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Mischtechnik auch unter Atex Homogenes Mischen bei hohen Schüttgewichtsdifferenzen

Autor / Redakteur: Oliver Zeitner* / Sabine Mühlenkamp

Mischungen für Brems- und Kupplungsbeläge bestehen aus bis zu 50 Rohstoffen, die extrem unterschiedliche Schüttdichten aufweisen. Dies stellt eine der höchsten Anforderungen an die Mischtechnik dar. Ein Mischer zeigt, wie es dennoch funktioniert, unabhängig davon, ob es sich um eine Trocken- oder Nassmischung oder auch eine Atex-Umgebung handelt.handelt.

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Mischungen für Reibbeläge haben es in sich. Vom kleinen Partikel bis zur Faser ist alles dabei. Gerade vor dem Hintergrund der unterschiedlichen Schüttgewichten spielt der Mischertyp eine große Rolle.
Mischungen für Reibbeläge haben es in sich. Vom kleinen Partikel bis zur Faser ist alles dabei. Gerade vor dem Hintergrund der unterschiedlichen Schüttgewichten spielt der Mischertyp eine große Rolle.
(Bild: Maschinenfabrik Gustav Eirich)

Reibbelägen in Form von Brems- und Kupplungsbelägen auf organischer Bindemittelbasis kommt eine große Bedeutung zu. Ihrem Funktionsprinzip nach wird Bewegungsenergie durch Reibung in Wärme umgewandelt. Der Belag muss eine gleichbleibende Reibung aufweisen. Dies bedeutet: Druckfestigkeit, Scherfestigkeit und Werkstoffhärte dürfen über den ganzen Belag keine Schwankungen aufweisen. Bei den Mischungen, die zu Reibbelägen verpresst werden, bestehen aus diesem Grunde hohe Anforderungen an die Homogenität.

Auf die Anwendung abgestimmt

Erschwerend kommt hinzu: Rezepturen der Hersteller sind auf die jeweilige Anwendung bzw. auf die Anforderungen von Kunden abgestimmt. Dabei weisen die vielen Rohstoffe in den Mischungen extrem unterschiedliche Schüttgewichte auf, von rund 50-100 g/l bei Fasern bis über 4.000 g/l bei metallischen Bestandteilen.

Inhaltsstoffe sind anorganische Füllstoffe, Schmierstoffe sowie Metalle als Pulver, Körnung oder Fasern. Oft werden auch Kunststofffasern - beispielsweise auf Basis von Aramiden - eingesetzt, die bei Hitzeeinwirkung nicht schmelzen, sondern verkoken. Dazu kommt das bindende Harz, das im Ablauf der Produktion unter Wärmeeinwirkung verkokt und alle Partikel miteinander verbindet. Neue Anforderungen werden durch Bindungssysteme auf Basis von Graphit gestellt, die unter Druck eine mechanische Bindung ergeben. Diese arbeiten harzarm oder sind harzfrei.

Wenn der Vermischung die Entmischung folgt

Bei allen Rezepturen müssen sehr leichte Stoffe mit sehr dichten Stoffen sowie Fasern optimal gemischt werden – für den Mischer eine echte Herausforderung, zumal die Fasern oft erst aufgeschlossen werden müssen. Aus der Literatur ist bekannt, dass in herkömmlichen Anlagen der Vermischungsprozess den Entmischungsprozess überlagert. Dies ist insbesondere bei Mischungen mit verschieden dichten Rohstoffen der Fall.

So ergaben Untersuchungen zur Mischzeitbestimmung an einem horizontalen Einwellenmischer (Typ Pflugscharmischer) mit zwei Testsubstanzen, dass man nur 120 Sekunden mischen darf. Dauert der Vorgang länger, treten Entmischungserscheinungen der beiden Komponenten ein. Erklärt wird dies durch das unterschiedliche Bewegungsverhalten der Komponenten. In der Folge kommt es zu einer allmählichen Anreicherung der schweren Komponenten in den Randbereichen.

Dies bedeutet in der Praxis, dass die Vorgänge in solchen Anlagen nicht beliebig lange währen dürfen und mit Messreihen die Mischzeit für die jeweils bestmögliche Mischgüte ermittelt werden muss. Diese entspricht jedoch meist nicht einem optimalen Ergebnis. Diese Erkenntnisse gelten für alle Mischer, bei denen das Mischgut durch Mischwerkzeuge transportiert wird. Entmischte, also inhomogene Pressmassen führen zu Streuungen in der Qualität und möglichen Problemen beim späteren Einsatz.

Entmischungsfrei mischen

Bei Eirich-Mischern wird das Mischgut durch einen drehenden Behälter transportiert. Daher kommt der Mischer immer dann zum Einsatz, wenn andere Mischsysteme systembedingt ihre Grenzen erreichen.

Durch das Wirkprinzip mit drehendem Mischbehälter und Materialumlenker werden schlecht durchmischte Totraumzonen im Mischer verhindert , da jedes Teilvolumen des Mischgutes dem Wirblerwerkzeug zugeführt wird.

Das Wirkprinzip mit drehendem Mischbehälter und Materialumlenker verhindert, dass schlecht durchmischte Totraumzonen im Mischer entstehen, da jedes Teilvolumen des Mischgutes dem Wirblerwerkzeug zugeführt wird. Auch das Auftreten einer Entmischung wird damit zuverlässig ausgeschlossen.

Hohe Froudezahlen erreichbar

Weil Materialtransport (durch den drehenden Behälter) und Mischen (durch das Mischwerkzeug, Wirbler genannt) voneinander getrennt sind, kann das Mischwerkzeug beliebig schnell laufen, mit Werkzeuggeschwindigkeiten bis zu 30 m/s, je nach Prozessschritt.Diese sehr hohen Werkzeuggeschwindigkeiten können realisiert werden, weil der Mischer konstruktionsbedingt (keine wand- oder bodengängige Werkzeuge) einem extrem geringen Werkzeugverschleiß unterliegt. Deshalb braucht dieser Mischer zum Aufschließen von Fasern keine schnelllaufenden und verschleißintensiven Messerköpfe. Und es sind Froudezahlen erreichbar, die beim Mehrfachen dessen liegen, was bei anderen Mischsystemen machbar ist. Daraus folgt, dass der Eirichmischer beliebige Konsistenzen verarbeiten kann. Bei Reibbelägen sind es in der Regel Trockenmischungen oder Mischungen mit Harzlösungen. Beide Mischungen können auf ein und derselben Maschine hergestellt werden. Selbst zähflüssige Harzlösungen werden problemlos verarbeitet, ebenso wie Reibbeläge der neuen Generation auf Basis von Graphit.

Auch für Atex-Umgebungen geeignet

Je nach Anforderung werden die Mischer explosionsgeschützt (innen bei Nassaufbereitung Zone 21, bei Trockenaufbereitung Zone 20, außen Zone 22) ausgeführt, entsprechend den europäischen Atex-Vorschriften. Falls erforderlich erfolgt auch die Auslegung für die Gasexplosionsschutz-Zonen 0, 1 oder 2. Die Mischer können bei Bedarf mit induktiver Beheizung ausgestattet werden, die ebenfalls Atex-konform geliefert wird.

An allen Eirich-Standorten weltweit stehen Technikumseinrichtungen bereit, in denen sich die Technik mit den Rohstoffen des Kunden erproben lässt.

* *Der Autor ist Mitarbeiter der Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH, Hardheim. E-Mail-Kontakt: oliver.zeitner@eirich.de

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