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Beschreibung
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Flockenförmige Futtermittel oder Futterfolien erfreuen sich bei der
Heim- -und Nutztierernährung steigender Beliebtheit, da sie einfach dosier- und
handhabbar sind, nicht stauben oder krümeln und gegenüber anderen Futtermischungen
auch optische Vorteile aufweisen. Sie lassen sich z.B. mit attraktiven Flächenmustern
und Farbtönungen versehen, die zur Unterscheidung verschiedener Futterfolienarten
angebracht werden können oder einfach nur einen optischen Käuferanreiz darstellen.
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Die Herstellung solcher Futterfolien stößt allerdings bisher auf größere
Probleme, da zur Herstellung eines Futtermittelbreies, der zu einer Folie verarbeitet
werden kann, erhebliche Mengen Wasser notwendig sind, die durch einen anschließenden
Trocknungsvorgang wieder entfernt werden müssen.
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Diese Trocknung muß schonend durchgeführt werden, da bei hohen Temperaturen
eine Schädigung der Futterbestandteile, insbesondere des Protein- und Vitaminanteils,
nicht zu vermeiden ist, Auf fertigungstechnische Schwierigkeiten stößt auch der
Transport der Futterfolie nach der Ausformung, da diese im Gegensatz zu Papierbahnen
oder Tabakfolien in der Regel so brüchig ist - und auch sein soll - daß sie bei
vertikalem Transport bereits durch ihr Eigengewicht zerreißt. Das bedeutet, daß
eine Trocknung im Luftstrom allein aus dem Grunde nicht durchführbar ist, daß die
Futterfolie von dem zur vollständigen Trocknung notwendigerweise starken Luftstrom
zerstört wird.
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Darüber hinaus ist eine Trocknung durch Konvektion wenigeffektiv und
könnte nur bei extrem langen Trockenstrecken oder stark erhöhter Temperatur in unwirtschaftlicher
Weise durchgeführt werden.
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Eine Stabilisierung der Futterfolie durch zusätzliche Bindemittel
scheidet aus, weil diese so weit gehen müßte, daß die Folie für die angestrebten
Zwecke unbrauchbar wäre; die Tiere würden derart versteifte Futterfolien nicht mehr
akzeptieren und sich an den scharfkantigen Rändern sogar verletzen.
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Kontakttrocknungsverfahren, z.B. die übliche Walzentrocknung, ist
schon wegen des hohen Wassergehalts des Futtermittelbreies ebenfalls wenig effektiv
und läßt nur Bahngeschwindigkeiten bis zu 10 m/min zu.
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Ein erheblicher Nachteil der Walzentrocknung besteht auch darin, daß
diese nur bei relativ hohen Temperaturen wirtschaftlich durchführbar ist und diese
Temperaturen durch Kontakt mit der heißen Trocken walze über einen relativ langen
Zeitraum unmittelbar auf die Futtermittelbestandteile übertragen werden, was, wie
oben bereits aufgeführt, zu unerwünschten Schädigungen führt. Im übrigen klebt der
Futterbrei während des gesamten Trocknungsvorgangs fest an der Walze und wird anschließend
abgeschabt. Hierdurch können sich beim -Schrumpfungsprozess die festen Bestandteile
der Folie-nicht optimal anordnen, was zu einer verminderten Stabilität des Films
führt. Da der auf die Trocknungswalze aufzutragende Brei dünnflüssig sein muß und
deshalb viel Wasser enthält, das beim Trocknen wiederentfernt werden muß, ist das
Verfahren auch besonders energieintensiv.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Trocknungsverfahren für Futterfolien
für die Heim- und Nutztierernährung, insbesondere für die Ernährung von Aquarienfischen
zu entwickeln, das bei geringem Energiebedarf, unter hoher Durchlaufgeschwindigkeit
der Folie, ohne Schädigung der Struktur der Folie während-des Trockenvorgangs und
ohne Schädigung empfindlicher Nahrungsbestandteile durchgeführt werden kann.
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Es wurde nun gefunden, daß zur Trocknung von Futterfolien eine intensive
Infrarotbestrahlung ohne jede Schädigung der Nahrungsbestandteile bei Temperaturen
der Strahlungsquellen von 600 - 900 0C (Wellenlänge 2,5 - 3,7 gm) gesetzt werden
kann.
