133.333 Tuben Zahnpasta – ein Mensch bräuchte etwa 13.000 Jahre, um diese Menge zu verbrauchen. Die Menge wird von dem weltweit größten diskontinuierlichen Produktionssystem für Zahncreme in nur einer Charge produziert. Dafür hat der Mischtechnikhersteller Ekato das bisher größte Modell seiner Unimix-Baureihe auf mehr als die doppelte Größe skaliert: Zwei Mischer mit jeweils 10.000 l Nutzvolumen stellen nun abhängig von der Produktdichte stündlich 6.000 bis 11.000 kg Zahnpasta her. Die maximale Kapazität von Zahncremeproduktionsanlagen lag bisher zwischen 4.000 und 5.000 l, der Ausstoß bei circa 2.000 bis 3.000 l pro Stunde. Der Ausstoß wurde somit mehr als verdreifacht. Die Entwicklung der neuen Anlage begleitete der Antriebslieferant Nord Drivesystems.
Moderne Anlagen müssen heute in der Lage sein, große Mengen bei maximaler Flexibilität herzustellen.Die Branche unterscheidet zwischen der kontinuierlichen und der chargenweisen, diskontinuierlichen Produktion. Kontinuierliche Anlagen sind in Bezug auf Produktwechsel wenig flexibel. Bei diskontinuierlichen Anlagen lässt sich die Produktionsrate mit bis dato verwendeten Techniken ohne eine wesentliche Modifikation der Anlagenperipherie nicht mehr signifikant erhöhen. Für den aktuellen Auftrag musste Ekato daher größere Anlagen konstruieren.
Im Wesentlichen besteht eine diskontinuierliche Anlage zur Herstellung von Zahncreme aus einem evakuierbaren Kessel mit Rührwerk, einem Homogenisator, der das Produkt zur gewünschten Feinheit homogenisiert, sowie aus verschiedenen Dosiersystemen zum Einbringen von Rohstoffen. Die flüssigen Rohstoffe werden entweder in vorgewogenen Mengen über Vakuum in den Kessel gesaugt oder über gravimetrische Methoden eindosiert. Pulverförmige Stoffe oder Verdicker zur Viskositätssteigerung können über den integrierten Homogenisator eindosiert oder über ein Bodenventil in den Kessel gesaugt werden.
Komplexe Berechnungen für das Scale-up
Für die größere Dimensionierung der Mischer musste Ekato die Einzugs- und Einarbeitungszeiten der Komponenten, Mischzeiten, Homogenisierzeiten, Vakuumwerte sowie die benötigten Leistungen für Rührwerk und Homogenisator ermitteln. Die Auslegung der Antriebsleistungen für Rührwerk und Homogenisator erfolgte mit der Leistungsgleichung der Rührtechnik:
für turbulente Strömung bzw.
für laminare Strömung.
Den Leistungsbeiwert Ne (oder Newton-Zahl) bestimmt Ekato auf Basis umfangreichen Erfahrungswissens für das jeweilige Rührorgan und das Produkt mit seiner spezifischen Viskositätskurve. Neben der Produktdichte p fließen ferner die Drehzahl und der Durchmesser in die Leistungsberechnung ein – mit den Exponenten 2, 3 und 5 sind diese Werte besonders wichtig. Die korrekte Dimensionierung der Rührwerks- und Homogenisatorantriebe ist also maßgeblich für die größere Dimensionierung der Mischer. Die Anforderung an den Antriebslieferanten Nord war, passend für die berechneten Leistungen Motor und Getriebe möglichst effizient und langlebig zu konstruieren. Da der Rührwerksantrieb oben auf dem Produktionsmischer sitzt, sollte der Antrieb trotz der großen erforderlichen Leistungen möglichst kompakt sein.
In dieser Anwendung, in der es auf eine homogene Produktqualität ankommt, sind Schnelligkeit und Kontinuität gefragt. Auf die Rührwelle wirken aufgrund der hohen Viskosität des Produkts sehr hohe Quer- und Axialkräfte, die bei der Antriebsauslegung beachtet werden müssen. Nord Drivesystems konfigurierte zwei Industriegetriebemotoren mit 250 kW Leistung und einem Nenn-Abtriebsmoment von 242.000 Nm. Nord ist der einzige Hersteller, der Industriegetriebe dieser Leistungsgröße mit einteiligem Blockgehäuse baut. Die dreistufigen Kegelstirnradgetriebe des Typs SK 15407 konnten daher trotz ihrer Größe relativ kompakt ausgeführt werden. Die Blockgehäusebauweise ermöglicht den Einsatz größerer Wälzlager und damit die Aufnahme größerer Kräfte.
