27.10.2021
Gut lösbar: Probleme mit agglomeriertem Schüttgut
Sie kennen das: Wird mit Schüttgut gearbeitet, sind Agglomerate, Klumpen und ähnliche Ärgernisse keine Seltenheit. Sie entstehen beim Transport, bei der Lagerung, bei Um- oder Abpackprozessen und während der Produktion selbst. Ausschlaggebend sind die spezifischen Eigenschaften des Produktes, die eine Neigung zum Verklumpen begünstigen.
Agglomeriertes Material kann nicht optimal verarbeitet werden. Bei Endprodukten kommt es zu inakzeptablen Qualitätsverlusten und Ausschuss. Allerdings: Probleme mit agglomeriertem Schüttgut sind gut lösbar. Wir haben für Sie Sieb- und Zerkleinerungstechnik zusammengestellt, die Ihnen in solchen Fällen hilft.
Grundsätzlich sind zwei Verfahrensweisen denkbar: Ausschleusen der Agglomerate aus dem Prozess. Oder: Auflösen der Agglomerate als Teil der laufenden Produktion.
Sie wollen Klumpen aus Ihrem Prozess ausschleusen?
Die einfachste und oft wirtschaftlichste Lösung ist, die Klumpen abzutrennen, indem man sie aussiebt. Stellt sich die Frage: Welche Siebtechnik ist hierzu geeignet?
Hauptaufgabe von Siebmaschinen ist das Abtrennen von Produktpartikeln in ungeeigneter Korngröße: Fein- oder Grobkorn entfernen, Separieren in unterschiedliche Fraktionen, Schutzsieben. Dabei werden natürlich auch Agglomerate und Verklumpungen durch das Siebgewebe zurückgehalten. Sie werden aus der Siebmaschine ausgeschleust, idealerweise aufgearbeitet und dann wiederverwertet. Oder als Ausschuss entsorgt.
Attraktiver Nebeneffekt: Je nach Beschaffenheit des Produkts können die beim Sieben wirkenden Kräfte ausreichen, einen Teil der Agglomerationen und Klumpen aufzulösen, die dann als Gutware das Siebgewebe passieren. Aber: Das funktioniert nicht bei allen Produkten und nicht mit jeder Siebmaschine. Ob ein Siebverfahren zur Abtrennung der Agglomerate geeignet ist, wird durch die Eigenschaften Ihres Produktes bestimmt – wir haben mal genauer hingeschaut.
» Abb. 1: Siebe trennen Agglomerate im Produkt zuverlässig ab: Das Gutkorn fällt durch die Siebmaschen, das Überkorn bleibt darauf liegen und wird ausgeschleust.
Bei „unkomplizierten“ Produkten bieten Vibrationssiebe viele Vorteile. Sie erzielen eine hohe Durchsatzleistung – auch bei feinem Pulver. Und das bei sehr hoher Trennschärfe. Das Prinzip ist einfach: Die am Siebgehäuse angebrachten Vibrationsmotoren können hohe Beschleunigungen erzeugen, welche über das Gewebe auf das Produkt übertragen werden. Die Produktpartikel auf dem Siebeinleger werden so in eine „hüpfende“ Bewegung versetzt und fallen entweder durch das Siebgewebe hindurch (wenn sie der gewünschten, maximalen Korngröße entsprechen) oder bleiben auf dem Einleger liegen (wenn sie größer sind) bzw. werden über einen Grobgutauslauf ausgetragen.
Hier einige Beispiele für leistungsfähige Vibrationssiebe, die insbesondere bei der Abtrennung von Überkorn bzw. Agglomeraten zum Einsatz kommen:
- JEL VibRS: Durchsatzstark und platzsparend. Rundsieb mit bis zu 5 Siebdecks.
- JEL Konti: Besonders vielseitig. Siebeinlegerwechsel in Minuten – für minimale Stillstandzeiten.
- JEL Fix: Einfaches Rundsieb für maximal 2 Fraktionen. Dank niedriger Bauhöhe ideal für den Einbau in Anlagen. Oder als leicht handhabbares, mobiles Sieb auf einem Fahrgestell.
» Abb. 2: Das Siebgehäuse des Vibrationssiebs JEL Konti (hier mit Gestell) ist auf Federn gelagert und wird von 2 Vibrationsmotoren in eine Siebbewegung (mit horizontalem und vertikalem Anteil, je nach Motorneigung) versetzt. Die Vibrationsamplitude kann durch Verstellen der Unwucht variiert werden.