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Überraschend und auch für den Fachmann nicht vorhersehbar ist der
Befund, daß trotz einer intensiven Bestrahlung der Futterfolien ein Temperaturanstieg
in der Folie erst erfolgt, wenn der Wasseranteil, bezogen auf die Gesamtmasse unter
10 %, absinkt. Bis zu diesem Trocknungsgrad wird die im IR-Feld eingestrahlte Energie
bei relativ niedriger Temperatur praktisch vollständig und unmittelbar als Verdunstungswärme
verbraucht.
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Man kann deshalb den Abstand der unter einer IR-Strahlungsquelle durchlaufenden
Folienbahn zu dieser Strahlungsquelle erstaunlich gering halten und dabei die Durchlaufgeschwindigkeit
auf ein bisher nicht für realisierbar gehaltenes Maß erhöhen.
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Gleichzeitig wird die eigentliche Trockenstrecke so kurz, daß man
im Vergleich mit dem bekannten Stand der Technik, von schockartiger Austreibung
der Prozessfeuchte sprechen kann.
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Tatsächlich findet bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf der entwickelten Pilot-Trocknungsanlage innerhalb von 1,8 Sekunden eine Reduzierung
der Prozessfeuchte von ca.
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30 % auf unter 8,5 % (jeweils bezogen auf die Gesamtmasse) statt.
Hierbei werden zwei Infrarotfelder einer Wellenlänge von 2,5 - 3,7/um und einer
Strahlungsleistung von je 25.000 Kcal/h in einem Abstand von nur 180 mm des Strahlers
von der durchlaufenden Folienbahn eingesetzt.
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Die Folienbahn läuft hierbei mit einer Geschwindigkeit von ca.
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65 m/min. Die Infrarotstrahler sind (in Laufrichtung) 750 mm lang
und sind in einem Abstand von 500 mm nacheinander angeordnet.
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Daraus ist ersichtlich, daß die Durchlaufgeschwindigkeit auf der Pilot
anlage gegenüber dem bekannten Stand der Technik bereits um 500 % gesteigert werden
konnte. Beim Transport wird die Folie über ein synchron mitlaufendes Transportband
geleitet.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur
Herstellung einer Futterfolie für die Heim- und Nutztierernährung durch Bereitung
eines wasserhaltigen, die Futtermittel sowie Bindemittel und gegebenenfalls Hilfsstoffe
enthaltenden Breies, welcher mittels Druckwalzen zu einer dünnen Folie ausgewalzt
und anschließend getrocknet und nötigenfalls entkeimt wird, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß der Brei einen Wassergehalt von weniger als 50 %, bezogen auf die Gesamtmasse,
aufweist und die erhaltene Folie bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von mehr als
10 m/min. durch mindestens ein infrarotes Strahlungsfeld mit einer Oberflächentemperatur
zwischen 600 und 900 OC und einer Wellenlänge, die innerhalb des Absorptionsbereichs
von Wassermolekülen liegt, geführt wird, wobei eine Bestrahlungsdauer zwischen 1
und 5 Sekunden eingehalten -und die Strahlungsdichte durch Veränderung des Abstands
der Strahler-Folienbahn und/oder die Regelung der Strahlerleistungim angegebenen
Bereich so eingestellt wird, daß der Wassergehalt der Folienbahn nach Verlassen
des letzten Strahlungsfeldes zwischen 2 und 10 Co der Gesamtmasse beträgt.
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Der Futterbrei hat vor dem Walz- und Trocknungsvorgang be-vorzugt
einen Feuchtigkeitsgehalt von 25 bis 35 %lbezogen auf die Gesamtmasse). Diese Masse
enthält übliche und homogenisierte Tiernahrung mit einer Korngröße von etwa 100
pm,- da hieraus gegebenenfalls unter Wasserzugabe ein Teig hergestellt werden kann,
der sich mittels entsprechender Walzen und unter Anwendung eines Preßdrucks von
100 - 200 bar zu einer gleichförmigen Futterfolie verarbeiten Iäßt. Durch Variation
des Anpreßdrucks, des Walzen abstands, der Walzenumfangsgeschwindigkeiten und der
Korngröße des Granulats kann die Qualität der Folie individuell beeinflußt werden.
Als Druckwalzen kommen Friktionswalzen, Kalander, Walzenstühle oder ähnliche Vorrichtungen
infrage, die imstande sind, eine homogene glatte Folienbahn zu erzeugen.
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Die Dicke der Futterfolie sollte im Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm
liegen. Eine Futterfolie, deren Dicke im Bereich von 0,15 bis 0,2 mm liegt, läßt
sich erfindungsgemäß besonders gut verarbeiten.
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Ist die Folie erheblich dünner, so fehlt es am notwendigen Zusammenhalt
der Futterteilchen, was zum Abreißen der Folie führt. Wenn hingegen die Folie zu
dick gepreßt wird, treten bei der raschen Trocknung und dem damit verbundenen Schrumpfungsprozess
Risse auf, die wiederum zur Instabilität der Folie führen. Darüber hinaus ist es
bei zu dicken Folien schwer, eine gleichmäßige Trocknung zu erreichen. Im erfindungsgemäßen
Bereich kann die Folie frei schrumpfen und wird dadurch besonders elastisch. Aufgrund
der geringen Dicke der Folie und des geringen Gehalts an Bindemitteln läßt sich
diese trotzdem von Tieren, z.B. Aquarienfischen ohne Verletzungsgefahr mühelos zerteilen.
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Nach dem Verlassen der Druckwalzen wird die Futterfolie z.B.
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über ein synchron laufendes Band durch das Strahlungsfeld, bzw. die
Strahlungsfelder geführt. Man kann jedoch auch auf ein synchron laufendes Band verzichten
und die Futterfolie über ein Gasbett oder ein dünnes Luftkissen leiten. Hierbei
sind aber, um Bruch zu vermeiden, Turbulenzen, besonders an der Rändern der Futterfolie
zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die
Futterfolie nach dem Verlassen der Druckwalzen senkrecht nach unten zu führen. Dies
war bisher nicht möglich, da ein Abreißen der Folie durch ihr Eigengewicht nur vermieden
werden kann, wenn deren Durchlaufgeschwindigkeit mindestens in etwa der Geschwindigkeit
entspricht, die die Folie in freiem Fall erreicht. Durch die mit der neuen Technologie
möglichen hohen Durchlaufgeschwindigkeit läßt sich dies verwirklichen. Im Falle
der vertikalen Folienführung kann auf zusätzliche Transportmittel verzichtet werden.
Gleichzeitig läßt sich die Gesamtanlage sehr raumsparend anordnen.
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Bei dieser speziellen Ausführung sind Durchlaufgeschwindigkeiten von
250 rn/min crrcichbar.
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Die Strahlungsfelder werden durch flache Infrarotstrahler erzeugt,
die an der Oberfläche eine Temperartur von 600 - 900 OC aufweisen. Sie werden etwas
breiter gewählt als die Breite der Folienbahn und sind etwa so lang (in Richtung
des Durchlaufes), daß die Verweilzeit einer Folie von 0,20 mm Dicke bei gegebener
Geschwindigkeit 1 - 5, vorzugsweise 2 - 3 Sekilnden beträgt. Bei der gegebenen Temperatur
von 600 - 900°C wirkt das von den Strahlern abgegebene Frequenzspektrum erfindungsgemäß
praktisch nur auf die vorhandenen Wassermoleküle, d.h. die Futterteilchen selbst
werden direkt kaum aufgeheizt und das Wasser verdampft oder verdunstet vor einer
wesentlichen Temperaturerhöhung des eigentlichen Futteranteils. Daraus resultiert
eine äußerst niedrige wirksame Trockentemperatur.
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Zur weiteren Beschleunigung des Trocknungsprozesses, zum Transport
und zur besseren Führung der Folie kann man mittels feiner Düsen in oder um die
Oberfläche der Infrarotstrahler eine schwache laminare Gas- (Stickstoff, Kohlendioxid)
oder Luftströmung erzeugen.
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Besonders wirksam ist es, zwei oder mehr Strahlungsfelder in geringem
Abstand (0,3 - 1,0 m) aufeinander folgen zu lassen und das gebildete, über der Oberfläche
der Futterfolie schwebende, feuchte Luftpolster durch eine schwache laminare Luftströmung,
die durch entsprechende Düsen erzeugt wird, zu entfernen.
