Statische Mischer – Auswahl und Auslegung für Kleb- und Dichtstoffanwendungen
Der statische Mischer ist bei 2K-Kleb- und Dichtstoffanwendungen ein zentrales Element in der Prozesskette der Dosieranlage. In vielen Fällen dient die Spitze des Statikmischers direkt als Düse – der Mischer ist damit häufig das letzte Glied vor der Applikation. Selbst wenn Dosieranlage und Mischungsverhältnis einwandfrei arbeiten, entscheidet die Mischqualität über das Ergebnis an der Klebestelle. In der Praxis wird die Bedeutung der Mischerauswahl und -auslegung jedoch häufig unterschätzt.
Dieser Beitrag erläutert, welche Faktoren bei der Auswahl und Auslegung statischer Mischer für Dosieranlagen wirklich entscheidend sind und warum der falsche Mischer trotz korrektem Mischungsverhältnis zu fehlerhaften Ergebnissen führen kann.
Abbildung: Verschiedene statische Mischer im Überblick
Die Abbildung zeigt unterschiedliche statische Mischer – von Kunststoff-Einwegmischern mit verschiedenen Geometrien bis hin zu einzelnen Mischelementen. Je nach Anwendung, Mischungsverhältnis und Viskosität kommen unterschiedliche Bauformen und Elementanzahlen zum Einsatz.
Aufgabe des statischen Mischers
Der statische Mischer hat eine klar definierte Aufgabe: Er muss die beiden Komponenten eines 2K-Kleb- oder Dichtstoffs so miteinander vermischen, dass eine homogene, gleichmäßig durchmischte Materialstruktur entsteht. Nur dann kann die chemische Reaktion zwischen Harz und Härter vollständig und gleichmäßig ablaufen.
Ein schlecht durchmischtes Material zeigt sich in der Praxis durch:
– ungleichmäßige Aushärtung
– Schlieren oder weiche Stellen im Klebstoff
– reduzierte mechanische Festigkeit
– mangelnde Dichtfunktion
Diese Effekte treten häufig erst nach der Applikation auf und lassen sich dann nur schwer eindeutig auf die Mischqualität zurückführen.
Kartuschenmischer vs. Maschinenmischer – ein wichtiger Unterschied
Bevor es um die eigentliche Mischerauswahl geht, ist eine grundlegende Unterscheidung wichtig:
Kartuschenmischer werden in Verbindung mit 2K-Kartuschen und Kartuschenpressen eingesetzt. In der Praxis werden diese Mischer bereits durch die Materialhersteller vorqualifiziert und festgelegt. Der Anwender übernimmt die Empfehlung des Klebstoffherstellers und setzt den vorgegebenen Mischer ein. Hier besteht in der Regel kein individueller Auslegungsbedarf. Kartuschenmischer arbeiten häufig mit Quadro-Geometrien.
Maschinenmischer kommen auf Dosieranlagen zum Einsatz und arbeiten unter deutlich höheren Drücken. Hier gibt es nur selten fest vorgegebene Statikmischer durch die Materialhersteller. Vielmehr muss der Mischer individuell auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden – und das selbst bei gleichen Kleb- und Dichtstoffen. Denn die Auslegung hängt nicht nur vom Material ab, sondern maßgeblich von den Prozessparametern der jeweiligen Anwendung.
Dieser Beitrag behandelt die Auswahl und Auslegung von Maschinenmischern auf Dosieranlagen.
Welche Faktoren die Mischerauswahl bestimmen
Die Auswahl des richtigen statischen Mischers für eine Dosieranlage hängt von mehreren Parametern ab, die zusammen betrachtet werden müssen. Jeder einzelne dieser Faktoren kann die Auslegung maßgeblich beeinflussen – eine pauschale Vereinfachung ist daher nicht möglich.
– Mischungsverhältnis: Das Mischungsverhältnis beeinflusst, wie viele Mischelemente erforderlich sind und welche Geometrie zum Einsatz kommt. Dabei ist die Auslegung nicht nur bei asymmetrischen Verhältnissen wie 10:1 anspruchsvoll – auch bei 1:1 kann die Kombination aus Viskosität, Durchflussrate und Topfzeit eine sorgfältige Abstimmung von Durchmesser, Länge und Elementanzahl erfordern. Warum das eingestellte Mischungsverhältnis allein noch keine Aussage über die tatsächliche Mischqualität trifft, erläutern wir in unserem Beitrag Mischungsverhältnis bei 2K-Kleb- und Dichtstoffen.
