Formstoffmischer

Allgemein
Für bentonitgebundene Formstoffe werden derzeit in der Gießereiindustrie verschiedene Typen von Formstoffmischer eingesetzt, die bei ausreichend bemessener Mischzeit die technologischen Anforderungen erfüllen können. Die Vielzahl der bekanntgewordenen Bauarten lässt sich vereinfacht in die Grundtypen (Bild 1) einteilen:

Vertikaler Walzenmischer (Kollermischer),


Horizontaler Walzenmischer (Seitenwandschnellmischer, Speedmullor),


Wirbelmischer.

Schnelllaufende Mischer haben sich in der Gießereipraxis durchgesetzt. Ursache dafür sind die hohe Raumleistung und die benötigten kurzen Mischzeiten für derartige Mischer. Im Bereich kurzer Mischzeiten (1 bis 3 Minuten), die heute angestrebt werden, erreichen die schnelllaufenden Mischer eine hohe Formstoffqualität.


Vertikaler Walzenmischer (Kollermischer)



Klassischer Mischer für tongebundene Formstoffe ist der Kollermischer (Bild  2). Die Homogenisierung des Formstoffs erfolgt in diesem Mischer durch Scharren und Schaufeln, die Dispergierung und Umhüllung geschieht durch intensives Kneten zwischen dem rotierenden Koller und dem Mischerboden. Der Abstand zwischen Kollerrad und Behälterboden ist veränderbar, dadurch kann die Intensität (Aufbereitungshärte) beeinflusst werden. Weitere Kenngrößen hinsichtlich der Aufbereitungsintensität sind die Breite der Kollerwalzen und die Drehzahl, dies drückt der sogenannte Schlupf aus.

S = ± B · π · n/60



S - Schlupf

B - Breite der Kollerräder

n - Drehzahl des Mischwerkzeuges

Kollermischer besitzen eine relativ geringe Raumleistung. Eine Weiterentwicklung ist der sogenannte Doppel-Teller-Mischer („Multi-Mull“). Durch Verknüpfung von zwei Mischern wird dabei ein kontinuierlicher Formstoffdurchlauf erreicht. Damit entfallen die Totzeiten zum Füllen und Entleeren, die Durchsatzleistung wird erhöht.

Horizontaler Walzenmischer (Seitenwandschnellmischer, Speedmullor)



Eine weitere Entwicklung mit höherer Raumleistung sind die sogenannten Seitenwandschnellmischer (Typ Speedmullor). Diese Mischer sind mit horizontal angeordneten, schmalen Mischläufern (Koller) ausgerüstet. Im Mischer laufen zwei verschiedene Vorgänge ab. Die Wurfschaufeln am Boden halten die gesamte Formstoffmenge in Bewegung und schaufeln den Sand um, was zu seiner Durchmischung führt. Der Formstoff wird außerdem durch die Wurfschaufeln so umgelenkt, dass er in den Spalt zwischen Mischerwand und Mischerläufer gelangt (Bild 3). In diesem Spalt erfolgt das Kneten, das zur Dispergierung und Umhüllung führt. Zur Vermeidung von Sandkornabrieb sind die Tellerwalzen und die Mischerwand mit Gummibandagen ausgestattet. Die hohen Werkzeuggeschwindigkeiten ermöglichen einen hohen Energieeintrag in das Mischgut und führen zu kürzeren Mischzeiten und damit zu hohen Durchsatzleistungen.

Wirbelmischer



Zunehmend werden heute schnelllaufende Mischer eingesetzt. Anstelle der Koller sind hochtourig laufende Wirbler im Mischgefäß vorhanden. Daher werden diese Mischer auch als Intensiv-Wirbelmischer bezeichnet. Zwei Bauformen sind bekannt:

Wirbelmischer mit feststehendem Teller und rotierenden Wirblern. Die Wirbler sind austauschbar, dies ermöglicht einen optimalen Einsatz im Hinblick auf die Konsistenz des Mischgutes.


