Spiralstrahlmühle

Die Spiralstrahlmühle ist, in der Verfahrenstechnik am häufigsten zur Mikronisierung von Pulvern eingesetzte Form der Strahlmühle[1]. Baugrößen von der kleinsten Laboreinheit für Produktproben und besonders wertvolle Ausgangsprodukte von nur wenigen Gramm bis hin zu Produktionsmaschine mit mehreren Tonnen Durchsatz pro Stunde werden in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt.[2]

Schnittbild Dichtbettstrahlmühle

Der Mahlvorgang erfolgt bei Spiralstrahlmühlen durch die gezielte Kollision der Partikel, die in der Mahlkammer unter kontrollierten Druck- und Temperaturverhältnissen aufeinander treffen.[2]

Geschichte

Strahlmühlen mit flachen, runden Mahlkammern waren bereits in den 1950er-Jahren bekannt.[3][4]

Funktionsweise und Betrieb einer konventionelle Spiralstrahlmühle

Die Bezeichnung dieser Strahlmühlenart leitet sich aus dem prinzipiellen Aufbau der Maschine ab. Am Umfang einer runden, relativ flachen Mahlkammer sind mehrere Düsen tangential angeordnet. Die Strömung des hierüber eintretenden Mahlgases bildet sich spiralförmig aus. Über einen Injektor wird das Produkt der Mahlkammer zugeführt. Das Mahlgut wird von den aus den speziell ausgebildeten Mahldüsen austretenden Gasstrahlen erfasst, beschleunigt und durch gegenseitige Teilchenstöße zerkleinert. Über ein im Zentrum der Mahlkammer positioniertes Tauchrohr wird das mikronisierte Pulver einer statischen Sichtung unterzogen. Feines Produkt wird aus der Maschine ausgetragen, zu grobe Partikel werden einer erneuten Mahlbeanspruchung unterzogen. Die Einstellung der gewünschten Mahlfeinheit erfolgt über die Strahlbeladung also den Produktdurchsatz. Je höher die Beladung, desto gröber das Mahlergebnis.

Für eine möglichst perfekte Mikronisierung und ein Ergebnis, in dem das Produkt die gewünschte Partikelgröße erreicht, ohne dass ein unverhältnismäßig hoher Energieeinsatz notwendig ist, ist eine Überwachung des Mahlprozesses mittels eines Pitotrohrs ermpfehlenswert. Da starke Druckschwankungen zu einem instabilen Strömungsvorgang führen, ermöglicht die Messung des Gesamtdrucks, wenn nötig Korrekturender Einstellungen, um so die Mahlbedingungen konstant zu halten.[1]

Eine weiterentwickelte und optimierte Version einer Spiralstrahlmühle wurde mithilfe eines dynamischen Windsichters geschaffen: In einer Dichtbettstrahlmühle sind die Funktionen „Mahlen“ und „Sichten“ durch ein zusätzlich eingebautes Sichterrad voneinander getrennt.

Funktionsweise einer Dichtbettstrahlmühle

Auch hier wird das Mahlgas ringförmig über die Düsen in den Mahlraum geführt und entspannt, wobei sich Strahlen hoher Geschwindigkeit ausbilden. Das eingebrachte Mahlgut wird von den Gasstrahlen erfasst, beschleunigt und durch Teilchen-Teilchen-Stöße zerkleinert. Vom entspannten Mahlgas werden die beanspruchten Partikel zum Sichtrad transportiert, welches über einen frequenzgeregelten Motor angetrieben wird. Die gewünschte Zielfeinheit wird über die Drehzahl des Sichtrades voreingestellt. Die feinen Produktpartikel werden über das Sichtrad aus der Maschine ausgetragen; zu grobe Partikel werden vom Sichtrad abgewiesen und gelangen so wieder in die produktbeladenen Gasstrahlen zur erneuten Beanspruchung. Dabei unterstützt die im Mahlraum sich ausbildende kreisförmige Gutbewegung die Beladung der Strahlen mit Partikeln.

Einsatzgebiet

Aufgrund der kompakten Bauweise und der nahezu rückstandslosen Produktvermahlung ist eine Spiralstrahlmühle häufig bei der Verarbeitung von pharmazeutischen Wirk- und Füllstoffen, Schädlingsbekämpfungsmitteln und Trockenschmierstoffen eingesetzt.[5] Ebenso wird sie bei der Herstellung von Kosmetik verwandt und der Produktion von Pigmentpräparaten.

Einzelnachweise
  1. Annika Hagendorf: Untersuchungen zum Strömungsverhalten in einer Spiralstrahlmühle mittels Druckmessungen. Dissertation zur Erlangung des naturwissenschaftlichen Doktorgrades (2006) Julius-Maximilians-Universität Würzburg, abgerufen am 29. April 2023
  2. R. MacDonald, D. Rowe, E. Martin & L. Gorringe (2016): The spiral jet mill cut size equation. Powder Technology. Vol. 299, October 2016, Pages 26–40 doi:10.1016/j.powtec.2016.05.016
  3. Patent DE965104C: Strahlmühle mit flacher runder Mahlkammer. Angemeldet am 3. März 1955, veröffentlicht am 29. Mai 1957, Anmelder: Alpine-Aktiengesellschaft Maschinenfabrik und Eisengießerei, Erfinder: Hans Rumpf, Fritz Kaiser.
  4. Gebrauchsmuster DE1789841U: Strahlmühle. Angemeldet am 23. Februar 1959, veröffentlicht am 4. Juni 1959, Anmelder: Schering Aktiengesellschaft.
  5. Gebrauchsmuster DE7617063U1: Spiralstrahlmühle. Angemeldet am 28. Mai 1976, veröffentlicht am 3. September 1981, Anmelder: Friedrich Wilhelm Nette.
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