So unterstüzten Sie mit dynamischer Pulverprüfung die Optimierung von Abpackprozessen

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So wurde die Basisströmungsfähigkeitsenergie (BFE – Basic Flowability Energy) jedes Pulvers, das in den letzten zehn Jahren verarbeitet wurde, bestimmt und eine Tendenz von Pulvern mit gleichen oder ähnlichen BFE-Wert zu ähnlichen Verpackungslösungen erkannt. Durch die Korrelation der Erfahrungen mit dynamischen Messungen konnte das Unternehmen einen hausinternen Entwicklungsprozess festlegen und verfeinern.

Ein Beispiel: Da die Luftmenge die Fließfähigkeit des Pulvers direkt beeinflusst, werden bei weniger fließfähigen Pulvern routinemäßig Systeme mit Belüftungsdüsen genutzt, um die Pulver zu schmieren und ihre Fließfähigkeit zu verbessern. Durch die Bestimmung der Fließfähigkeit kann Haver & Boecker, die Luftmenge bei Abpacksystemen auf ein absolutes Minimum reduzieren und so den Durchsatz optimieren. Gleichzeitig wurde der Prozess im Hinblick auf Blockierungen und Ausfallzeiten entschärft; ein großer Vorteil bei der Bereitstellung konkurrenzfähiger Verarbeitungslösungen.

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Dynamische Pulverprüfung

Wie fließt das Pulver unter realen Bedingungen

Die dynamische Pulverprüfung basiert auf Messung eines Pulvers in Bewegung und stellt ein direktes Maß für die Fließeigenschaften dar. Dynamische Pulvereigenschaften werden aus der Messungen des Drehmoments und der Kraft, die auf ein Rotorblatt wirkt, während dies durch eine Pulverprobe entlang einer definierten Bahn gedreht wird, bestimmt. Die dynamische Fließenergie (Basic Flowability Energy – BFE) wird bei der Abwärtsbewegung des Blattes gemessen Proben können in einem kompaktierten, gespannten, belüfteten oder sogar fluidisierten Zustand gemessen werden, was den gesamten Spannungsbereich darstellt, der in der routinemäßigen Pulververarbeitung vorkommt. Die Technik wurde speziell entwickelt, um Prozessdesign, Optimierungs- und Troubleshooting- Studien in der Pulververarbeitung unterstützen zu können und ist dort weit verbreitet.

Das Pulverrheometer FT4 von Freeman Technology charakterisiert die Fließeigenschaften von Pulvern und Granulaten. Der Parameter BFE ist eine dynamische Größe, die quantifiziert, wie ein Pulver unter Zwangsströmungsbedingungen oder im gespanntem Zustand fließen wird. BFE ist ein stark differenzierender Parameter, der in der Lage ist, Unterschiede zwischen Pulverproben zu detektieren, die andere Techniken als identisch klassifizieren würden. Es können selbst geringe relative Änderungen der Pulver- oder Granulateigenschaften erkannt und verfolgt werden, um so sehr ähnliche Materialien bezügliche ihrer Verarbeitbarkeit zu unterscheiden.

Deutliche Unterschiede bei der Abfüllung von Kakaopulver

Die Tabelle zeigt Testdaten von zwei verschiedenen Kakaopulvern, von Feuchtigkeitsgehalt, über Schütt- und Stampfdichte hin zur BFE. Die Daten zeigen bei den beiden Kakaosorten deutliche Unterschiede. Kakao 1 hat eine höhere Masse, höhere Schütt- und Stampfdichte und weist ein homogenes Belüftungsverhalten auf, was nahelegt, dass die Zufuhr von Luft jedes einzelne Teilchen effektiv schmiert. Im Gegensatz dazu Kakao 2. Dort entstehen durch die Belüftung Kanäle, typischerweise eine Folge von relativ starken interpartikulären Kräften. Auch entlüftet Kakao 2 schneller. Dies sind sehr relevante Merkmale bei der Auswahl von Verpackungslösungen. Deutlich ist die wesentlich niedrigere BFE von Kakao 2, ein Indiz für ein leichteres Fließen dieses Produkts.

Die Versuche beider Produkte wurden in einer Luftpacker-Maschine durchgeführt. Bei den Versuchen dauerte es 23 Sekunden, um einen einzigen 25-kg-Beutel mit Kakao 2 zu füllen. Dies führte zu einer Abfüllmaschinenleistung von 110 Beutel pro Stunde. Wie die BFE-Werte bereits erkennen ließen, waren die Fließeigenschaften von Kakao 1 schlechter. Es dauerte 30 Sekunden, um den gleichen Beutel zu befüllen, was einer Maschinenleistung von 90 Beuteln pro Stunde entspricht.

Fazit: Die dynamische Pulverdurchflussmessung hat sich im Vergleich zu alternativen Pulverprüfoptionen als hocheffizient erwiesen und liefert relevante Daten für die Konzeption und Auswahl von Prozessanlagen, beispielsweise Verpackungslösungen.

* J. Clayton ist Operations Director bei Freeman Technology, Tewkesbury/Großbritannien.

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