Die hüpfende Bewegung bei Vibrationssieben kann jedoch bei besonders bruchempfindlichen Produkten zum Problem werden und zu Kornzerstörung führen. Schwingsieb- bzw. Langhubsiebmaschinen wie der JEL Freischwinger sieben Schüttgut besonders schonend. Ihre horizontale Siebbewegung bewirkt, dass das Produkt sanft über das Siebgewebe wandert, ohne auf und ab zu springen. Auch dieses Siebverfahren überzeugt durch hohe Trennschärfe. Bei entsprechender Siebfläche lassen sich, wie bei den Vibrationssieben, hohe Durchsatzleistungen erzielen – sie brauchen allerdings etwas mehr Platz.
» Abb. 3: Besonders schonende Siebung: Der Schwungantrieb des JEL Freischwingers ist über Schubstangen mit dem Siebgehäuse verbunden. So wird das Sieb in eine horizontale, schwingende Siebbewegung versetzt.
Komplizierter wird es, wenn Sie ein feuchtes oder fetthaltiges Produkt mit Agglomeraten verarbeiten. Hier besteht grundsätzlich bei jedem Sieb die Gefahr, dass sich das Siebgewebe zusetzt und an Durchlässigkeit verliert. Sollen hier Agglomerate abgetrennt und ausgeschleust werden, funktioniert dies zuverlässig mit Zentrifugal- bzw. Wirbelstromsiebmaschinen wie der JEL Viro.
Herzstück dieser Maschine ist ein runder Siebkorb mit einem innenliegenden, sich drehenden Rotor mit Schlägerleisten. Das Produkt wird über eine Zuführschnecke in den Siebkorb geleitet und durch den Siebrotor gleichmäßig über das Siebgewebe verteilt. Agglomerate, die nicht zerkleinert werden und das Gewebe nicht passieren können, werden über die (einstellbaren) Schlägerleisten zu einem separaten Auslauf gefördert.
» Abb. 4: Wirbelstromsiebe haben einen runden Siebkorb - im Fall der JEL Viro besteht dieser aus zwei Siebhalbschalen. Das Produkt wird in den Siebkorb gefördert und durch den innenliegenden Rotor mit Hilfe der Schlägerleisten von innen an das Siebgewebe geschleudert.
Ein typisches Fallbeispiel: Kakaopulver sieben mit der JEL Viro
Die abgeschiedenen Agglomerate können idealerweise der Produktion wieder zugeführt und neu aufgearbeitet werden. Lässt dies der Produktionsprozess nicht zu, werden sie entsorgt.
Wie können Sie Klumpen in Ihrem Produkt auflösen?
Hier kommt es auf verschiedene Dinge an: Wie hart sind die Klumpen? Welche Größe haben sie? In welchen Zerkleinerungsgrad müssen die Klumpen überführt werden?
Haften die Partikel der Agglomerate nur locker zusammen, wird in der Regel nur wenig Energie benötigt, um sie voneinander zu lösen. Auch in diesen Fällen sind Wirbelstromsiebe eine gute Wahl. Die Zentrifugalkraft, mit der die Produktpartikel von innen an das Siebgewebe „geschleudert“ werden, reicht oft aus, um weiche Agglomerate aufzulösen. Zusätzliche Komponenten wie z.B. Ultraschall-Abreinigungssysteme, versetzen des Siebgewebe zusätzlich in Vibration, um zu verhindern, dass sich beim Auflösen der Klumpen das Siebgewebe zusetzt. So kann zumindest ein Großteil der Agglomerate aufgelöst und der Anteil der Gutware im Siebprozess signifikant gesteigert werden.
» Abb. 5: Bei fetthaltigen Produkten setzt sich das Siebgewebe immer mehr zu und verliert seine Durchlässigkeit. Daher sollte das Sieb in diesen Fällen eine Siebgewebe-Abreinigung haben. Gängig sind hierbei Vibrations- bzw. Ultraschallabreinigungssysteme.
Speziell bei der Auflösung von weicheren bzw. pastösen Klumpen werden auch mit einfachen Passiersieben wie dem JEL PS sehr gute Ergebnisse erzielt. Bei diesen Sieben wird das klumpige Produkt von einem Rotor mit Passierleisten erfasst und durch das Siebgewebe gestreift. Das Produkt fällt unterhalb des Siebs im gewünschten Zerkleinerungsgrad heraus und kann zur nachgelagerten Verarbeitungsstufe gefördert werden.
» Abb. 6: Das Passiersieb JEL PS von innen: Die Agglomerate werden mit den rotierenden Passierleisten durch das Siebgewebe gedrückt. Das funktioniert aber nur bei weicheren Agglomeraten bzw. pastösen Produkten.
