Hammermühlen: Ein Überblick

1. Was ist eine Hammermühle?

Das Design von Hammermühlen ist sehr robust und wird in vielen Mahlanwendungen eingesetzt – von der Getreidemahlung bis hin zu anspruchsvollen Aufgaben wie Gesteinszerkleinerung oder Abfallaufbereitung. Hammermühlen sind eine weit verbreitete Zerkleinerungsausrüstung in verfahrens­technischen Industrien.

Hammermühlen gehören zur Familie der Prallmühlen, was bedeutet, dass der Mahl­effekt durch die Geschwindigkeit erzielt wird, mit der die Partikel auf die Rotoren (oder Schlagleisten) auftreffen.

2. Funktionsprinzip einer Hammermühle

Wie funktioniert eine Hammermühle?

Das Funktionsprinzip einer Hammermühle basiert auf einem Rotor, der mit Schlaghämmern (dicken Platten) ausgestattet ist und sich mit hoher Geschwindigkeit in einem Gehäuse dreht. Dieses kann mit einem Rost oder Sieb versehen sein und reduziert die Größe des Aufgabeguts durch Prallbeanspruchung.

Hammermühlen sind mit einer Welle konstruiert, auf der mehrere "Hämmer" – meist in Form dicker Platten – montiert sind. Die Welle rotiert in einem Gehäuse, und am Auslass der Mühle ist ein Sieb angebracht, dessen Maschenweite bestimmt, welche Partikel fein genug sind, um die Mühle zu verlassen. Die Beschickung und der Austrag können bei grober Zerkleinerung (Crusher-Betrieb) durch Schwerkraft erfolgen, während fein gemahlene Produkte direkt pneumatisch gefördertwerden können, indem die von der Mühle bewegte Luftmenge genutzt wird – insbesondere bei Feinstmahlanwendungen.

Abbildung 1: Schema einer Hammermühle mit Komponenten (Schwerkraftaustrag)

Die Feinheit des von der Mühle erzeugten Pulvers hängt von der Drehzahl der Mühle, der Siebgröße und der Aufgabemenge ab. Generell muss die Siebgröße deutlich größer gewählt werden als die gewünschte Produktfeinheit, da die Hauptfunktion des Rostes darin besteht, große Partikel in der Mühle zurückzuhalten, die dann von den Hämmern getroffen und auf eine Größe kleiner als die Sieböffnungen zerkleinert werden. Die resultierende Partikelgrößenverteilung ist bei Hammermühlen relativ breit [Perry].

3. Konstruktion von Hammermühlen

3.1 Hämmer

Die Anzahl der Hämmer in einer Mühle variiert je nach gewünschter Feinheit und Mühlenkapazität. Grundsätzlich gilt: Je höher die Anzahl der Hämmer, desto feiner wird das Produkt, allerdings sinkt gleichzeitig die Durchsatzleistung.

Die Mühle kann je nach Anzahl der auf der Welle montierten Hammerreihen mehr oder weniger breit sein. Jede Hammerreihe ist durch Distanzscheiben voneinander getrennt.

Auch die Länge der Hämmer ist einstellbar. Werden die Hämmer verlängert (und damit näher an das Sieb herangeführt), wird das Endprodukt feiner, jedoch sinkt die Kapazität. Kürzere Hämmer erzeugen ein gröberes Produkt, ermöglichen aber einen höheren Durchsatz.

3.2 Wellendrehzahl

Der zweite zentrale Konstruktions- und Betriebsparameter einer Hammermühle ist die Rotationsgeschwindigkeit. Da das Mahlprinzip auf der Aufprallenergie basiert, führt eine höhere Geschwindigkeit zu einem feineren Produkt, da die Partikel mit hoher Geschwindigkeit auf die Hämmer, gegeneinander oder gegen das Sieb geschleudert werden.

Allerdings sollte die Geschwindigkeit nicht ohne triftigen Grund oder Vorsicht erhöht werden, da eine hohe Drehzahl den Energieeintrag, die Temperaturerhöhung und die mechanische Ermüdung der gesamten Mühle verstärkt – was zu erhöhtem Wartungsbedarf führen kann. Sehr hohe Drehzahlen eignen sich für weiche Materialien und Feinstmahlung, während niedrigere Geschwindigkeiten für die Zerkleinerung größerer/härterer Produkte verwendet werden.

3.3 Siebgröße (Rostaustrag)

Die Siebgröße hilft, die Partikelgröße des gemahlenen Produkts zu steuern, indem verhindert wird, dass zu große Partikel die Mühle verlassen, bevor sie ausreichend zerkleinert sind. Eine Verringerung der Siebgröße reduziert zwar die Partikelgrößenverteilung des Endprodukts, geht jedoch auf Kosten der Mühlenkapazität.

