DE19913514C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für Tiere - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für TiereInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für Tiere mittels einer mindestens eine zum Transportieren, intensiven Scheren, Erwärmen, Stoffwandeln und Verdichten von Ausgangsstoffen (8) dienenden Schnecke (2) aufweisenden Maschine. Ein Verfahren der eingangs genannten Art, mit dem Zwischenprodukte und Mischfutterfertigprodukte für Tiere mit hoher Schüttdichte und ohne abschließende Trocknung herstellbar sind, umfaßt folgende aufeinanderfolgende Verfahrensschritte: DOLLAR A a) Augeben der mittels Sattdampf vorkonditionierten Ausgangsstoffe (8) und deren Förderung in einem ersten Maschinenabschnitt, DOLLAR A b) physikalische und/oder chemische Stoffwandlung der Ausgangsstoffe (8) aufgrund der Scherbeanspruchung, Energiedissipation und Verdichtung in einem zweiten Maschinenabschnitt, DOLLAR A c) Entspannen der im Verfahrensschritt b) bearbeiteten Stoffe bei gleichzeitigem Abführen von Gasen und/oder Dämpfen aus der Maschine in einem dritten Maschinenabschnitt, DOLLAR A d) Fördern und erneutes Verdichten der in den vorhergehenden Verfahrensschritten bearbeiteten Stoffe gegen einen Ausgangswiderstand (10) in einem dem Verfahrensschritt c) nachfolgenden Maschinenabschnitt und DOLLAR A e) Abkühlen der hinter dem Ausgangswiderstand (10) aus der Maschine austretenden Produkte.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zwischenprodukten und
Mischfutterfertigprodukten für Tiere mittels einer mindestens eine zum
Transportieren, intensiven Scheren, Erwärmen, Stoffwandeln und Verdichten von
Ausgangsstoffen dienenden Schnecke aufweisenden Maschine. Weiterhin betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für Tiere,
insbesondere in der Form von Futtermittel-Pellets oder Futtermittelgranulat, erfolgt
in der Praxis üblicherweise unter Verwendung von Pelletieranlagen,
einschneckigen oder zweischneckigen Extrudern oder Expandern. Die Herstellung
von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten mittels eines Extruders
erfolgt derart, daß dem Extruder mittels Sattdampf vorkonditionierte feingemahlene
und gemischte Ausgangsstoffe zugeführt werden. Die Geometrie der
Extruderschnecke, d. h. die Steigung der Schneckenwindung entlang der
Extruderwelle ist beim Extruder so ausgelegt, daß die Schnecke zunächst zum
Fördern der dem Extruder zugeführten Ausgangsstoffe hin zu einer Ausgangsdüse
der Maschine dient. Aufgrund der Drosselwirkung der Ausgangsdüse wird durch
die Förderung der Stoffe über die Extruderschnecke innerhalb des Extruders ein
Druck gegen diesen durch die Düse gebildeten Ausgangswiderstand aufgebaut.
Die mittels Sattdampf vorkonditionierten Ausgangsstoffe werden durch die
Bewegung der Schnecke intensiv geschert und durch die eintretende Temperatur-
und Druckerhöhung infolge Energiedissipation zeitlich begrenzt so beansprucht,
daß physikalische und chemische Stoffwandlungen erfolgen können. Das als
Strang aus der Düse austretende Produkt kann anschließend nach dem Austritt
aus der Düse des Extruders mittels einer Schneidvorrichtung zu der
Düsengeometrie entsprechenden Pellets abgetrennt werden. Dieses Verfahren hat
den Nachteil, daß zur Herstellung der Futtermittel-Pellets es notwendig ist, daß die
Ausgangsstoffe eine relativ hohe Feinheit aufweisen müssen, und daß Wasser
zugesetzt werden muß, um die für die Weiterverarbeitung erforderlichen
Fleißeigenschaften zu sichern. Da der Höchstwert für die Feuchtigkeit von Futter
bei maximal 14% liegt, um seine gute Lagerfähigkeit ohne die Gefahr von
Qualitätsminderungen zu gewährleisten, ist es bei den aus der Praxis bekannten
Verfahren zur Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten
für Tiere mittels Extrudern notwendig, die solchermaßen hergestellten Futtermittel
nach der Extrusion zu trocknen. Dieses nachträgliche Trocknen des als
Massenware hergestellten Futtermittels ist sehr energie- und zeitaufwendig und
somit teuer. Darüber hinaus weisen mittels des Extrusionsverfahrens hergestellte
Futtermittel-Pellets den Nachteil auf, daß sie wegen ihrer beim Extruderaustritt
stattfindenden Expansion eine hohe Porosität und somit geringe Dichte aufweisen,
so daß beim Transport und Lagern große Volumina benötigt werden.
