser aufweisen
kann. Damit aber die gleiche Scherwirkung erzielt wird, muss
man die Drehzahl erhöhen, um eine gleich hohe Umfangsgeschwindigkeit
zu haben.
Der Zusammenhang zwischen Umfangsgeschwindigkeit u,
Rührerdrehzahl n und Rührerdurchmesser d ist gegeben durch
die Gleichung:
u = π n d
Geht man von einer Umfangsgeschwindigkeit von 15 m/s und einem
Dissolverdurchmesser von 500 mm beim Koaxialrührwerk
aus, so resultiert hieraus deine Drehzahl von ca. 573 rpm. Beim
Planetenrührwerk ist ein Dissolverdurchmesser von 300 mm
oder kleiner ausreichend. Dies würde bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit
eine erforderliche Dissolverdrehzahl von ca.
955 rpm bedeuten.
Die Berechnung ergibt einen um den Faktor 2,8 höheren Energiebedarf
für den Dissolverantrieb des Koaxialrührwerks. Anstatt
eines 18,5-kW-Antriebs würde das Planetendissolverrührwerk
mit einem 5,5-kW-Motor auskommen. Die theoretische Berechnung
bestätigt demnach die Auslegungsdaten der beiden vorgestellten
Mischer. Hinzu kommt noch, dass erfahrungsgemäß die
erforderliche Mischzeit beim Planetendissolver deutlich kürzer
ist, sodass sich für die Durchführung desselben Mischprozesses
ein hohes Einsparpotenzial an Energie besteht.
Würde man den Durchmesser der Dissolverscheibe von
300 mm auf 250 mm reduzieren, müsste man die Drehzahl auf ca.
1.146 rpm erhöhen, um die gleiche Umfangsgeschwindigkeit zu
erzielen. Durch diese Maßnahme würde die erforderliche Antriebsleistung
nur circa ein Viertel der Leistung des Koaxialrührwerks
betragen; hinzu kommt noch die Einsparung durch eine
kürzere Mischzeit.
Vergleicht man die Investitionskosten für ein Koaxialrührwerk
mit einem 18,5-kW-Dissolverantrieb mit einem Planetendissolverrührwerk
mit 5,5-kW-Motor, so liegen sie auf gleichem Niveau.
Die höheren Kosten für das gekapselte Planetengetriebe werden
durch Einsparungen in der Antriebstechnik ausgeglichen. Ein
01
01 Koaxialrührwerk HRZ-S 1250 KO
02
02 Dissolverplanetenrührwerk HR-S 1250 DP
Einsatz für Vakuum- oder Druckbetrieb sowie im Atex-Bereich ist
durch die gekapselte Getriebeausführung problemlos möglich.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Leistungsgleichung
sicher nicht eine exakte Berechnung ermöglicht,
aber sie zeigt deutlich die Tendenzen auf und ermöglicht eine
gute vergleichende Leistungsabschätzung. Natürlich können Planetenmischer
nicht die Lösung für alle Mischaufgaben sein, aber
viele Prozesse lassen sich mit ihnen durchaus energiesparend
umsetzen, vor allem im mittel- bis hochviskosen Bereich sind sie
immer eine überlegenswerte Alternative.
Bilder: Herbst, Djero Adlibeshe – stock.adobe.com
www.herbst-mischtechnik.de
AUTOR
Dr.-Ing. Ralf Wicke, Herbst
Maschinenfabrik GmbH, Buxtehude
HANDBUCH FÜR
MISCHTECHNIK
Kostenloser Download unter:
www.bit.ly/Herbst-HB
www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 2022/10 15