1. Definition

Was ist die Zykluszeit eines Mischers?

Die Zykluszeit des Mischers darf nicht mit der Mischzeitverwechselt werden. Obwohl die Mischzeit in der Zykluszeit enthalten ist, umfasst die Zykluszeit tatsächlich alle Verfahrensschritte, die abgeschlossen werden müssen, um Materialien zu beschicken, in den Mischer zu geben, zu mischen und zu entleeren. Es ist die Zeit, die benötigt wird, um die Charge abzuschließen; dies gilt nicht für kontinuierliche Prozesse.

2. Komponenten der Charge-Zykluszeit

Wie berechnet man die Zykluszeit eines Batch-Prozesses?

Die Zykluszeit eines Trockenmischers setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen, ausgehend von einem leeren, beschickungsbereiten Zustand:

• Beschickung der Komponenten / Dosierung

• Mischen

• Entleerung

Diese verschiedenen Schritte werden typischerweise addiert, um die Zykluszeit zu berechnen. Allerdings sollte man auf Schritte achten, die in verdeckter Zeit ablaufen (z. B. wenn die Dosierung in einem Trichter über dem Mischer erfolgt, kann dies zumindest teilweise in verdeckter Zeit geschehen).

Abbildung 1: Beispiel für die Aufschlüsselung der Zykluszeit eines Pulvermischers

Zu diesen Schritten kann es manchmal notwendig sein, zusätzliche Zeit für die SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) zu berücksichtigen, um den Schrittwechsel zu verarbeiten – zwischen 1 und 5 Sekunden, abhängig von der SPS und Programmierung.

Ein wichtiger Punkt ist, dass die Mischzeit, wenn sie sehr kurz ist – wie bei Doppelwellen-Paddelmischern im fluidisierten Zustand oder bei Zentrifugalmischern – möglicherweise kein Engpass ist und somit nur ein Teil der Zykluszeit darstellt. Beispiel: Wenn das Mischen 1 Minute und die Entleerung 1 Minute dauern, die Dosierung der Komponenten in einem Trichter über dem Mischer jedoch 5 Minuten benötigt, bestimmt die Dosierung tatsächlich die Zykluszeit der Produktionslinie.

Der Rest der Seite hilft Ihnen bei der Beantwortung der Frage: Wie lässt sich die Charge-Zykluszeit reduzieren?

3. Beschickung der Komponenten / Dosierung

Wie lassen sich Materialien schneller beschicken und dosieren?

3.1 Manuelle Beschickung

Falls die Komponenten manuell beschickt werden, entspricht die Dauer dieses Schritts einfach der Zeit, die der Bediener benötigt, um die Komponenten einzufüllen. Die Einfüllgeschwindigkeit des Bedieners muss während der Planung anhand von Erfahrungswerten abgeschätzt oder für bestehende Anlagen gemessen werden.

Wenn nur ein Bediener für diese Aufgabe verfügbar ist, muss möglicherweise auch die Zeit für die Vorbereitung der Säcke zum Einfüllen und ggf. für das Vorwiegen berücksichtigt werden. Dauert dies zu lange, kann sich dies auf die Charge-Zykluszeit auswirken, wenn der Mischer bereit zum Beschicken ist, bevor der Bediener die Vorbereitung abgeschlossen hat.

Der Planer sollte nicht davon ausgehen, dass der Bediener 100 % der Zeit produktiv ist, sondern sollte Ablenkungen, Pausen usw. einplanen, die die tatsächliche Zeit reduzieren, in der der Bediener seine Aufgaben erfüllen kann.

3.2 Automatische Dosierung

Wenn ein automatisierter Dosierprozess verwendet wird, ist es notwendig, für ein bestehendes System zu verstehen oder für ein neues System zu definieren, wie die Dosiersequenz abläuft, da dies direkte Auswirkungen auf die Dauer der Dosierung der Komponenten hat. Je nach System können die Komponenten entweder gleichzeitig dosiert werden – wobei die Dosierdauer der längsten Einzelkomponente entspricht – oder sequenziell, in welchem Fall die Gesamtdauer der Summe der einzelnen Dosierschritte entspricht.