Die Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für Tiere
mittels eines Expanders erfolgt partiell in ähnlicher Weise wie die Herstellung in
einem Extruder. Ein Expander unterscheidet sich von einem Extruder dadurch,
daß am Austritt aus dem Expander keine geometrisch definierte Formgebung für
das Produkt erfolgt, d. h., daß der Produktaustritt nicht durch Formgebungsdüsen
realisiert wird, sondern üblicherweise durch einen Ringspalt, der von einem in das
Expandergehäuse einschiebbaren zentrischen Konus und dem Gehäuse gebildet
wird, und eine durch die Größe des Ringspaltes veränderbare Drosselung des
Produktstromes im Inneren des Expanders verursacht. Desweiteren werden
Expander nur als Einwellenmaschinen mit im Vergleich zu Extrudern einfachen,
üblicherweise nicht veränderbaren Schneckengeometrien ausgeführt, die
wiederum die mittels Sattdampf vorkonditionierten Ausgangsstoffe innerhalb der
Maschine im Bereich des Austritts einer starken Scherbeanspruchung
unterwerfen, die zu einer Stoffwandlung der Ausgangsstoffe führt. Aufgrund der
Scherbeanspruchung der Ausgangsstoffe wird die über die Expanderwelle
eingebrachte mechanische Energie in Wärme umgewandelt, so daß je nach
Energieeintrag und Stoffdurchsatz eine signifikante Temperaturerhöhung
stattfindet, die zur physikalischen und/oder chemischen Wandlung der Stoffe
beiträgt. Diese solchermaßen erwärmten und beanspruchten Stoffe werden nun
über die Expanderwelle gegen den Ausgangswiderstand gefördert und verdichtet,
so daß im Expandergehäuse ein hoher Innendruck entsteht. Beim Austritt aus dem
Ringspalt der Maschine expandieren die komprimierten Stoffe schlagartig von
diesem Innendruck auf Umgebungsdruck, wobei gleichzeitig die
Produkttemperatur sinkt und ein Teil der im Produkt enthaltenen Feuchtigkeit
verdampft, so daß in Verbindung mit der im Vergleich zum Extrudieren geringeren
Feuchtigkeitszufuhr beim Konditionieren üblicherweise mit dem Expandieren eine
Produktfeuchtigkeit von kleiner 15% erhalten wird. Dann ist ein anschließendes
Trocknen nicht erforderlich, da der im abschließend notwendigen Kühlprozeß
vollzogene Stoffaustausch dann zu Endproduktfeuchtigkeiten kleiner 13% führt.
Die starke Expansion der Produkte hat jedoch den Nachteil, daß diese
solchermaßen hergestellten Zwischenprodukte und Mischfutterfertigprodukte für
Tiere eine reduzierte Schüttdichte aufweisen, d. h., daß die Masse pro Volumen
dieser Produkte geringer als jene für die Ausgangsstoffe ist. Da Transportkosten
einen hohen Kostenanteil in der Futtermittelindustrie haben, sind geringe
Schüttdichten ein Kostennachteil.
Der DE 196 49 309 A1 kann ein Verfahren entnommen werden, bei dem
Getreideschrot mit Zuschlagstoffen in einem Mischer gemischt wird und die
Mischung in einen Expansionsextruder gegeben wird. Dieser fördert die Mischung
über sich axial und/oder radial erweiternde Schneckengänge in Richtung eines
Düsenstocks mit einer oder mehreren Düsenöffnungen. Aus den Düsenöffnungen
tritt strangartig das Produkt in Schaumform aus, und das Extrudat wird durch ein
taktgesteuertes Schneidwerk abgelängt.
Ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Tierfutter wird in
der DE 36 03 279 A1 beschrieben. Hierbei wird aus Gründen der Kostenersparnis
das Verfahren vom Einbringen der Ausgangsstoffe bis zum Entnehmen des
fertigen Produktes in einer mit einem durchgehenden Produktionsstrang
versehenen Vorrichtung durchgeführt. Diese Vorrichtung beinhaltet auch einen
Extruder, in dem der entsprechende Schritt des gesamten Produktionsverfahren
durchgeführt wird. Dieser Extruder beinhaltet mehrere Abschnitte, sodaß die
Extruderschnecke die im Extruder befindlichen Materialien in verschiedenen
Streckenabschnitten gegen jeweils in dem Abschnitt ausgebildete Einengungen
fördert, die von Druckringen gebildet werden.
Eine Vorrichtung zur Behandlung von Futtermitteln ist aus der DE 296 06 769 U1
bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt einen Expander, bei dem innerhalb eines
Gehäuses eine drehbar angetriebene Schnecke angeordnet ist. In einem Abschnitt
des Gehäuses wird in dieses Dampf eingeleitet, der einen Überdruck erzeugen
soll. Zur Verhinderung des Entweichens des Dampfes in Richtung Materialeinlaß
sind zwei konusförmige Elemente, in das Gehäuse eingebracht die sich in
Strömungsrichtung so vergrößern, daß nur noch ein Ringspalt mit der
Innenwandung des Gehäuses übrig bleibt. Diese konusförmigen Elemente
begrenzen einen Abschnitt der Vorrichtung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Zwischenprodukten und
Mischfutterfertigprodukten für Tiere der eingangs genannten Art bereitzustellen,
mit dem unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile
Zwischenprodukte und Mischfutterfertigprodukte für Tiere herstellbar sind, die
einerseits eine ausreichend hohe Schüttdichte aufweisen und darüber hinaus
keiner nachträglichen Trocknung bedürfen. Weiterhin liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
bereitzustellen.
Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabenstellung sieht erfindungsgemäß folgende,
aufeinander folgende Verfahrensschritte vor:
- a) Aufgeben der mittels Sattdampf vorkonditionierten Ausgangsstoffe und deren Förderung in einem ersten Maschinenabschnitt,
- b) physikalische und/oder chemische Stoffwandlung der Ausgangsstoffe aufgrund der Scherbeanspruchung, Energiedissipation und Verdichtung in einem zweiten Maschinenabschnitt,
- c) Entspannen der im Verfahrensschritt b) bearbeiteten Stoffe bei gleichzeitigem Abführen von Gasen und/oder Dämpfen aus der Maschine in einem dritten Maschinenabschnitt,
- d) Fördern und erneutes Verdichten der in den vorhergehenden Verfahrensschritten bearbeiteten Stoffe gegen einen Ausgangswiderstand in einem dem Verfahrensschritt c) nachfolgenden Maschinenabschnitt und
- e) Abkühlen der hinter dem Ausgangswiderstand aus der Maschine austretenden Produkte.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, in einem
einzigen Arbeitsverfahren in einem oder in getrennten Maschinengehäusen die
Arbeitsweisen eines Extruders und eines Expanders zu kombinieren, ohne
gleichzeitig die Nachteile in Kauf zu nehmen, die die beiden Verfahren als
Einzelprozesse aufweisen. Insbesondere durch einen Wechsel der
Schneckengeometrie über die Länge der Schnecke und Veränderungen der
Gehäusegeometrie ist es möglich das Verfahren so zu steuern, daß in einem
ersten Schneckenabschnitt der Maschine aufgrund der verfahrensbedingt
ausgewählten Schneckensteigung und Gehäusegeometrie die hohen Scherkräfte
genutzt werden, um die gewünschte physikalische und/oder chemische
Stoffwandlung der in die Maschine eingegebenen Ausgangsstoffe herbeizuführen.
Die solchermaßen bearbeiteten, erwärmten und unter einem hohen Druck
stehenden Stoffe können sich in einem nachfolgenden Schneckenabschnitt
aufgrund der gewählten anderen Schnecken- und Gehäusegeometrie wieder
entspannen. Die bei der Entspannung freigegebenen Gase und Dämpfe werden in
diesem Maschinenabschnitt aus der Maschine abgeführt, so daß die in der
Maschine verbleibenden Stoffe nunmehr eine schon deutlich verringerte
Feuchtigkeit aufweisen. Im Anschluß an diese Expansions- und
Entspannungszone werden die in der Maschine befindlichen Stoffe über die
Schnecke weiter in Richtung des Maschinenausgangs gegen einen
Ausgangswiderstand gefördert, wodurch die zuvor entspannten Stoffe erneut
verdichtet werden. Aufgrund der reduzierten Feuchtigkeit in den Stoffen bildet sich
bei der erneuten Verdichtung kein bedeutender Dampfdruck innerhalb der Stoffe
aus, so daß beim Austritt aus der Maschine keine die Porosität und Schüttdichte
signifidant beeinflussende Expansion auftritt. Nach dem Verlassen der Produkte
aus der Maschine ist es lediglich notwendig, diese zu kühlen, wie dies aber auch
bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren notwendig ist.
Aufgrund der internen Entspannung unter gleichzeitiger Abführung der
austretenden Gase und Dämpfe ist es mit diesem Verfahren möglich, ein
Zwischenprodukt oder Mischfutterfertigprodukt für Tiere herzustellen, dessen
Endfeuchtigkeit unterhalb der maximal zulässigen Feuchtigkeit liegt, so daß ein
nachträgliches kostenintensives Trocknen entfallen kann. Durch die erneute
Verdichtung der Stoffe nach der internen Entspannungsphase wird darüber hinaus
ein Zwischenprodukt oder Mischfutterfertigprodukt für Tiere mit einer hohen
Schüttdichte erreicht, so daß insoweit mit diesem Verfahren auch die Nachteile
des üblichen Expander-Verfahrens ausgeräumt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
während mindestens einem der Verfahrensschritte a) bis d) von außen
Zusatzstoffe, insbesondere flüssige Komponenten, zu den in der Maschine
befindlichen Stoffen hinzu gegeben werden. Eine solche Zugabe von Stoffen
während des Verarbeitungsprozesses kann erforderlich sein, um beispielsweise
die an das Endprodukt hinsichtlich der stofflichen Veränderungen, Härte,
Abriebfestigkeit, Schüttdichte oder dergleichen gestellten Anforderungen bei den
unterschiedlichsten Ausgangsstoffen zu erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
vorgeschlagen, daß der Maschine zumindest abschnittsweise von außen Wärme
zugeführt wird. Eine solche externe Wärmezufuhr ist insbesondere dann
notwendig, wenn die aufgrund der Energiedissipation erhaltene Wärme in der
Maschine nicht ausreicht, um die gewünschte chemische und/oder physikalische
Stoffwandlung, insbesondere die Gelatinierung der Stoffe sowie Modifikation der
Stärke und des Proteins, zu bewirken.