Wirbelmischer mit rotierendem Teller und gegenläufig drehenden Wirbelwerkzeugen (Bild 4).

Die Charakteristik des Mischers wird vom Zusammenspiel von drei Verfahrensschritten bestimmt:

1.Der drehende Mischbehälter transportiert das Mischgut in den Arbeitsraum der Mischwerkzeuge. Mit einer Neigung des Mischbehälters wird eine zusätzliche vertikale Mischgutströmung erzeugt.

2.Ein oder mehrere exzentrisch angeordnete, schnell rotierende Mischwerkzeuge (Wirbler) erzeugen Mischgutströme mit hoher Geschwindigkeitsdifferenz im Gegen- oder Querstrom zum Mischbehälter.

3.Statisch angeordnete Wand- und Bodenabstreifer verhindern das Anbacken des Formstoffs an Behälterwand und -boden und leiten den Formstoffstrom im Mischer.

Dieser Mischertyp wird heute vorrangig eingesetzt. Ursachen dafür sind die hohe Raumleistung und die benötigten kurzen Mischzeiten für derartige Mischer. Im Bereich kurzer Mischzeiten (1–3 Minuten), die heute angestrebt werden, erreichen die schnelllaufenden Wirbelmischer bessere Formstoffeigenschaften. Wirbelmischer sind in der Lage, hohe Energiemengen auf den Formstoff zu übertragen. Die Aufbereitungsintensität hängt von der Mischwerkzeuganordnung ab. Aus den Kennlinien der Mischsysteme kann eine optimale Auswahl getroffen werden. Die Leistungsaufnahme im Leerlauf entsteht durch die Reibungsverluste im Antrieb, sie kommt bei der Aufbereitung nicht zur Wirkung. Nach dem Füllen des Mischers wird die Leistung auf den Formstoff übertragen. Solange das Wasser noch nicht vollständig zudosiert wurde, erfolgt nur die Homogenisierung. Mit der vollständigen Wasserzugabe wird die zugeführte Energie in Nutzenergie umgewandelt. Die Festigkeits- und Plastizitätsentwicklung gelten als Kriterium für die Aufbereitungsintensität. Die Intensität nimmt mit der Mischzeit zu, bis eine maximale Plastizität erreicht wird. Eine Verringerung der Mischzeit, wie sie oft zur Erhöhung der Durchsatzleistung realisiert wird, bedeutet eine starke Verringerung des Aufbereitungseffektes, weil gerade zum Ende des Mischzyklusses der Energiezufluss am höchsten und zugleich am wirkungsvollsten ist. Erreichter Aufbereitungsgrad und eingebrachte Nutzenergie stehen in einem engen Zusammenhang (Bild  5). Eine Weiterentwicklung des Eirich-Wirbelmischers ist der Vakuum-Kühlmischer (EVACTHERM®-Verfahren), der die Prozessschritte Mischen und Kühlen kombiniert.

Formstoffmischer für chemisch gebundene Formstoffe:



Schaufel- oder Flügelmischer



Für die Aufbereitung von wasserglas- oder ölgebundenen Formstoffen, desgleichen auch für eine Vielzahl organisch gebundener Formstoffe. Rotierende, schaufelartige Mischwerkzeuge in einer waagerechten (Bild 6) oder senkrechten Ausführung sorgen für eine intensive räumliche Mischung des Formstoffs. Nach Ablauf der Mischzeit wird die gesamte Formstoffmenge aus dem Mischer ausgetragen.

Diese Mischertypen werden vorzugsweise zur Aufbereitung von Kernformstoffen eingesetzt.

