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Cxtrusionsverfahren und -vorrichtung
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Die Erfindung befaßt sich mit Extrusionspressen, insbesondere zur
Herstellung von Tierfutterpellets.
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Extrudierte Tierfutter werden im allgemeinen auf Pressen hergestellt,
die aus einem zylindrischen Form- bzw. Mundstück mit Extrusionsöffnungen in der
Form von mehr oder weniger radial zum Mundstückzylinder gebohrten Löchern mit einem
Durchmesser entsprechend der geforderten Produktgröße bestehen. Eine Preß- bzw.
Quetschrolle, die unabhängig angeordnet ist und die mit der Innenfläche des Mundstücks
in enge Berührung bewegt werden kann, ist unter Reibung durch die Rotation des Mundstücks
angetrieben. Zu extrudierendes Material, das normalerweise mittels offenen Dampfs
zu einer feuchten, etwas plastischen Konsistenz aufgewärmt ist, wird in das Mundstück
eingeführt und durch die Öffnungen hindurchgedrückt, wenn es zwischen die Quetschrolle
und das Mundstück eingequetscht wird. Das extrudierte Produkt wird auf die geforderte
Länge zugeschnitten oder abgebrochen, wenn es aus der Außenfläche des Mundstücks
austritt.
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Es gibt Varianten, bei denen ein freilaufendes Mundstück unter Reibung
mittels direkt angetriebener Quetschrollen angetrieben ist oder bei denen das Mundstück
eine flache Scheibe ist und sich
die Quetschrolle auf einer ringförmigen
Bahn bewegt.
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Ein grundsätzliches Problem beim Betrieb dieser Pressen besteht darin,
daß sie zum Blockieren, Verstopfen oder Überfließen neigen, was die Abschaltung
der Anlage notwendig macht, um Material im Rollenspalt zu entfernen, oder was sogar
den Ausbau des Mundstücks erforderlich macht, damit jedes Loch einzeln gereinigt
werden kann. Pressenverstopfungen stehen im allgemeinen in Verbindung mit hohen
Zuführungstemperaturen, hohen Gehalten an klebrigen Komponenten wie beispielsweise
Molasse und/oder übermäßigen Zuführungsmengen; jedoch schwanken die kritischen Bedingungen
von Zusammensetzung zu Zusammensetzung.
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Die Anforderungen der Industrie sehen jedoch vor, daß bei einer gegebenen
Zusammensetzung üblicherweise nur kurze Produktionsläufe ausgeführt rt werden, und
daher muß die optaale Abgleichung der Bedingungen kontinuierlich verändert werden.
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Die Betreiber verlassen sich sehr stark auf eine subjektive Einschätzung
der Zuführungsbedingungen und haben zur Vermeidung von Blockagen und Verstopfungen
die Neigung, die Presse bei "sicheren" Arbeitsbedingungen laufen zu lassen, die
weit von dem Optimum hinsichtlich der Produktqualität und der Ausstoßmenge entfernt
sein können.
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Es ist jetzt festgestellt worden, daß der Schlupf zwischen dem Mundstück
und der Rolle mit beispieisweise zunehmenden Zuführungsraten des Materials zum Spalt
zunimmt. In Abhängigkeit von der besonderen Art, Temperatur, Zusammensetzung etc.
des Materials ist der bei bestimmten Zuführungsmengen auftretende Schlupf unterschiedlich,
ebenso wie die Größe der Änderung des Schlupfs mit zunehmenden Zuführungsmengen.
Es ist jedoch festgestellt worden, daß für eine besondere Zusammenstellung der Betriebsbedingungen
ein Wert für den Schlupf oder die Größe der Veränderung des Schlupfs gegeben ist,
der bei seiner Überschreitung dazu neigt, zu Blockagen zu führen. Im allgemeinen
nimmt der Schlupf
bei geringen Zuführungsmengen etwa linear mit
der Zunahme der Zuführungsmenge zu, wenn jedoch die Zuführungsmenge zunimmt, nimmt
der Schlupf schneller zu, d.h. die Größe der Veränderung des Schlupfs nimmt zu.
Zwar gibt es keine scharfe Veränderung von einer linearen Zunahme des Schlupfs bei
zunehmender Zuführungsmenge, jedoch kann das Einsetzen der schnelleren Veränderung
des Schlupfs etwa bei der optimalen Zuführungsmenge liegen.