Gemäß einer besonders energiesparenden und somit kostengünstigen
Betriebsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die im
Verfahrensschritt c) aus der Maschine abgeführten Gase und/oder Dämpfe einer
Abwärmenutzung zugeführt werden, z. B. teilweise zum Vorkonditionieren der
Ausgangsstoffe vor dem Verfahrensschritt a) und/oder zumindest teilweise zur
abschnittweisen äußeren Wärmezufuhr. Durch diese Wärmerückgewinnung kann
ein Teil der zum Vorkonditionieren der Ausgangsstoffe und/oder zum Erwärmen
der Maschine von außen notwendigen Wärme durch die aus dem
Herstellungsprozeß abgeführte Wärme bereitgestellt werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als
Ausgangswiderstand gegen den im Verfahrensschritt d) die in der Maschine
befindlichen Stoffe erneut verdichtet werden, eine mit Durchgangsbohrungen
versehene Matrize verwendet. Solche Matrizen werden insbesondere zur
Herstellung von zylindrischen Futtermittel-Pellets eingesetzt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß als
Ausgangswiderstand ein einen Spalt, insbesondere Ringspalt oder geraden Spalt,
bildender Einsatz verwendet wird. Diese Einsätze kommen insbesondere zum
Einsatz, wenn Futtermittel nicht mit einer definierten geometrischen Form,
beispielsweise als Granulat, hergestellt wird.
Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die die Maschine
verlassenden Produkte hinter dem Ausgangswiderstand mittels einer
Schneidvorrichtung abgetrennt werden. Diese Schneidvorrichtung kann
beispielsweise in der Form rotierender Messer zum Herstellen der Futtermittel-
Pellets oder in der Form von Walzen zum Strukturieren des Futtermittel-Granulats
ausgebildet sein.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gemäß der
vorrichtungsmäßigen Lösung der Aufgabenstellung eine Maschine mit einem
oder mehreren getrennten Maschinengehäusen und mindestens einer im
jeweiligen Maschinengehäuse drehbar gelagerten Schneckenwelle vorgeschlagen,
bei der in einem Abschnitt der Maschine, in dem die bearbeiteten Stoffe entspannt
werden, mindestens eine Entgasungsöffnung im Gehäuse der Maschine
vorgesehen ist.
Mit Vorteil ist die Maschine so aufgebaut, daß der freie Strömungsquerschnitt
zwischen der Gehäuseinnenwand und dem Kerndurchmesser der Schneckenwelle
in zumindest einem Teilabschnitt der Maschine durch zumindest eine Verengung
reduzierbar ist.
Da es sich in praktischen Versuchen herausgestellt hat, daß die physikalischen
und/oder chemischen Stoffwandlungen der Ausgangsstoffe nicht allein durch die
hydrothermischen Bedingungen in einem Extruder erzielt werden, sondern
vielmehr die Erzeugung hoher Scherkräfte notwendig ist, um die gewünschte
Stoffwandlung der Ausgangsstoffe zu erreichen, ist bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung der freie Strömungsquerschnitt in zumindest einem Teilbereich der
Maschine reduzierbar ausgebildet. Im Bereich dieses reduzierten freien
Strömungsquerschnittes werden entlang der Wegstrecke der Verengung
Stoffrezirkulationen und hohe Scherkräfte erzeugt, die die gewünschte
physikalische und/oder chemische Stoffwandlung der Ausgangsstoffe aufgrund der
Scherbeanspruchung und Energiedissipation bewirken. Insbesondere bei
Maschinen mit nur einer Schneckenwelle hat sich die Ausbildung einer solchen
Verengung in einem Maschinenabschnitt als äußerst günstig erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Maß der
mindestens einen Verengung variabel einstellbar. Durch diese Einstellbarkeit der
Verengung kann der Zusammensetzung der Ausgangsstoffe Rechnung getragen,
eine Einstellung des Stoffwandlungsgrades erzielt und das Anfahrverhalten der
Maschine vorteilhaft beeinflußt werden.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die in die Maschine aufgegebenen und
vorkonditionierten Ausgangsstoffe in einem ersten Maschinenabschnitt aufgrund
von Scherbeanspruchungen und Energiedissipation einer physikalischen und/oder
chemischen Stoffwandlung unterzogen werden sollen, ist es zur Durchführung
dieses Verfahrens vorteilhaft, wenn die Verengung des freien
Strömungsquerschnittes in eben diesem Maschinenabschnitt, in dem die
Stoffwandlung und erste Verdichtung der Ausgangsstoffe stattfindet, ausgebildet
ist. Vorzugsweise ist die Verengung am Ende dieses Maschinenabschnittes
ausgebildet, so daß vor dem Übergang in den nachfolgenden Abschnitt der
Maschine aufgrund der im Verengungsbereich erzeugten hohen Scherkräfte die
Stoffwandlung der Ausgangsstoffe stattfindet.
Gemäß einer ersten praktischen Ausführungsform der Erfindung ist die
mindestens eine Verengung an der Gehäuseinnenwand, also am Stator
ausgebildet. Eine solche gehäuseseitige Verengung kann beispielsweise durch
eine in das Maschinengehäuse eingesetzte Blende erzielt werden, die den freien
Strömungsquerschnitt reduziert und deren Durchlaßöffnung vorzugsweise variabel
einstellbar ausgestaltet ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der gehäuseseitigen Ausbildung der
Verengung wird vorgeschlagen, daß die Verengung als mechanisch, elektrisch,
pneumatisch oder hydraulisch verstellbarer Kolbenring ausgebildet ist. Das
Verstellen dieses einen Teil der Gehäuseinnenwand bildenden Kolbenrings
bewirkt dabei eine gleichmäßige Verringerung des freien Strömungsquerschnitts
zwischen Gehäuseinnenwand und Kerndurchmesser der Schneckenwelle.