Sprühmischer



Zur Aufbereitung kalthärtender Formstoffmischungen werden neben Schaufelmischern und kontinuierlichen Misch-Füllmaschinen auch sogenannte Sprühmischer verwendet. Das Gerät kann direkt an Kernformmaschinen angebaut werden. Zur Mischeinrichtung gehören ein Schaltschrank und ein Pumpenschrank. Der flüssige Binder und der flüssige Härter werden getrennt zum Mischer gepumpt und zirkulieren in Wartestellung, bis bei Formstoffbedarf der Mischer eingeschaltet wird. Ist der Mischer in Tätigkeit gesetzt, rotiert eine Zerstäuberschale, und der einströmende Sand bildet einen ringförmigen Sandschleier, in den nun auch die flüssigen Zusätze gleichzeitig, aber getrennt, eingeführt und versprüht werden. Der um den Zerstäuber strömende kreisförmige Sandvorhang und die Sprühung erzeugen eine homogene Sandmischung. Ein zusätzlich eingebautes Trommelschleuderrad intensiviert die Vermischung. Wird kein Formstoff mehr benötigt, schaltet sich der Mischer sofort ab, ohne dass Rückstände im Mischer zurückbleiben.

Chargen-Schwingmischer



Das Mischgut wird durch Schwingungen, die von außen durch einen Unwuchtmotor erzeugt werden, im Mischerbehälter bewegt. Dabei führen Leitschaufeln im Mischergefäß das Mischgut zu einer aufsteigenden Rotation, die am oberen Rand der Leitschaufeln überquillt und in der Behältermitte wieder nach unten fällt (Bild 7). Es bildet sich ein geschlossenes Umwälzsystem aus. Feste und flüssige Binder und Zusatzstoffe können verarbeitet werden. Nach kurzen Mischzeiten kann der Formstoff in der Bodenmitte aus dem Behälter entleert werden.

Durchlaufmischer



Durchlaufmischer zur kontinuierlichen Aufbereitung von anorganisch oder auch organisch gebundenen Formstoffen für die Herstellung von Kernen und Formen.

Eine Mischschnecke mit einstellbaren Mischflügelgrundkörpern transportiert und mischt den Formstoff. Frequenzgeregelte Pumpen dosieren exakt die Bindermengen in das Mischwerk ein. Dabei wird der Durchfluss an den Dosierventilen überwacht. Die zu mischenden Formstoffmengen und die Formstoffrezepturen sind einstellbar.

Die Zuführung der Feststoffkomponenten (Neusand, Regenerat oder andere) zum Mischwerk kann über eine Zuführungsschnecke oder ein Zuführband erfolgen.
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(<IMAGESOURCE ac_groupseparator="/" ac_cstyle="StandardLexikon/bildquelle" ac_pstyle="StandardLexikon/Bildunterschrift" cols="1">Klein Anlagenbau AG</IMAGESOURCE><IMAGESOURCE ac_groupseparator="/" ac_cstyle="StandardLexikon/bildquelle">)</IMAGESOURCE><PAR ac_groupseparator="/" ac_cstyle="StandardLexikon/bildunterschrift" ac_pstyle="StandardLexikon/Bildunterschrift"></PAR>a)  Funktionsschema der Arbeitsschritte Dosieren, Mischen und Entleeren<IMAGESOURCE ac_groupseparator="/" ac_cstyle="StandardLexikon/bildquelle"></IMAGESOURCE>b) Schwingmischer mit Unwuchtmoter

© raxishandbuch bentonitgebundener Formstoff, Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co. KG)
Bild 2: Vertikaler Kollermischer, Innenansicht (Walzenmischer)© Simpson Technologies
Bild 3: Horizontaler Walzenmischer (Speedmullor)© Praxishandbuch bentonitgebundener Formstoff
Bild 4: Wirbelmischer, Aufbau und und Funktionsprinzip© Praxishandbuch bentonitgebundener Formstoff, Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co. KG)
Bild 5: Zusammenhang zwischen der Energie-aufnahme und dem erreichbaren Aufbereitungsgrad© GIESSEREI LEXIKON
Bild 6: Schaufelmischer, Innenansicht mit Mischwerkzeugen© Klein Anlagenbau AG