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Trockengranulation und Walzenpressen Technologie

Pulververdichtung in Walzenpressen

Um die komplexen und physikalischen Geschehnisse in der Verdichtungseinheit eines Walzenpressen zu erläutern, hilft es, die Pulversäule über dem Spalt nicht als Ganzes zu betrachten, sondern sie sich bestehend aus unendlich vielen einzelnen Pulverschichten vor zustellen. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird der Bereich über dem Spalt, der mit Pulver befüllt ist, zuerst einmal in zwei Bereiche unterteilt.

Der erste Bereich ist ein Bereich in dem die Walzen unter dem Pulver hindurch gleiten. Dieser wird dementsprechend Gleitzone genannt. Hier erfährt das Pulver eine geringe Vorverdichtung auf Grund des enger werdenden Raumes. Die Umlagerungen im Pulverbett führen zu einer dichteren Packung, jedoch ohne Pulverpartikel dabei zu agglomerieren. An diesem Punkt liegen die Pulverpartikel immer noch separat vor. Der Einzug in den Spalt beginnt in dem Moment, indem die Reibungskraft die durch die Walzenbewegung auf die Partikel übertragen wird, größer ist, als die Normalkraft. Dieser Bereich der sich unmittelbar an die Gleitzone anschließt, wird durch den Einzugswinkel gekennzeichnet.

Die Walzendrehzahl von der Walzenpresse, so als auch der Walzendurchmesser hat keinen nennenswerten Einfluss auf den Einzugswinkel. Hauptsächlich durch die Pulvereigenschaften wird das Einzugsverhalten beeinflusst.

Ab diesem Zeitpunkt werden die Pulverschichten so weit verdichtet, dass sie eine Kraft auf die Walze ausüben, da sie in ein kleineres Volumen gezwungen werden.  Je weiter das Pulver verdichtet wird, desto größer ist der Kraftanstieg. Die maximale Presskraft wird kurz vor dem engsten Walzspalt erreicht und fällt danach schnell wieder ab.  Addiert man alle Kräfte die von den einzelnen Pulverschichten auf die Rollenoberfläche ausgeübt werden, erhält man die aufzuwendende Gesamtkraft im Spalt, sprich die Kraft die von der Maschine zur Kompaktierung aufgewendet werden muss.

In Abbildung 1.3 sind die Vorgänge im Spalt während dem walzenverdichten schematisch zusammenfasst. Der Raum zwischen den Walzen lässt sich in drei Zonen einteilen.

In der Gleitzone (oder auch Einzugsbereich) (1) findet eine geringe Vorverdichtung der Partikel statt. Es handelt sich hierbei hauptsächlich um Verschiebungen und Umlagerungen der einzelnen Partikel in der Mischung. Die rotierenden Walzen gleiten unter dem Material weg – das Material bewegt sich langsamer als die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen. In dieser Zone findet eine Fließbewegung statt.

Die zweite Zone ist die Verdichtungszone (2). In dieser Zone bewegen sich die Materialpartikel mit der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen. Die Hauptverdichtung findet abhängig vom verwendeten Material durch plastische Verformung oder durch Bruch der Partikel statt. Der Übergang der Gleitzone zu der Verdichtungszone wird durch den Einzugswinkel  beschrieben.

Die dritte Zone ist der Austrag des kompaktierten Materials.