Mit einer zweiten prinzipiellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wird vorgeschlagen, die mindestens eine Verengung an der
Schneckenwelle, also am Rotor auszubilden.
Eine solche Verengung der Schneckenwelle kann beispielsweise durch einen
mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch verstellbaren Kolbenring
bewirkt werden. Dieser auf der Schneckenwelle angeordnete Kolbenring wird
dabei bei der Betätigung auseinandergedrückt, so daß dadurch der freie
Strömungsquerschnitt zwischen der Gehäuseinnenwand und dem
Kerndurchmesser der Schneckenwelle im Bereich des Kolbenrings reduziert wird.
Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das Verhältnis des im
Bereich der mindestens einen Verengung verbleibenden freien
Strömungsquerschnitts zur axialen Länge der Verengung an die jeweiligen
Eigenschaften der zu bearbeitenden Ausgangsstoffe, den jeweils gewünschten
Stoffwandlungsgrad der Ausgangsstoffe und/oder die Betriebsbedingungen
anpaßbar ist. Da das Maß der erzeugten Scherkräfte einerseits vom freien
Strömungsquerschnitt abhängig ist andererseits aber auch maßgeblich von der
Wegstrecke der Verengung beeinflußt wird, läßt sich durch das Einstellen des
Verhältnisses Durchmesser/Wegstrecke der Stoffwandlungsgrad der
Ausgangsstoffe in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den
Eigenschaften der Ausgangsstoffe beeinflussen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der schematisch drei
Ausführungsformen einer eine Schnecke aufweisenden Maschine mit einem
Gehäuse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt sind. In
der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Details II gemäß Fig. 1 gemäß einer
zweiten Ausführungsform und
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Details III gemäß Fig. 1 gemäß einer
dritten Ausführungsform.
Die in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 3 dargestellten Maschinen zur
Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Zwischenprodukten und
Mischfutterfertigprodukten für Tiere weisen eine in einem Gehäuse 1 drehbar
gelagerte Schnecke 2 auf. Die Schnecke 2 besteht aus einer Schneckenwelle 3,
auf deren Umfangsfläche Schneckengewinde 4 unterschiedlicher Steigung
angeordnet sind.
Die Schneckenwelle 3 kann mittels eines Motors 5 und beispielsweise einem
zwischengeschaltetem Getriebe 6 mit verschiedenen Drehzahlen und sowohl im
Vorwärts- als auch im Rückwärtslauf angetrieben werden.
Das mit diesen Maschinen durchzuführende Verfahren zur Herstellung von
Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für Tiere läuft wie folgt ab:
Im mit a) gekennzeichneten ersten Verfahrensschritt werden der Maschine über
einen Aufgabetrichter 7 die zu verarbeitenden vorkonditionierten Ausgangsstoffe 8
aufgegeben. Das Vorkonditionieren der Ausgangsstoffe 8 erfolgt mittels
Sattdampf, wobei den Ausgangsstoffen 8 mittels dieses Sattdampfes einerseits
Feuchtigkeit und andererseits Wärme zugeführt wird.
Im Bereich des Verfahrensschrittes a) ist die Schneckengeometrie, d. h. die
Steigung des auf der Schneckenwelle 3 angeordneten Schneckengewindes 4
relativ flach ausgebildet, so daß in diesem Bereich nahezu ausschließlich ein
Transport der in die Maschine aufgegebenen Ausgangsstoffe 8 hin zum Ausgang
der Maschine erfolgt. Im mit b) gekennzeichneten zweiten Verfahrensschritt ist das
Schneckengewinde 4 sehr viel steiler ausgebildet als im vorhergehenden
Verfahrensschritt a), so daß neben dem Transport der in der Maschine
befindlichen Stoffe eine starke Scherbeanspruchung der Stoffe erfolgt. Aufgrund
der hohen Scherbeanspruchung der in der Maschine befindlichen Stoffe im
Verfahrensschritt b) wird durch Energiedissipation die über die Schneckenwelle 3
eingebrachte mechanische Energie in Wärme umgewandelt, so daß eine weitere
Temperaturerhöhung der zu bearbeitenden Stoffe stattfindet. Die
Temperaturerhöhung der in der Maschine befindlichen Stoffe im Verfahrensschritt
b) führt zu einer Gelatinierung der Stoffe, d. h. daß diese Stoffe ein pastöses
Fließverhalten aufweisen. Die Temperaturerhöhung der in der Maschine
befindlichen Stoffe auf in der Regel über 100°C ist darüber hinaus bei der
Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für Tiere
wichtig, um eine physikalische und/oder chemische Stoffwandlung innerhalb der
zu verarbeitenden Stoffe zu bewirken. Diese Stoffwandlung betrifft beispielsweise
den Aufschlußgrad der Stärke (Gelatinierung), die Spaltung von Proteinen zur
Bildung denaturierter Proteine und hierbei beispielsweise pansenstabiler Proteine
sowie die Inaktivierung antinutritiver Substanzen und die Verbesserung des
Hygiene-Status des Futters.