3.4 Antrieb

Der Antrieb einer Hammermühle muss mit einem Frequenzumrichter ausgestattet sein, um die Drehzahl steuern und damit Kapazität sowie Feinheit des Mahlguts anpassen zu können.

3.5 Produktaufgabe

Die Beschickung der Mühle muss (zumindest grob) durch eine Dosiervorrichtung wie einen Schwingförderer, eine Schneckenförderungoder eine Drehschleuse (Zellenradschleuse)geregelt werden. Bei breiten Mühlen mit mehreren, durch Distanzscheiben getrennten Hammerreihen muss das Beschickungssystem eine gleichmäßige Verteilung des Aufgabeguts über die gesamte Mühlenbreite gewährleisten. Da die Mühle viel Luft benötigt, ist zudem ein Lufteinlass entscheidend.

3.6 Produktaustrag

Wird die Mühle als Brecher genutzt (d. h., die Zielkorngröße des Endprodukts ist relativ grob, >> 1 mm), kann der Austrag durch Schwerkraft erfolgen. Bei feineren Zielkorngrößen – die hohe Drehzahlen und damit einen starken Luftstrom erfordern – kann das Endprodukt pneumatisch gefördert werden. In jedem Fall müssen die Luftanforderungen der Mühle berücksichtigt und Filter sowohl an der Ansaug- als auch an der Abluftseite (im Austragstrichter bei Schwerkraftaustrag oder im Empfangsbehälter nach pneumatischer Förderung) vorgesehen werden.

Die Luftführung in einer Hammermühle muss sorgfältig geplant werden. Laut [Liu] kann eine Mühle bis zu 50 % ihrer Kapazität verlieren, wenn der Luftstrom falsch dimensioniert ist. Folgende Faustregeln gelten:

• 260 m³/h bis 775 m³/h pro 1 m² Siebfläche
• 1.350 m³/h bis 2.050 m³/h pro 1 t/h Aufgabemenge

Dies sind lediglich Richtwerte; für die detaillierte Auslegung ist die Unterstützung des Mühlenherstellers unverzichtbar.

3.7 Sicherheit

Hammermühlen enthalten sich mit sehr hoher Geschwindigkeit (bis zu 120 m/s) drehende Elemente (die Hämmer), sodass das Eindringen von Fremdkörpern wie Metallpartikeln schwere mechanische Schäden und Sicherheitsrisiken (z. B.Staubexplosionen) verursachen kann. Die Mühle muss daher durch Siebung des Aufgabeguts und den Einbau eines starken Magneten oder sogar eines Metall­detektors am Einlass geschützt werden. Das Risiko von Staubexplosionen muss zudem durch eine explosionsfeste Bauweise der Mühle oder den Einsatz von Schutzvorrichtungen (Explosionsklappen, Löschsysteme etc.)

adressiert werden.

3.8 Ähnliche Konstruktionen

• Andere Mühlentypen weisen teilweise ähnliche Merkmale wie Hammermühlen auf:
• Stiftmühlen (ohne Sieb) Universal-Mühlen: Mühlen, bei denen die Hämmer gegen andere Schlagwerkzeuge ausgetauscht werden können

4. Industrielle Hammermühlen

Wofür werden Hammermühlen verwendet?

Hammermühlen kommen typischerweise in großindustriellen Prozessen mit hohem Durchsatz zum Einsatz, bei denen gleichzeitig eine relativ feine Produktqualität garantiert werden muss. Robuste Ausführungen finden sich in der Bergbauindustrie, während andere Hersteller sich auf Hammermühlen für Tierfutter (Tierernährung, Aquakultur-Futter, Heimtierfutter) spezialisiert haben.

Große Hammermühlen erreichen Durchsätze von bis zu 20–50 t/h – abhängig von der gewünschten Granulometrie (feiner = geringere Kapazität; gröber = höhere Kapazität). Materialien mit einer Ausgangsgröße von bis zu 60 mm können auf ~1 mm zerkleinert werden, während bei bereits feinerem Aufgabegut (10 mm) Korngrößen unter 500 Mikron erreicht werden können.

Hersteller von Hammermühlen:

• Stolz-Hammermühlen
  
• Hosokawa
• Bühler
• Prater Industries
  

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Quelle

[Liu] Grundlagen des Hammer- und Strahlmahlens, Gary Liu, CEP, 2017
[Perry] Perry's Chemical Engineers Handbook, 8. Auflage, 21-59