In einigen komplexen Systemen kann eine Kombination der beiden oben beschriebenen Dosierstrategien vorliegen.

Um die Dosierung zu beschleunigen, muss die Größe der Dosiergeräte (Förderschnecke, Schwingförderrohr, Zellenradschleuseusw.) erhöht werden und/oder die Dosiersequenz sollte länger mit hoher/Grob-Geschwindigkeit erfolgen, während die Feindosierung reduziert wird – dies kann jedoch die Genauigkeit beeinträchtigen.

4. Mischen

Wie lässt sich schneller mischen?

Der Mischschritt ist der Kern des Prozesses, der Mehrwert des Prozesses. Er kann erst durchgeführt werden, wenn alle Komponenten in den Mischer eingefüllt wurden, obwohl manchmal ein Vormischschritt verwendet wird.

Es ist möglich, die Zykluszeit eines Mischers zu verbessern, indem die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten, die Chargengröße, die Mischgeschwindigkeit und der Mischendpunkt hinterfragt werden, indem eine Homogenitätsanalyse durchgeführt wird (häufig wird länger gemischt, als das Produkt tatsächlich erfordert).

5. Entleerung

Wie lässt sich schneller entleeren?

Die Entleerung des Mischers ist der letzte Schritt des Zyklus. Sobald dieser abgeschlossen ist, steht der Mischer für eine neue Beschickung bereit, und ein neuer Zyklus kann beginnen. Die Entleerungszeit hängt von der Fließfähigkeit des Produkts, der Größe der Entleerungsventile oder -klappen, der Mischergeschwindigkeit während der Entleerung und der akzeptablen Restmenge an Pulver im Mischer ab.

6. Verbesserung der Zykluszeit

Wie lässt sich die Kapazität des Mischprozesses steigern?

Die Zykluszeit lässt sich durch folgende Maßnahmen verbessern:

Maßnahmen zur Verringerung der Zykluszeit	Mögliche Prozesshebel
Verkürzung der für die einzelnen Schritte benötigten Zeit	Dosieren schneller durchführen : Erhöhung der Dosiergeschwindigkeit oder des Anteils der Grob-Dosierung. Geringere Dosiergenauigkeit akzeptieren. Mischzeit reduzieren : Erhöhung der Mischerdrehzahl, Optimierung der Mischzeit durch Homogenitätsvalidierung Entleerungszeit verkürzen : Akzeptieren Sie einige kg Restmaterial im Mischer vor dem Start einer neuen Charge
Änderung der Zyklusabfolge, insbesondere der Dosierung der Inhaltsstoffe, sodass einige Schritte während der versteckten Zeit erfolgen	Verwendung eines Gewichtsgewinnsystems mit Bunkern über dem Mischer, um die Inhaltsstoffe dosieren zu können, während der Mischer noch in Betrieb ist. Sobald der Mischer entleert ist, sind die Inhaltsstoffe bereit, durch Schwerkraft in den Mischer geladen zu werden, wodurch fast die gesamte Dosierzeit eingespart wird. Hinweis: Diese Strategie ist möglicherweise nur in bestimmten Fällen anwendbar: Möglichkeit der Installation des Gewichtsgewinnsystems, erreichbare Genauigkeit im Einklang mit den Produktanforderungen.

7. Wie die Kapazität eines Mischers verbessert werden kann

Die Mischerkapazität kann durch Verkürzung der Zykluszeit, durch Erhöhung der Chargengröße, oder durch eine Kombination beider Maßnahmen gesteigert werden. Eine Studie sollte durchgeführt werden, um die beste Vorgehensweise zu bestimmen, was möglicherweise eine neue Mischvalidierung erfordert, falls wichtige Mischparameter geändert werden (starke Änderungen der Chargengröße, Änderung der Mischgeschwindigkeit, Änderungen der Beladungssequenz usw.). Möglicherweise möchten Sie einen Berater für Pulverhandhabung/ Mischtechnik hinzuziehen, um diese Analyse für Sie durchzuführen.

Hinweis: Die oben genannten Konzepte lassen sich auch weitestgehend auf Nassmischer anwenden!

Häufige Probleme bei der Batch-Pulverdosierung und deren Lösungen, Thomas Lamotte, Processing magazine, März 2018