Die während der Vorkonditionierung in die Ausgangsstoffe 8 eingebrachte hohe
Feuchtigkeit führt zusammen mit der starken Erwärmung der Stoffe im
Verfahrensschritt b) dazu, daß sich innerhalb der Stoffe ein hoher Dampfdruck
aufbaut. Im Übergang vom Verfahrensschritt b) zum mit c) gekennzeichneten
dritten Verfahrensschritt ändert sich die Steigung des Schneckengewindes wieder
hin zu einem flacheren Gewinde. Dieses flache Gewinde ermöglicht es den im
Verfahrensschritt b) mechanisch stark beanspruchten und verdichteten Stoffen
sich wieder zu entspannen. Der im Verfahrensschritt b) aufgebaute hohe Druck
wird beim Übergang zum Verfahrensschritt c) schlagartig abgebaut. Zum Abführen
der bei dieser Entspannung und Expansion austretenden Gase und/oder Dämpfe
ist im Bereich des Verfahrensschrittes c) im Gehäuse 1 der Maschine wenigstens
eine Entgasungsöffnung 9 vorgesehen, über die die Gase und/oder Dämpfe
abgeführt werden können. Zur Energierückgewinnung können diese über die
Entgasungsöffnung 9 abgeführten Gase und/oder Dämpfe beispielsweise zum
Vorkonditionieren der Ausgangsstoffe 8 und/oder zum Beheizen des Gehäuses 1
verwendet werden, wenn dies gewünscht wird und thermodynamisch möglich ist.
Die Steigung des Schneckengewindes 4 im Verfahrensschritt c) sowie im sich
daran anschließenden, mit d) gekennzeichneten vierten Verfahrensschritt ist so
ausgelegt, daß in diesen Verfahrensschritten wiederum hauptsächlich ein
Transport der in der Maschine befindlichen Stoffe hin zum Ausgang der Maschine
erfolgt. Am Ende der Schneckenwelle 3 ist das Gehäuse 1 durch einen
Ausgangswiderstand 10 verschlossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Ausgangswiderstand 10 als mit Durchgangsbohrungen 11 versehene Matrize
ausgebildet. Da dieser Ausgangswiderstand 10 den Ausgangsdurchmesser des
Gehäuses 1 deutlich verringert, werden im Verfahrensschritt d) die über die
Schnecke hin zum Ausgang der Maschine geförderten Stoffe nach der
Entspannung im Verfahrensschritt c) erneut verdichtet, bevor sie durch die
Durchgangsbohrungen 11 des Ausgangswiderstandes 10 aus der Maschine
herausgedrückt werden. Aufgrund der Gelatinierung der Stoffe im
Verfahrensschritt b) weisen die Stoffe eine noch ausreichende Fließfähigkeit auf,
so daß diese aufgrund des Ausgangswiderstandes 10 zwar erneut verdichtet
werden, aber dennoch eine ausreichende Fließfähigkeit zum Durchtreten durch die
Durchgangsbohrungen 11 des Ausgangswiderstandes 10 aufweisen. Neben den
dargestellten Durchgangsbohrungen 11 können auch beliebige andere
geometrische Formen in der Ausgangswiderstands-Matrize ausgebildet sein.
Im mit e) gekennzeichneten fünften Verfahrensschritt werden die aus der
Maschine austretenden Zwischenprodukte und Mischfutterfertigprodukte für Tiere
beispielsweise in einem Luftstrom gekühlt. Hinter dem Ausgangswiderstand 10
kann eine - nicht dargestellte - Schneidvorrichtung angeordnet sein, um die
Zwischenprodukte und Mischfutterfertigprodukte für Tiere auf eine gewünschte
geometrische Form abzulängen oder aber in Walzenspalten zu strukturiertem
Granulat zu verarbeiten.
Während die Ausführungsform der Maschine gemäß Fig. 1 in der Regel verwendet
wird, wenn die Maschine mit zwei parallel zueinander angeordneten
Schneckenwellen 3 versehen ist, werden die in den Abbildungen Fig. 2 und 3 nur
ausschnittweise dargestellten Ausführungsformen der Maschine insbesondere für
Maschinen verwendet, die mit nur einer Schneckenwelle 3 arbeiten.
Da die im mit b) gekennzeichneten zweiten Verfahrensschritt stattfindende
physikalische und/oder chemische Stoffwandlung der Ausgangsstoffe 8 nicht allein
durch hydrothermische Prozesse erfolgt, sondern insbesondere durch hohe
Scherkräfte und die damit verbundene Energiedissipation bewirkt wird, ist bei den
Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 3 am Ende des mit b) gekennzeichneten
zweiten Verfahrensschritt in dem die Stoffwandlung stattfindet und die
Ausgangsstoffe 8 einer ersten Verdichtung unterzogen werden, eine Verengung
12 der freien Querschnittsfläche zwischen der Gehäuseinnenwand 1a und dem
Kerndurchmesser 3a der Schneckenwelle ausgebildet.
