Die Wahl der effizientesten Mischmethode ist eine der wichtigsten Überlegungen beim Aufbau einer kommerziellen Produktion, da für nahezu jeden Produktionsprozess eine gründliche Durchmischung erforderlich ist. Herkömmliche Mischer verlassen sich in erster Linie auf die mechanische Wirkung eines Rührwerks, um das Produkt durch den Behälter zu bewegen. Während dies für viele Anwendungen gut funktioniert, können dichte Produkte der Bewegung widerstehen und Bereiche bilden, in denen die Zirkulation eingeschränkt ist.

Das durch die Schwerkraft unterstützte Mischen sorgt für eine zusätzliche Kraft, die dazu beitragen kann, das Produkt durch die Mischzone zu bewegen. Durch Ändern des Winkels des Mischgefäßes fließt das Produkt auf natürliche Weise in den unteren Teil des Gefäßes, während das Rührwerk es kontinuierlich anhebt, faltet und neu verteilt. Dadurch kann die Zirkulation verbessert werden, ohne dass der Mischer die gesamte Produktbewegung mechanisch erzeugen muss.

Was ist schwerkraftunterstütztes Mischen?

Schwerkraftunterstütztes Mischen ist eine Mischmethode, bei der die natürliche Bewegung des Produkts unter der Schwerkraft mit mechanischer Bewegung kombiniert wird.

Anstatt das Gefäß vollständig vertikal zu halten, wird das Arbeitsgefäß in einem Winkel geneigt. Während sich das Rührwerk dreht, bewegt es das Produkt nach oben und durch die Mischung, während die Schwerkraft dafür sorgt, dass die Produktmasse in den unteren Teil des Behälters zurückkehrt.

Dadurch entsteht ein kontinuierlicher Kreislauf:

Rührwerk hebt und bewegt das Produkt → Schwerkraft führt das Produkt zurück → Rührwerk nimmt es wieder auf

Das Ergebnis ist eine dynamischere Bewegung der gesamten Produktmasse. Dies kann besonders vorteilhaft sein, wenn Produkte verarbeitet werden, die zu viskos sind, um in einem herkömmlichen vertikalen Behälter problemlos zu zirkulieren.

Warum kann das Kippen das Mischen verbessern?

Bei einem herkömmlichen Vertikalmischer muss das Rührwerk einen Großteil des durch die Viskosität und das Gewicht des Produkts erzeugten Widerstands überwinden, um die Zirkulation aufrechtzuerhalten. Abhängig vom Produkt und der Rührwerksgeometrie kann ein Teil des Materials relativ stationär bleiben, insbesondere am Boden, an den Wänden oder in den Ecken des Behälters.

Durch Kippen wird die Geometrie der Mischumgebung verändert.

Das Produkt bewegt sich auf natürliche Weise in den unteren Bereich des Behälters, wo das Rührwerk es aufnehmen und neu verteilen kann. Die kombinierte Wirkung von mechanischer Bewegung und Schwerkraft kann daher helfen:

  • Verbesserung der Produktzirkulation;
  • stehende oder schlecht durchmischte Gebiete reduzieren;
  • Zutaten in die aktive Mischzone bringen;
  • Verbesserung der Einarbeitung von Pulvern und anderen Zutaten;
  • fördern eine gleichmäßigere Wärmeverteilung während der Heißverarbeitung.

Die genaue Effizienzsteigerung hängt vom Produkt, der Viskosität, dem Füllstand, der Rührwerkskonstruktion, der Mischgeschwindigkeit und dem Neigungswinkel ab. Die Schwerkraft ersetzt kein mechanisches Mischen, aber sie arbeitet mit dem Rührwerk zusammen, um den Umfang der mechanischen Arbeit zu reduzieren, die erforderlich ist, um das Produkt in Bewegung zu halten.

Schwerkraftmischen vs. konventionelles vertikales Mischen

Herkömmliche Vertikalmischer basieren im Allgemeinen auf einem festen Behälter und basieren auf dem Rührwerk, um die erforderliche Produktzirkulation zu erzeugen.

Dies kann für niedrig und mittelviskose Produkte völlig ausreichend sein. Mit zunehmender Viskosität wird die Bewegung des Produkts jedoch schwieriger und der Mischer kann auf einen wesentlich höheren mechanischen Widerstand stoßen.

Ein Kippmischer führt einen weiteren Mechanismus zur Produktbewegung ein

Konventionelles Mischen Schwerkraftunterstütztes Mischen
Feststehender vertikaler Behälter Behälter kann während des Mischens gekippt werden
Die Produktbewegung beruht hauptsächlich auf dem Zusammenwirken von Rührwerk und Schwerkraft
Höhere Gefahr von stagnierenden Bereichen bei viskosen Produkten Durch Kippen wird das Produkt in die aktive Mischzone zurückgeführt
Der Rührer muss den größten Teil der Zirkulation erzeugen Die Bewegung des Naturprodukts unterstützt die Zirkulation
Feste Gefäßgeometrie Die Mischgeometrie kann durch Kippen verändert werden
Entleerung über ein Ventil Der Behälter kann für eine schnellere Produktentleerung gekippt werden

Dies bedeutet nicht, dass ein Kippmischer automatisch für jedes Produkt besser ist, aber die Möglichkeit, den Behälterwinkel anzupassen, bietet mehr Flexibilität und ermöglicht es dem Bediener, die Position auszuwählen, die für das spezifische Produkt und den Prozess optimale Mischeffizienz bietet. Herkömmliches vertikales Mischen sorgt möglicherweise bereits für eine ausreichende Zirkulation für einige niedrigviskose Produkte, doch die Vorteile des Kippens kommen besonders dann zum Tragen, wenn mit viskosen, dichten, klebrigen oder anderweitig schwer zu bewegenden Produkten gearbeitet wird.

Die Rolle des Behälterwinkels während der Verarbeitung

Der Behälterwinkel ist ein wichtiger Bestandteil des Prozesses, da bereits eine kleine Winkeländerung die Verteilung des Produkts im Behälter und dessen Kontakt mit dem Rührwerk beeinflusst. Bei einem geeigneten Arbeitswinkel befördert die Schwerkraft das Produkt kontinuierlich zum unteren Teil des Behälters, während das Rührwerk es durch die Mischzone zurückführt.

Die optimale Position hängt vom Produkt und vom Mischsystem ab. Daher ist ein kippbarer Behälter mit mehreren wählbaren Arbeitspositionen deutlich vielseitiger als ein Behälter mit nur einer festen Position.

Beispielsweise können die Kippmischer und Kochkessel der CookMak Mix-Serie von FTP während der Verarbeitung mehrere Arbeitspositionen nutzen. Nach Abschluss des Mischvorgangs kann der Behälter zum schnellen und bequemen Entladen über den Rand vollständig gekippt werden.

Schwerkraftmischen beim Erhitzen

Dieses Prinzip ist besonders nützlich, wenn gleichzeitig gemischt und erhitzt wird. Produkte wie Karamell, Cremes, Füllungen, Sirupe und andere viskose Lebensmittelmassen lassen sich oft nur schwer gleichmäßig erhitzen. Produkte, die zu lange mit einer erhitzten Oberfläche in Kontakt bleiben, können lokal überhitzen, und unzureichende Zirkulation kann zu Temperaturunterschieden innerhalb der Charge führen.

Die Kombination aus Kippen, mechanischem Rühren und Abkratzen (mithilfe selbstjustierender Edelstahlschaber) trägt dazu bei, das Produkt kontinuierlich über die erhitzte Oberfläche zu bewegen.

In einem kippbaren Kochkessel kann das Rührwerk das Produkt zur Heizfläche hin befördern, während die Schwerkraft den Rücktransport unterstützt. Schaber können zusätzlich dazu dienen, Produkt vom Kesselboden (und optional von den Wänden) zu entfernen und so den Kontakt zwischen Produkt und Heizfläche zu verbessern.

Dadurch entsteht eine Kombination aus:

kontrollierter Erhitzung + mechanischem Mischen + schwerkraftunterstützter Zirkulation + Abkratzen

was sich besonders für die thermische Verarbeitung viskoser Produkte wie Karamell eignet.

Wofür ist schwerkraftunterstütztes Mischen nützlich?

Schwerkraftunterstütztes Mischen eignet sich für die Verarbeitung einer Vielzahl von Produkten, insbesondere solcher mit mittlerer bis hoher Viskosität, darunter:

  • Karamell und Süßwarenmassen;
  • Cremes und Gebäckfüllungen;
  • Konfitüren und Fruchtzubereitungen;
  • dickflüssige Sirupe;
  • Saucen;
  • Fruchtfüllungen;
  • Honigprodukte;
  • dickflüssige Teige und Masse;
  • pürierte oder halbfeste Lebensmittel.

Die Schwerkraftmischtechnologie ist auch dann nützlich, wenn Zutaten in eine bereits vorhandene viskose Masse eingearbeitet werden müssen. Durch das Neigen wird die Produktmasse in Richtung des aktiven Mischbereichs befördert, während das Rührwerk die Zutaten gleichmäßig in der Charge verteilt.

Anwendung der Schwerkraftmischung in unseren Lebensmittelverarbeitungsanlagen

Bei FoodTechProcess setzen wir dieses Prinzip in vielen Konfigurationen unserer Lebensmittelverarbeitungsanlagen ein, darunter unsere CookMak Mix Kippkochkessel und Kippmischer.

Der Behälter ist auf einem Kippmechanismus montiert, der es dem Bediener ermöglicht, die optimale Arbeitsposition zu wählen. Während des Mischens bewirkt der Neigungswinkel des Behälters, dass sich das Produkt auf natürliche Weise zum tiefsten Punkt bewegt, und das Rührwerk hebt es kontinuierlich an und verteilt es neu.

Bei den kippbaren Kochkesseln von FoodTechProcess bietet der gleiche Kippmechanismus einen weiteren entscheidenden Vorteil: Der Kessel kann nach dem Prozess um bis zu 110° gekippt werden, um eine schnelle und einfache Entleerung zu ermöglichen. Die FTP-Kochkessel sind auf Rollen montiert und können so innerhalb der Produktionsanlage vor der Entleerung bewegt werden.

Damit erfüllt dieselbe mechanische Funktion zwei Zwecke:

Während des Prozesses: Das Kippen fördert die Produktzirkulation und mischung;

nach dem Prozess: Das Kippen ermöglicht das Ausfließen des Produkts aus dem Kessel durch Schwerkraft.

Dies ist besonders nützlich für die Entleerung dickflüssiger Produkte, die sich nur schwer durch ein kleines Ventil aus einem herkömmlichen, feststehenden Kessel ausgießen lassen.

Effizientere Entleerung

Die Entleerung wird beim Vergleich von Mischanlagen oft vernachlässigt, kann aber einen erheblichen Einfluss auf die Gesamteffizienz der Produktion haben.

Bei einem feststehenden Kochkessel muss der Bediener möglicherweise ein dickflüssiges Produkt durch einen kleinen Bodenauslass entnehmen, den Kessel manuell auskratzen oder zusätzliche Geräte wie eine Pumpe zum Produkttransport einsetzen.

Bei einem kippbaren Kessel kann der gesamte Arbeitsbehälter in Richtung der Entleerungsposition gedreht werden. Die Schwerkraft unterstützt anschließend die Entnahme des Produkts aus dem Behälter.

Je nach Anlagenkonfiguration und Produkteigenschaften ermöglicht dies im Vergleich zu stationären Behältern eine sehr hohe Produktausbeute. Gleichzeitig werden manuelle Handhabung reduziert und die Reinigung vereinfacht. Das gleiche Prinzip, das die Produktbewegung während des Mischens unterstützt, trägt somit auch zur Entnahme nach der Verarbeitung bei.

Schwerkraftmischen ist mehr als nur das Neigen des Behälters

Die Effizienz des schwerkraftunterstützten Mischens hängt von mehr als nur dem Neigungswinkel ab. Mehrere Faktoren beeinflussen das Ergebnis:

  • Produktviskosität und konsistenz;
  • Behältergeometrie;
  • Füllstand;
  • Form und Position des Rührwerks;
  • Mischgeschwindigkeit;
  • Neigungswinkel;
  • Produkttemperatur;
  • Reibung zwischen Produkt und Behälterwänden.

Aus diesem Grund erzielt das einfache Neigen eines herkömmlichen Mischers nicht zwangsläufig dasselbe Ergebnis wie ein speziell für ein Neigesystem entwickeltes Mischsystem.

Rührwerk, Behältergeometrie und Neigemechanismus müssen optimal aufeinander abgestimmt sein, damit das Produkt kontinuierlich in die aktive Mischzone zurückgeführt wird.

Wann ist Schwerkraftmischen besonders sinnvoll?

Schwerkraftmischen lohnt sich insbesondere dann, wenn herkömmliches Mischen aufgrund der Dicke, Klebrigkeit oder schwierigen Zirkulation des Produkts ineffizient wird.

Besonders vorteilhaft ist dies, wenn dieselbe Anlage mehrere Arbeitsgänge ausführen muss – zum Beispiel:

Mischen → Erhitzen → Verarbeiten → Kippen → Entladen

Anstatt separate Anlagen zum Mischen und Entladen zu verwenden, vereint ein Kippbehälter diese Funktionen in einem System. Für Lebensmittelhersteller bedeutet dies weniger manuelle Arbeitsschritte, eine einfachere Produktgewinnung und eine kompaktere Produktionsanlage.