Ein typisches Fallbeispiel: Passieren von Agglomeraten in der Kunststoffproduktion
Siebmaschinen sind also in der Lage, weiche Agglomerate aufzulösen. Sie stoßen jedoch schnell an ihre Grenzen, wenn die Klumpen härter und vor allem größer sind. In solchen Fällen kommen Zerkleinerungsmaschinen wie Zacken- bzw. Klumpenbrecher zum Einsatz: Sie bringen genug Energie auf, um härtere Agglomerate aufzubrechen und so zu zerkleinern, dass sie wieder in der Produktion weiterverarbeitet werden können.
Zackenbrecher wie der JEL UZ-2 bestehen im Wesentlichen aus zwei parallel gelagerten Wellen, besetzt mit Brechersternen. Die Wellen bewegen sich in gegenläufiger Richtung und ziehen dabei klumpiges Material ein. Prall- und Reibungskräfte sowie die kontinuierliche Drehbewegung sorgen dafür, dass auch widerspenstige Brocken zuverlässig zerkleinert werden. Anschließend fällt das Produkt nach unten durch einen Brecher- bzw. Siebrost, wo es aufgefangen, abtransportiert und weiterverarbeitet werden kann. Zur passgenauen Abstimmung auf das jeweilige Produkt bzw. den benötigten Zerkleinerungsgrad sind unterschiedlich geformte Brecherroste/-gitter und Brechersterne verfügbar. Für noch mehr Variabilität sorgen Distanzhülsen, die zwischen den Brechersternen aufgesteckt werden. Es gilt: Je weniger Distanzhülsen zwischen den Brechersternen verbaut sind bzw. je höher die Anzahl installierter Brechersterne ist, umso höher ist die Krafteinwirkung und der erzielbare Zerkleinerungsgrad.
» Abb. 7: Mobiler Zackenbrecher für High Performer mit 2 starken Brecherwellen und einer Vielzahl an Brechersternen. Die produktberührenden Flächen sind bei dieser Maschine spiegelpoliert, da der Brecher im Pharmabereich zum Einsatz kommt.
Viele Zackenbrecher können auf einem fahrbaren Gestell aufgebaut werden, so dass sie flexibel an verschiedenen Stellen der Produktion eingesetzt werden können. Oft werden Zerkleinerungsmaschinen aber auch fest in Anlagen integriert – z.B. als Schleusenbrecher unterhalb einer Big Bag-Entleerstation.
Schleusenbrecher werden beispielsweise als Vorbrecher für eine anschließende Feinvermahlung eingesetzt, oder als Kontrollbrecher in Rohrleitungen. Wir haben ihn aber auch schon als Nachschaltorgan bei Trocknern, Zentrifugen und Rührwerken verbaut. Oder zusammen mit Sackschütten und anderen Entleerorganen. Besonders Chemie- und Pharmakunden benötigen aufgrund der gegebenen Produktvielfalt derartige Geräte. Der Schleusenbrecher von Engelsmann hat eine innenliegende Brecherwelle mit sichelförmigen, ineinander greifenden Brechermessern, deren Anzahl sich nach der jeweiligen Aufgabenstellung richtet. Sie nehmen das Material auf und zerkleinern die Agglomerate durch ihre Drehbewegung.
» Abb. 8: Ein Schleusenbrecher von Engelsmann – hier als ausziehbare Pharma-Version.
Sie sehen selbst – der Umgang mit Klumpen im Produkt ist von vielen Aspekten abhängig. Insbesondere jedoch von der prozesstechnischen Zielsetzung der Betreiber und den spezifischen Produkteigenschaften. Sollen Agglomerate „nur“ aus dem Prozess ausgeschleust werden, bieten Siebmaschinen aufgrund ihrer Trennschärfe, Durchsatzleistung und Wirtschaftlichkeit klare Vorteile. Sollen die Agglomerate dagegen aufgelöst werden, damit möglichst viel Produkt in die Verarbeitung kommt, sind Siebe nur begrenzt geeignet – nämlich nur dann, wenn die Klumpen nicht zu hart sind und für deren Auflösung nicht viel Kraft benötigt wird. Ist dies nicht der Fall, sollten Sie mit robusteren Zerkleinerungstechnologien wie Zacken- oder Schleusenbrecher planen.
Mit welchen Komponenten und Komponentenkombinationen Sie das beste Produktionsergebnis für Ihre Ziele umsetzen, klärt sich am besten im Rahmen von Technikumsversuchen. Erst wenn es zuverlässig „im Kleinen“ funktioniert, erhält man auch die nötige Verfahrenssicherheit für das „große Ganze“ in Ihrer Anlage.