Durch die Verengung des freien Strömungsquerschnitts werden einerseits die
Ausgangsstoffe weiter verdichtet und andererseits die auf die Ausgangsstoffe 8
wirkenden Scherkräfte deutlich erhöht. Die damit einhergehende
Energiedissipation trägt wesentlich zu der gewünschten physikalischen und/oder
chemischen Stoffwandlung der Ausgangsstoffe 8 bei.
Das Maß des Stoffwandlungsgrades im Bereich der Verengung 12 ist abhängig
vom Verhältnis des freien Strömungsquerschnitts zwischen Gehäuseinnenwand
1a und Kerndurchmesser 3a der Schneckenwelle 3 im Bereich der Verengung 12
und der Weglänge der Verengung 12, d. h. der Strecke, entlang der aufgrund der
Verengung 12 hohe Scherkräfte auf die Ausgangsstoffe 8 ausgeübt werden. Je
nach Art und Zusammensetzung der Ausgangsstoffe 8 sowie des gewünschten
Stoffwandlungsgrades kann dieses Verhältnis zwischen Strömungsquerschnitt und
Weglänge der Verengung 12 eingestellt werden.
In den Abbildungen Fig. 2 und 3 sind zwei Möglichkeiten dargestellt, wie eine
solche Verengung 12 ausgebildet sein kann. Gemäß Fig. 2 ist die Verengung 12
gehäuseseitig, also am Stator ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Verengung 12 als starre Verringerung des Querschnitts ausgebildet.
Neben dieser Art der Ausbildung der Verengung 12 kann die gehäuseseitige
Verengung 12 auch beispielsweise als in das Gehäuse eingesetzte Blende oder
als in die Gehäuseinnenwand 1a eingesetzter steuerbarer Kolbenring ausgebildet
sein. Bei der Verwendung der Blende oder des Kolbenrings läßt sich der jeweils
zur Verfügung stehende freie Strömungsquerschnitt variabel einstellen.
Unabhängig von der Zusammensetzung der Ausgangsstoffe 8 kann eine Variation
des freien Strömungsquerschnitts auch für verschiedene Betriebszustände der
Maschine, beispielsweise in der Anfahrphase oder unter Vollast vorteilhaft sein.
Fig. 3 zeigt eine zweite prinzipielle Ausführungsform, wie die Verengung 12
ausgebildet sein kann. Bei dieser Ausführungsform ist die Verengung 12 an der
Schneckenwelle 3, also am Rotor der Maschine ausgebildet. Während die
dargestellte Verengung 12 wiederum als starre Verengung 12 dargestellt ist, ist es
auch im Fall der wellenseitigen Verengung 12 möglich, diese beispielsweise mit
einem auf der Schneckenwelle 3 angeordneten Kolbenring so auszugestalten, daß
der verbleibende Strömungsquerschnitt variabel einstellbar ist.
Neben der Anordnung nur einer Verengung 12 im Bereich des mit b)
gekennzeichneten zweiten Verfahrensschrittes ist es selbstverständlich auch
möglich, mehrere Verengungen 12 in ein und demselben Verfahrensschritt oder in
unterschiedlichen Verfahrensschritten anzuordnen, wenn dies die
Betriebsbedingungen erforderlich machen.
Dieses Verfahren zur Herstellung von Zwischenprodukten und
Mischfutterfertigprodukten für Tiere zeichnet sich dadurch aus, daß im
Verfahrensschritt b) aufgrund der hohen mechanischen Scherbeanspruchung der
in der Maschine befindlichen Stoffe diese einer physikalischen und/oder
chemischen Stoffwandlung unterzogen werden die es ermöglicht, die gewünschten
Produkteigenschaften, insbesondere für die Stärke- und Proteinfraktionen und
dergleichen herbeizuführen. Im daran anschließenden Verfahrensschritt c) können
sich die im Verfahrensschritt b) stark erwärmten und verdichteten Stoffe
entspannen. Während dieser Entspannung im Verfahrensschritt c) wird der zuvor
aufgebaute hohe Dampfdruck innerhalb der Stoffe abgebaut und der Dampf aus
der Maschine abgeführt, was zu einer Trocknung der Stoffe führt, die es
überflüssig macht, daß die Zwischenprodukte und Mischfutterfertigprodukte für
Tiere am Ende des Verfahrens nachträglich getrocknet werden müssen. Um
wieder eine gewünschte hohe Schüttdichte der Produkte zu erreichen, werden im
sich an den Entspannungsabschnitt anschließenden Verfahrensschritt d) die Stoffe
gegen einen Ausgangswiderstand 10 erneut verdichtet, so daß die die Maschine
verlassenden Produkte neben der gewünschten Feuchtigkeit von weniger als 15%
auch eine ausreichend hohe Schüttdichte aufweisen.
