Mehrskalige Untersuchungen zu den Transport-, Misch- und Energieeintragsmechanismen bei der kontinuierlichen, zweistufigen Planetwalzenschmelzgranulation

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jens Bartsch
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555533312

Die Schmelzgranulation ist im Hinblick auf die Nachhaltigkeit naturgemäß eine vielversprechende Alternative zur Standard-Nassgranulierung. Insbesondere ist eine energieintensive Nachtrocknung des Produkts nicht erforderlich und die Ressource Wasser wird nicht verbraucht, während ein kontinuierlicher Betrieb zudem Schwankungen in der Produktqualität minimiert. Trotz der verschiedenen Vorteile gilt die kontinuierliche Schmelzgranulierung immer noch als untergeordnete Granulationsmethode. Dies ist auf das mangelnde Verständnis der Prozessmechanismen zurückzuführen und einer daraus resultierenden eingeschränkten Prozesskontrolle bei der typischen Ausführung mit Doppelschneckensystemen, die zudem mit einem dominanten mechanischen Energieeintrag zu kämpfen haben. Im Gegensatz dazu begünstigt ein Planetwalzengranulator entscheidende Aspekte der Schmelzgranulation, da das Verhältnis von erhitzter Oberfläche zu verarbeitetem Volumen verbessert wird und die Partikel-Partikel-Wechselwirkung durch die vielfältigen Übergangsereignisse des Materials gefördert wird. Um jedoch die Planetwalzenschmelzgranulation als kontinuierliche Methode zur Pulververarbeitung zu etablieren, sind ein weiter entwickeltes Design und eine verbesserte Kontrolle erforderlich, die eine Prozessoptimierung mit Fokus auf Qualitätssicherung und Nachhaltigkeit ermöglichen. Ziel dieses Projekts ist es daher, die Zusammenhänge von Produkteigenschaften mit Prozesseinstellungen bei der Planetwalzenschmelzgranulation auf grundlegender Ebene aufzudecken. Die zentrale Aufgabe besteht darin die Mechanismen des Transports, des Mischens und des Energieeintrags aufzuklären und die daraus resultierende Materialveränderung und den entsprechenden Energieverbrauch innerhalb von Segmenten der Verarbeitungszone (lokale Skala) unabhängig zu quantifizieren. Die ersten Arbeiten widmen sich der Prozessgestaltung, die das Aufschmelzen des Bindemittels und die Granulierung einer Modellsubstanz räumlich entkoppelt. Dadurch kann die Materialveränderung hinsichtlich Partikelgröße und Temperatur und der damit verbundene Energieverbrauch unabhängig untersucht werden. Dabei wird die radiale und axiale Materialverteilung in der Verarbeitungszone charakterisiert, da in Voruntersuchungen gezeigt wurde, dass Transport, Vermischung und Energieeintrag während der Verarbeitung mit der im Granulator akkumulierten Masse in Zusammenhang stehen. Schließlich wird die Verarbeitungszone in Bereiche geteilt, da das ausgetragene Granulat ein Produkt der Mechanismen und damit verbundenen Teilprozesse der Granulation entlang des Granulationsabschnitts ist. Die Vereinheitlichung dieser wird zu einem Modell und einer Prozesskarte für den gesamten Verarbeitungsbereich (globale Skala) mit Fokus auf Qualitätssicherung und minimalem Energieverbrauch führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen