Unabhängige Drehzahlregelung mit zwei Motoren: Scheroptimierung

Planeten-Zentrifugalmischer arbeiten ohne interne Laufräder, indem sie zwei unterschiedliche Bewegungen kombinieren: die Rotation um eine zentrale Maschinenachse und die Drehung um die eigene Achse des Behälters.
Bei herkömmlichen Planetenmischern mit einem einzigen Motor sind diese beiden Achsen über feste mechanische Getriebe mit einem starren Übersetzungsverhältnis (z. B. einem festen Verhältnis von 1:0,6) physikalisch miteinander verbunden.
Feste Übersetzungsverhältnisse sind zwar für Standardformulierungen effektiv, zwingen die Ingenieure aber zu einem starren mechanischen Kompromiss: Eine Erhöhung der Geschwindigkeit zur Beschleunigung der Konvektion führt unweigerlich zu einer Erhöhung der Grenzschichtscherung und der Reibungswärme.
SMIDA entwickelt Hochleistungs-Planeten-Zentrifugalmischer, die mit zwei unabhängigen Motoren mit variabler Frequenz ausgestattet sind und es dem Bediener ermöglichen, Umdrehungs- und Rotationsgeschwindigkeiten unabhängig voneinander von 200 bis 2000 U/min zu programmieren.

Bei der Herstellung fortschrittlicher Materialien – wie etwa scherverdickenden Dilatantpasten, Kohlenstoffnanoröhren-Suspensionen (CNT), Quantenpunktharzen und temperaturempfindlichen biologischen Hydrogelen – muss die Scherung präzise moduliert werden.
Eine zu hohe Rotationsgeschwindigkeit kann empfindliche Kohlenstoffnanoröhren beschädigen oder eine vorzeitige Gelierung auslösen, während eine zu geringe Umdrehungsgeschwindigkeit die Schichtung dichter Füllstoffe ermöglicht.
Die Entkopplung von Revolution und Rotation ermöglicht es chemischen Formulierern, die interne Fluidscherung, konvektive Strömungsmuster und thermische Energiedissipation vollständig digital zu beherrschen.
Dieser technische Artikel erläutert die Fluiddynamik der unabhängigen Drehzahlregelung und skizziert Strategien zur Rezeptoptimierung für nicht-Newtonsche Fluide.

Die Grenzen fester mechanischer Übersetzungsverhältnisse

Ein Planetenrührwerk mit einem Motor nutzt eine primäre Antriebswelle, die über interne Planetengetriebe mit der Drehung der Becherhalter verbunden ist.
Da das mechanische Getriebe permanent verriegelt ist, skalieren Umdrehungs- und Rotationsgeschwindigkeit streng proportional.
Benötigt ein Formulierer eine starke Zentrifugalbeschleunigung (hohe Drehzahl), um eine dicke Paste ohne Sieden oder Überhitzung zu entgasen, erzwingt ein feststehender Zahnradmischer eine hohe Behälterrotation, wodurch übermäßige Wandreibung und Hitze entstehen.
Umgekehrt führt eine Verlangsamung der Maschine durch den Bediener zum Schutz empfindlicher Partikel zum Zusammenbruch der Zentrifugalkraft bei der Entgasung.
Zwei unabhängige Antriebe beseitigen diesen mechanischen Flaschenhals vollständig.

Entkopplung der Massenkonvektion von der Scherung in der Grenzschicht

In der planetaren Fluiddynamik bestimmen Revolution und Rotation zwei unterschiedliche physikalische Phänomene.
Die Revolution erzeugt eine massive Zentrifugalbeschleunigung, die das Material nach außen drückt, Flüssigkeitsfilme abflacht und massive Auftriebsvektoren erzeugt, die Mikroblasen nach außen treiben.
Durch die Rotation entstehen Geschwindigkeitsgradienten in der Grenzschicht, die Rollwellenturbulenzen und Faltkonvektion im Inneren des Behälters induzieren.
Dank der unabhängigen Doppelmotorarchitektur von SMIDA können Formulierer hohe Drehzahlen (z. B. 1800 U/min) mit niedriger Drehzahl (z. B. 400 U/min) für eine schnelle Entgasung ohne Reibungserwärmung oder umgekehrt für eine intensive Dispergierung trockener Agglomerate einstellen.

Beherrschung dilatanter und scherverdickender Rheologien

Bestimmte hochfeste Pasten weisen ein dilatantes rheologisches Verhalten auf: Ihre scheinbare Viskosität steigt exponentiell an, wenn sie hohen Schergeschwindigkeiten ausgesetzt werden, und sie werden bei heftigem Mischen steinhart.
Das Einbringen dilatanter Pasten in einen Hochleistungsmischer mit fester Scherkraft führt zu einem Überdrehmoment des Motors und zum Bruch von Behältern.
Mit der unabhängigen Steuerung zweier Motoren können die Bediener sanfte Anlauframpen programmieren und die Drehzahlverhältnisse optimieren, um die Scherkräfte im Fluid knapp unterhalb der Dilatanzschwelle zu halten.
Das Material bleibt flüssig und verarbeitbar und erreicht eine vollständige Homogenität, ohne dass Motoren blockiert oder empfindliche Polymere überhitzen.

Vergleich der Architekturen mit einem bzw. zwei Motoren

Häufig gestellte Fragen

Wann sollte ich hohe Umdrehungszahl und niedrige Drehzahl wählen?

Bei der Entlüftung scherempfindlicher Materialien, Pasten mit hohem Gehalt an flüchtigen Lösungsmitteln oder Formulierungen, die zu schneller Reibungserwärmung neigen, ist eine hohe Drehzahl bei niedriger Rotationsgeschwindigkeit vorzuziehen.
Die zentrifugale Blasenextraktion bleibt bei maximaler Effizienz erhalten, während die Reibung an den Behälterwänden auf ein Minimum reduziert wird.

Können Mischer mit zwei Motoren synchronisierte Rezepte automatisch ausführen?

Ja. SMIDA-Doppelmotorsysteme verfügen über intuitive digitale Touchscreens, auf denen mehrstufige Rezepte mit unabhängigen Beschleunigungsrampen, Geschwindigkeitsverhältnissen und Vakuum-Timing gespeichert werden.

Optimieren Sie Ihre Forschung und Entwicklung sowie Ihre Produktion mit SMIDA

SMIDA ist ein etablierter Hersteller mit einer ISO 9001-zertifizierten, 6.800 Quadratmeter großen Produktionsstätte in Shenzhen, über 80 Patenten und CE-Konformität.
Unsere Planeten-Zentrifugalmischer decken Verarbeitungskapazitäten von 1 g bis über 100 kg ab (Geräte 150 g bis über 100 kg) und bieten Plattformen mit festem Getriebe und zwei Motoren, die durch eine einjährige Garantie abgesichert sind.
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