– Viskosität der Komponenten: Die Viskosität beeinflusst das Strömungsverhalten im Mischer. Dabei sind nicht nur hochviskose Materialien anspruchsvoll – auch dünnflüssige Materialien können aufgrund ihrer Fließeigenschaften eine besondere Mischerauslegung erfordern. Große Viskositätsunterschiede zwischen A- und B-Komponente stellen zusätzliche Anforderungen an die Geometrie.
– Austragsleistung und Durchflussrate: Dies ist ein besonders praxisrelevanter Faktor. Derselbe Kleb- oder Dichtstoff kann auf einer Anlage mit niedriger Austragsleistung einen anderen Mischer erfordern als auf einer Anlage mit hoher Austragsleistung. Der Mischer muss so dimensioniert sein, dass er bei der vorgesehenen Durchflussrate einen ausreichenden Mischeffekt erzielt, ohne einen übermäßigen Gegendruck zu erzeugen.
– Dosiertechnik: Auch die eingesetzte Dosiertechnik hat einen direkten Einfluss auf die Mischerauswahl. Bei Zahnrad-Dosiertechnik ist der Materialstrom präziser und konstanter, was eine gleichmäßigere Durchmischung begünstigt. Dadurch können deutlich kürzere Statikmischer eingesetzt werden als bei Kolben-Dosiertechnik, die konstruktionsbedingt Druckschwankungen an den Umschaltpunkten erzeugt und daher längere Mischstrecken erfordert. Die Unterschiede zwischen beiden Dosiertechnologien erläutern wir ausführlich in unserem Beitrag Zahnrad- oder Kolben-Dosiertechnik.
– Mischergeometrie: Unterschiedliche Mischelementformen – z. B. Helix, Quadro oder Gitterstrukturen – erzeugen unterschiedliche Strömungsmuster und unterschiedliche Gegendrücke. Die Wahl der Geometrie beeinflusst direkt die Mischqualität, den Druckverlust und das Totvolumen.
– Topfzeit des Materials: Materialien mit sehr kurzer Topfzeit erfordern besondere Aufmerksamkeit. Auch in kontinuierlichen Produktionsprozessen muss der Statikmischer regelmäßig vor Ablauf der Topfzeit neu befüllt werden, um die Aushärtung des Materials im Mischer und damit eine Blockade zu verhindern.
Helixmischer als Standard bei Dosieranlagen
Bei Dosieranlagen kommen in der Praxis überwiegend Helixmischer zum Einsatz. Helixmischer arbeiten mit wendelförmigen Elementen, die das Material abwechselnd teilen und umlenken. Sie bieten ein gutes Verhältnis zwischen Mischqualität und Gegendruck und sind für die typischen Druckverhältnisse auf Dosieranlagen ausgelegt.
Quadro-Mischer und X-Grid-Mischer erzeugen pro Element zwar mehr Teilungs- und Umlenkschritte und erreichen dadurch auf kürzerer Baulänge eine höhere Mischintensität. Allerdings erzeugen sie durch die Struktur ihrer Mischelemente einen deutlich höheren Gegendruck. Bei Dosieranlagen können sie deshalb häufig nicht eingesetzt werden. Eine Ausnahme bilden sehr niederviskose und flüssige Materialien, bei denen der Gegendruck trotz intensiver Mischergeometrie in einem vertretbaren Bereich bleibt.
Für die meisten Dosieranwendungen mit pastösen Kleb- und Dichtstoffen ist der Helixmischer daher die geeignete Wahl.
Das Prinzip: maximale Mischqualität bei minimalem Volumen
Ein häufig unterschätzter Aspekt bei der Mischerauslegung ist das Totvolumen des Mischers. Grundsätzlich gilt – unabhängig von der Topfzeit des Materials: Der statische Mischer muss so ausgewählt werden, dass er die erforderliche Mischqualität zuverlässig liefert, dabei aber ein so geringes Volumen wie möglich hat.
Warum ist das wichtig? Zwischen den einzelnen Applikationen wird der Statikmischer vor Ablauf der Topfzeit mit dem vermischten 2K-Material durchgespült und neu befüllt, damit die Reaktion im Mischer von vorne beginnt. Je größer das Mischervolumen, desto höher ist der Materialverbrauch bei jedem Spülvorgang. In der Summe können sich diese Verluste über den Betriebszeitraum erheblich auf die Materialkosten auswirken.