1
Gehäuse
1
a Gehäuseinnenwand
2
Schnecke
3
Schneckenwelle
3
a Kerndurchmesser
4
Schneckengewinde
5
Motor
6
Getriebe
7
Aufgabetrichter
8
Ausgangsstoffe
9
Entgasungsöffnung
10
Ausgangswiderstand
11
Durchgangsbohrung
12
Verengung
a) 1. Verfahrensschritt
b) 2. Verfahrensschritt
c) 3. Verfahrensschritt
d) 4. Verfahrensschritt
e) 5. Verfahrensschritt
a) 1. Verfahrensschritt
b) 2. Verfahrensschritt
c) 3. Verfahrensschritt
d) 4. Verfahrensschritt
e) 5. Verfahrensschritt
Claims (21)
1. Verfahren zur Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigpro
dukten für Tiere mittels einer mindestens eine zum Transportieren, intensiven
Scheren, Erwärmen, Stoffwandeln und Verdichten von Ausgangsstoffen (8)
dienenden Schnecke (2) aufweisenden Maschine, mit folgenden, aufeinander
folgenden Verfahrensschritten:
- a) Aufgeben der mittels Sattdampf vorkonditionierten Ausgangs stoffe (8) und deren Förderung in einem ersten Maschinenabschnitt,
- b) physikalische und/oder chemische Stoffwandlung der Ausgangs stoffe (8) aufgrund der Scherbeanspruchung, Energiedissipation und Verdichtung in einem zweiten Maschinenabschnitt,
- c) Entspannen der im Verfahrensschritt b) bearbeiteten Stoffe bei gleichzeitiger Abführung von Gasen und/oder Dämpfen aus der Ma schine in einem dritten Maschinenabschnitt,
- d) Fördern und erneutes Verdichten der in den vorhergehenden Verfah rensschritten bearbeiteten Stoffe gegen einen Ausgangswiderstand (10) in einem dem Verfahrensschritt c) nachfolgenden Maschinenab schnitt und
- e) Abkühlen der hinter dem Ausgangswiderstand (10) aus der Maschine austretenden Produkte.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während
mindestens einem der Verfahrensschritte a) bis d) von außen Zusatzstoffe,
insbesondere flüssige Komponenten, zu den in der Maschine befindlichen
Stoffen hinzugegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Maschine zumindest abschnittweise von außen Wärme zugeführt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die im Verfahrensschritt c) aus der Maschine
abgeführten Gase und/oder Dämpfe zumindest teilweise zum
Vorkonditionieren der Ausgangsstoffe (8) vor dem Verfahrensschritt a)
verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im
Verfahrensschritt c) aus der Maschine abgeführten Gase und/oder Dämpfe
zumindest teilweise verwendet werden, um der Maschine von außen Wärme
zuzuführen.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß als Ausgangswiderstand (10) eine Matrize zur
Formgebung der herzustellenden Produkte verwendet wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß als Ausgangswiderstand (10) eine mit
Durchgangsbohrungen (11) versehene Matrize verwendet wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß als Ausgangswiderstand (10) ein einen Spalt,
insbesondere Ringspalt oder geraden Spalt, bildender Einsatz verwendet
wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Maschine verlassenden Produkte hinter dem
Ausgangswiderstand (10) mittels einer Schneidvorrichtung abgelängt werden.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Maschine verlassenden Produkte hinter dem
Ausgangswiderstand (10) mittels einer nachfolgenden, mindestens ein
Walzenpaar aufweisenden Maschine strukturiert werden.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 10 mit einem oder mehreren Maschinengehäusen (1) und
mindestens einer in einem Maschinengehäuse (1) drehbar gelagerten
Schneckenwelle (3),
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Abschnitt der Maschine in dem die bearbeitenden Stoffe
entspannt werden, mindestens eine Entgasungsöffnung (9) im Gehäuse (1)
der Maschine vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der freie
Strömungsquerschnitt zwischen der Gehäuseinnenwand (1a) und dem
Kerndurchmesser (3a) der Schneckenwelle (3) in zumindest einem
Teilabschnitt der Maschine durch zumindest eine Verengung (12) reduzierbar
ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der
den freien Strömungsquerschnitt reduzierenden Verengung (12) variabel
einstellbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verengung (12) des freien Strömungsquerschnitts in dem
Maschinenabschnitt ausgebildet ist, in dem die Stoffwandlung und erste
Verdichtung der Ausgangsstoffe (8) stattfindet.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung
(12) am Ende des Maschinenabschnittes ausgebildet ist, in dem die
Stoffwandlung und erste Verdichtung der Ausgangsstoffe (8) stattfindet.
16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die mindestens eine Verengung (12) an der
Gehäuseinnenwand (1a) ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung
(12) als in das Maschinengehäuse (1) eingesetzte Blende ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung
(12) als mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch verstellbarer
Kolbenring ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die mindestens eine Verengung (12) an der
Schneckenwelle (3) ausgebildet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung
(12) als mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch verstellbarer
Kolbenring ausgebildet ist.
21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis des im Bereich der mindestens einen
Verengung (12) verbleibenden freien Strömungsquerschnitts zur axialen
Länge der Verengung (12) an die jeweiligen Eigenschaften der zu
bearbeitenden Ausgangsstoffe (8), den jeweils gewünschten
Stoffwandlungsgrad der Ausgangsstoffe (8) und/oder die
Betriebsbedingungen anpaßbar ist.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1999113514 DE19913514C1 (de) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für Tiere |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1999113514 DE19913514C1 (de) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für Tiere |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=7902348
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DE1999113514 Revoked DE19913514C1 (de) | 1999-02-11 | 1999-03-25 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zwischenprodukten und Mischfutterfertigprodukten für Tiere |
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Country | Link |
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