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Die Erfindung sieht vor ein Verfahren zum Extrudieren eines Materials,
und zwar durch Zuführen des Materials in den Spalt zwischen einer Druck- bzw. Quetschrolle
und einem Mundstück mit Extrusionsöffnungen, durch die das Material hindurchgedrückt
wird, wobei entweder die Rolle oder das Formstück angetrieben wird, was das jeweils
andere Teil, d.h. das Mundstück oder die Rolle, zur Rotation veranlaßt, und durch
Feststellen des Schlupfs zwischen der Rolle und dem Mundstück und durch Veränderung
der Zuführung des Materials zu dem Spalt, wenn der Schlupf einem vorbestimmten Wert
entspricht oder wenn die Größe der Veränderung des Schlupfs einem vorbestimmten
Wert entspricht.
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So kann durch Feststellen des Schlupfs die Regelung des Betriebs der
Extrusionspresse verbessert werden. Die Materialzuführung zu dem Spalt kann durch
Anhalten oder Reduzieren der Zuführungsmenge oder durch Veränderung ihrer Temperatur,
Zusammensetzung oder anderer Parameter verändert werden.
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Der Schlupf zwischen der Rolle und dem Mundstück kann festgestellt
werden mit Hilfe der Beschaffung von elektrischen Signalen proportional den Umfangsgeschwindigkeiten
von Rolle und Mundstück und mit Hilfe der Zuführung der Signale zu einem Vergleicher
bzw. Komparator. Der Vergleicher kann ein Ausgangssignal erzeugen, das einen akustischen
und/oder visuellen Alarm auslöst, wenn der Schlupf oder die Größe der änderung des
Schlupfs dem vorbestimmten Wert entspricht. Alternativ
kann der
Vergleicher ein Ausgangssignal erzeugen, das als Prozeßsteuerung zur Regelung der
Materialzuführung zum Spalt zwischen Rolle und Mundstück verwendet wird.
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Die Erfindung sieht des weiteren vor eine Rollen/Mundstück-Extrusionspresse
mit einem Rotationsmundstück mit einer Vielzahl von Extrusionsöffnungen, mit mindestens
einer Drück- bzw.
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Quetschrolle, die in reibungsbehafteter Zusammenwirkung mit dem Rotationsmundstück
rotieren kann, um das Material durch die Öffnungen hindurchzudrücken, mit Antriebsmitteln
für die Rotation des Mundstücks und der Quetschrolle, das eine Teil direkt und das
andere Teil über die reibungsbehaftete Zusammenwirkung, wobei mit der Quetschrolle
und dem Musterstück in Verbindung stehende Meßmittel zur Feststellung des Schlupfs
zwischen Rdle und Musterstück und ein Vergleicher vorgesehen sind, der ein den Schlupf
betreffendes Ausgangssignal zu liefern vermag in Abhängigkeit von den Signalen der
Meßmittel.
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Die Meßmittel können auch zur Lieferung eines die Größe der Änderung
des Schlupfs ' zwischen Rolle und Mundstück betreffenden Ausgangssignals vorgesehen
und ausgebildet sein.
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Die Meßmittel sind zweckmäßigerweise durch Annäherungsdetektoren zur
Ertastung der Rotation von Rolle und Mundstück gebildet, und der Vergleicher ist
in ebenfalls zweckmäßiger Weise zur Aufnahme der Ausgangssignale der Detektoren
und zur Lieferung eines vom Schlupf abhängigen Vergleicherausgangssignals ausgebildet
und bestimmt.
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Wie bereits angegeben ist das Rotationsmundstück im allgemeinen zylindrisch,
obwohl auch kreisscheibenförmig gestaltete Mundstücke verwendet werden können, und
die vorliegende Erfindung ist in gleicher Weise auf derartige Mundstücke anwendbar.
Zwar ist das Mundstück im allgemeinen direkt angetrieben und die Rolle über die
reibungsbehaftete Zusammenwirkung angetrieben, dennoch kann diese Antriebsweise
auch eine umgekehrte sein.
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Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die drei schematischen Figuren beschrieben.
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Beispiel 1 In Figur 1 ist ein an einer Produktionspresse für Tierfutterpellets
installiertes System dargestellt. Diese Art der Presse ist typisch für eine sehr
große Anzahl von in kommerzieller Nutzung stehenden Gestaltungen.
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Das Reihen von Extrusionsöffnungen in einer zylindrischen Anordnung
tragende Mundstück 101 ist an einer rückwärtigen Platte an dem Ende einer Hohlwelle
102 angeklemmt, die über ein Hauptantriebszahnrad 103 angetrieben ist. Hohle Quetschrollen
104 sind in geeigneten Lagern an exzentrisch angeordneten Rollenlagerwellen 105
gelagert. Nicht dargestellte Mittel sind vorgesehen, um einen kleinen Rotationsbogen
der Rollenlagerwelle 105 zu schaffen und um so die Einstellung des Spiels zwischen
dem Mundstück 101 und den Quetschrollen 104 zu ermöglichen.
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Die Rollenlagerwellen 105 sind an einer rückwärtigen Platte 106 und
einem vorderen Träger 107 gelagert, der am Ende einer stationären Welle 108 angeordnet
ist, die ihrerseits innerhalb der Hohlwelle 102 angeordnet ist.
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Eine Information über die Rotationsgeschwindigkeit einer der Quetschrollen
104 wird von ersten Meßmitteln geliefert, die in einem Annäherungsdetektor 109 bestehen,
der an der rückwärtigen Platte 106 angeordnet ist. Der Annährungsdetektor 109 gibt
jedesmal einen Impuls ab, wenn ein in das Ende der hülsenförmigen Rolle 104 eingeschnittener
Schlitz 110 sich nahe an dem Detektor 109 vorbeibewegt. Zugänge für die elektrischen
Anschlüsse zu dem Annäherungsdetektor 109 sind durch geeignete Abwandlung vorhandener
Schmierkanäle in der Welle 108 geschaffen. Die Information über die Mundstückgeschwindigkeit
wird
von zweiten Meßmitteln beschafft, die in einem Annäherungsdetektor 111 bestehen,
der nahe der Verzahnung des Hauptantriebszahnrads 103 angeordnet ist. Der Annäherungsdetektor
111 gibt Impulse betreffend die Anzahl der Zähne und die Rotationsgeschwindigkeit
des Hauptantriebszahnrads 103 ab.
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Die Signale der beiden Meßmittel 109 und 111 werden eleküonisch in
einem Komparator 112 verglichen, wobei berücksichtigt werden die Anzahl der Zähne
des Hauptantriebszahnrads 103, der Innenumfang des Mundstücks 101 und der Außenumfang
der hülsenförmigen Rolle 104, so daß ein elektrisches Ausgangssignal erreicht wird,
das den Prozentsatz des Rollenschlupfs betrifft, wobei dieser dann, wenn VD die
Geschwindigkeit der Innenfläche des Mundstücks und VR die Umfangsgeschwindigkeit
der fläche der hülsenförmigen Rolle ist, dann gleich ist (1 - -) x 100.
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VD Wenn der Wert dieses Ausgangssignals dem Schlupf jenseits eines
vorbestimmten Werts entspricht, kann das Signal einen "Abschalt"-Alarm mit einer
akustischen und/oder visuellen Anzeige auslösen oder die Basis für eine Prozeßsteuerung
bilden. Alternativ kann der Komparator 112 ein Ausgangssignal liefern, das der Größe
der Änderung des Schlupfs entspricht, wobei das Ausgangssignal ganz wie oben angegeben
verwendet wird, wenn es der Größe der Änderung des Schlupfs jenseits eines vorbestimmten
Werts entspricht.
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Wenn der Alarm ausgelöst wird, muß die Materialzuführung zu dem Spalt
verändert werden, um den Betrieb der Presse wieder auf den vorbestimmten Level zurück
einzustellen. Selbstverständlich sollte für eine maximale Ausnutzung der Presse
der vorbestimmte Betriebslevel der Presse dem Optimum angenähert sein mit der Folge,
daß eine Betätigung des Alarms bevorstehende Blockagen anzeigt. Es mag Gründe für
eine anderweitige Betriebsweise einer Presse geben, dennoch zeigt der Alarm an,
daß ein vorbestimmter Level verlassen wird.
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Die Veränderung der Zuführung wird zweckmäßigerweise durch
Veränderung
der Zuführungsmenge des Materials bewirkt, wenn der Alarm ausgelöst wird. Alternativ
kann das Ausgangs signal des Komparators eine Prozeßsteuerung der Zuführungsmenge
des Materials oder anderer Prozeßbedingungen auslösen, wie beispielsweise der Menge
des Heizdampfs oder der Komponenten des Zuführungsmaterials.