Die Auslegung ist daher immer ein Optimum: Ausreichend Mischelemente und Durchmesser für eine vollständige Durchmischung, aber nicht mehr als nötig.
Was passiert, wenn der Mischer falsch ausgelegt ist
Fehler bei der Mischerauswahl gehören zu den unterschätzten Fehlerquellen in 2K-Dosierprozessen. Typische Szenarien:
– Zu wenige Mischelemente: Die Komponenten werden nicht vollständig durchmischt. Die chemische Reaktion läuft ungleichmäßig ab, was sich in Schlieren, Weichstellen oder unzureichender Festigkeit zeigt.
– Zu großer Mischerdurchmesser oder zu viele Elemente: Das Totvolumen steigt unnötig, was zu höheren Spülverlusten führt. Gleichzeitig kann ein zu großer Durchmesser dazu führen, dass zu wenig Gegendruck entsteht – was ebenfalls eine schlechtere Vermischung zur Folge hat.
– Zu kleiner Mischerdurchmesser: Der Gegendruck steigt, was die Dosiergenauigkeit beeinflussen und die Pumpen belasten kann.
– Falsche Geometrie: Ein Quadro-Mischer oder X-Grid-Mischer auf einer Dosieranlage mit pastösen Materialien erzeugt zu viel Gegendruck und kann den Dosierprozess negativ beeinflussen.
Mischertests und Qualifizierung neuer Materialien
Als unabhängiger und neutraler Maschinenbauer arbeiten wir mit führenden Materialherstellern zusammen, um bei neu entwickelten Kleb- und Dichtstoffen Tests auf unseren 2K-Dosieranlagen durchzuführen. Ziel dieser Tests ist es, passende Statikmischer zu erproben und für die jeweilige Anwendung zu qualifizieren.
Dabei unterstützen wir alle Materialhersteller gleichermaßen – unabhängig von Marke oder Hersteller. Unser Fokus liegt ausschließlich auf der bestmöglichen Prozesssicherheit für den Anwender.
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Wir bieten Ihnen an, Ihre neuen Materialien auf unseren Dosieranlagen zu testen und den passenden Statikmischer gemeinsam zu qualifizieren. Kontaktieren Sie uns für eine unverbindliche Abstimmung.
Unsere Empfehlung für die Mischerauswahl bei Dosieranlagen
Die richtige Mischerauswahl lässt sich nicht allein über Tabellen oder Faustregeln treffen. Sie ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Mischungsverhältnis, Viskosität, Austragsleistung, Dosiertechnik, Topfzeit und Anwendungstyp.
Aus unserer Erfahrung sind folgende Punkte in der Praxis besonders wichtig:
– jede Anwendung erfordert eine individuelle Betrachtung aller Einflussfaktoren
– Zahnrad-Dosiertechnik ermöglicht kürzere Mischer als Kolben-Dosiertechnik
– das Totvolumen sollte grundsätzlich so gering wie möglich gehalten werden
– bei unterschiedlichen Austragsleistungen auf derselben Anlage muss der Mischer für den gesamten Leistungsbereich geeignet sein
– Ziel ist immer: die geforderte Mischqualität mit dem geringstmöglichen Mischervolumen erreichen
Passende Produktkategorien
Alle statischen Mischer im Überblick
STATOMIX ME-Serie (medmix)
STATOMIX MS-Serie (medmix)
Statikmischer Nordson Serie 160/161
Statikmischer Nordson Serie 162A
Zusammenfassung
Der statische Mischer bestimmt die Mischqualität und damit unmittelbar die Eigenschaften der Kleb- oder Dichtverbindung. Bei Dosieranlagen gibt es – anders als bei Kartuschenanwendungen – in der Regel keine fest vorgegebenen Mischer durch die Materialhersteller. Die Auslegung muss individuell auf Mischungsverhältnis, Viskosität, Austragsleistung, Dosiertechnik und Topfzeit abgestimmt werden. Dabei gilt: so viel Mischleistung wie nötig, so wenig Mischervolumen wie möglich. Ein korrektes Mischungsverhältnis allein garantiert noch kein gutes Ergebnis – erst in Kombination mit dem richtig ausgelegten Mischer wird der 2K-Prozess vollständig abgesichert. Wie sich die tatsächliche Prozesssicherheit durch echte Messwerte weiter erhöhen lässt, erfahren Sie in unserem Beitrag Volumenmesszellen bei 2K-Dosieranwendungen.
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