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Beispiel 2 In Figur 2 ist ein an einer Laborpresse installiertes
System dargestellt. Bei dieser Presse trägt das Mundstück 201 eine einzelne Reihe
von Extrusionsöffnungen, und ist das Mundstück 201 an einer rückwärtigen Platte
an dem Ende der Hauptantriebswelle 202 angeklemmt bzw. dort aufgekeilt, die mittels
eines Kettenrads 203 angetrieben ist. Eine feste Quetschrolle 204 ist direkt an
einer Lagerwelle 205 befestigt, die in geeigneten Lagern in einer exzentrisch gebohrten
Hülse 205 angeordnet ist, die ihrerseits in der Frontabdeckung der Presse angeordnet
ist. Es ist Vorsorge für eine geringe Verdrehung bzw. Rotation der exzentrischen
Hülse 206 in ihrem Gehäuse getroffen, um so das Spiel zwischen der Quetschrolle
204 und dem Mundstück 201 einstellen zu können.
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Eine In formation über die Geschwindigkeit der Quetschrolle 204 wird
mittels erster Meßmittel geliefert, die in einem Tachogenerator 207 bestehen, der
von der Rollenwelle 205 angetrieben ist und ein die Rotationsgeschwindigkeit betreffendes
elektrisches Signal liefert. Eine Information über die Geschwindigkeit des Mundstücks
201 wird von zweiten Meßmitteln geliefert, die in einem Annäherungsdetektor 208
bestehen, der nahe dem Kettenrad 203 angeordnet ist und Impulse in einer Anzahl
abgibt, die durch die Anzahl der Zähne des Kettenrads 203
und dessen
Rotationsgeschwindigkeit bestimmt ist.
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Die elektrischen Signale des Tachogenerators 207 und des Annäherungsdetektors
208 werden in einem Komparator 212 kombiniert, um ein Ausgangssignal wie beim Beispiel
1 zu liefern.
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Beispiel 3 In Figur 3 ist ein an einer großen Produktionspresse installiertes
System dargestellt. Das Reihen von Öffnungen tragende Mundstück 301 ist an einer
rückwärtigen Platte angeschraubt, die an dem Ende der Hauptantriebswelle 302 gelagert
ist, die durch das Hauptantriebszahnrad 303 angetrieben ist. Eine Anzahl von hohlen
Quetschrollen 304 ist in geeigneten Lagern an einem exzentrischen Abschnitt von
Rollenlagerwellen 305 gelagert, die an dem äußeren Rahmen der Presse angeordnet
sind. Nicht dargestellte Mittel sind vorgesehen, um einen kleinen Bewegungsbogen
der Wellen 305 zuzulassen, damit eine Einstellung des Spiels zwischen dem Mundstück
301 und den Quetschrollen 304 möglich ist.
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Eine Information über die Rotationsgeschwindigkeit einer der Rollen
wird von ersten Meßmitteln geliefert, die in einem an dem Zentrum der Endkappe der
Quetschrolle -304 befestigten Zahnrad 303 bestehen, wobei die Information über einen
flexiblen Kabeltrieb 306 an einen Tachogenerator 307 weitergeführt wird, der an
dem Ende der Rollenlagerwelle 305 angeordnet ist.
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Ein Zugang für den flexiblen Kabeltrieb 306 ist durch Modifizierung
von Schmierkanälen erreicht, die innerhalb der Rollenlagerwelle 305 vorgesehen sind.
Eine Information über die Geschwindigkeit des Mundstücks 301 wird von der Ausgangsseite
zweiter Meßmittel ausgeliefert, die in einem Annäherungsdetektor 308 bestehen, der
nahe einer Schaltplatte 309 angeordnet ist, die an dem Ende der Hauptantriebswelle
302 (erste Meßmittel) befestigt ist. An
der Schaltplatte 309 in
gleichen Abständen voneinander angeordnete Metallzapfen bzw. Stifte führen dazu,
daß der Annäherungsdetektor 308 ein gepulstes Signal betreffend die Geschwindigkeit
der Hauptantriebswelle 302 und des Mundstücks 301 und betreffend die Anzahl der
Stifte in der Schaltplatte 309 abgibt.
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Die elektrischen Signale des Tachogenerators 307 und des Annäherungsdetektors
308 werden in geeigneter Weise in einem Komparator 312 kombiniert, um ein Ausgangssignal
wie im Fall der Beispiele 1 und 2 zu liefern.