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Der Abstand der Folie vom Infrarotstrahler ist abhängig von der Durchlaufgeschwindigkeit
und Länge der Strahlungsfelder, d.h. von der Verweildauer der Folie im Strahlungsbereich
und der Oberflächentemperatur der Infrarotstrahler. Weiterhin beeinflußt natürlich
der ursprüngliche Feuchtigkeitsgehalt und die Dicke der Folie den zu wählenden Abstand.
Wird der Abstand unter 50 mm gewählt, erfolgt die Verdunstung ungleichmäßig und
so rasch und intensiv, daß am Futtermittel Verbrennungen auftreten können, außerdem
treten die Stabilität der Folie beeinträchtigende Inhomogenitäten und Risse auf.
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A]s günstig hat sich ein Abstand von etwa 150 - 250 mm erwiesen. Bei
größeren Entfernungen sinkt die wirksame Strahlungsleistung zu sehr ab, als daß
eine wirtschaftliche Trocknung erreicht werden könnte.
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Die Bestrahlungsdauer der Futterfolie sollte demnach möglichst im
Bereich von 1 - 5 Sekunden liegen. Bei kürzerer Bestrahlungsdauer sind infolge der
zu raschen Wärmeeinwirkungen Zerstörungen der Folie zu erwarten, eine längere Dauer
ist in der Regel nicht mehr wirtschaftlich - es sei denn, man bevorzuge aus anderen
Gründen eine besonders langsame Trocknung, etwa im Fall der Herstellung von speziellen
Folien, die gegen eine rasche Schrumpfung empfindlich sind.
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Die oben beschriebenen Parameter sind jedenfalls so aufeinander einzustellen,
daß die Folie beim Verlassen des letzten Strahlungsfeldes den für eine längerfristige
Lagerung notwendigen Trockengrad nicht überschreitet.
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Der Wassergehalt einer normalen Futterfolie sollte im Bereich zwischen
2 und 10 %, bevorzugt 5 - 7 % der Gesamtmasse betragen.
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Die Zusammensetzung und die Herstellung eines erfindungsgemäß einsetzbaren
Futtermittelteiges für Zierfische ist in der DE-OS 28 24 042.8 beschrieben. Die
optimale Zusammensetzung wird von der Art der Futtermittel beeinflußt und muß deshalb
im Einzelfall empirisch ermittelt und gegebenenfalls durch Zugabe von Binde- und/oder
Gleitmitteln modifiziert werden.
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In den Figuren 1 bis 3 wird die für das Herstellungsverfahren benutzte
Vorrichtung näher beschrieben.
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Figur 1 Die, die ini Kasten 1 befindlichen nicht dargestellten) Friktionswalzen
verlassende Folienbahn 2 wird über eine Umlenkrolle 9 vertikal nach unten abgelenkt
und durch die von beiden Seiten wirksamen Infrarotstrahler 5 geleitet. Über die
Öffnungen 10 und die angeschlossenen Düsen 11, bzw. Ansaugöffnungen 12 der Kammer
4 wird in Pfeilrichtung ein Luftstrom geführt, der auf der Folie 2 eine durch Pfeile
3 angedeutete laminare Strömung erzeugt. Diese Strömung verbessert die Führung der
Folie und unterstützt die Trocknung. Nach Passieren einer zweiten Trocknungszone
6 wird die Folie auf eine (nicht dargestellte) Walze aufgewickelt oder zerkleinert.
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Figur 2 Die waagrechte Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung
gemäß Figur 1 im wesentlichen nur durch das synchron mit der Folie bewegte Transportband
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Figur a In dieser Anordnung wird die Folie in Pfeilrichtung über ein
Luftkissen bewegt, das durch über die Lauffläche verteilte Düsen in der Luftkammer
8 erzeugt wird und die Folie nach Art des Hoover-Prinzips geringfügig anhebt und
transportiert.
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Das folgende Beispiel dient der näheren Erläuterung der Erfindung,
ohne diese zu beschränken:
Beispiel 200 kg einer Mischung pflanzlicher
und tierischer Futtermittelbestandteile werden mehlfein gemahlen (Korngröße ca.
100 pm) und zu einer 30 % Wasser enthaltenden krümeligen Masse verarbeitet. Diese
wird mit einer eiweiß- und polysaccharidhaltigen Bindemittel lösung versetzt und
in einem Mischer während 3 Minuten vollständig homogen verrrührt. Nach dem Rühren
wird die Mischung 20 Minuten sich selbst überlassen und dann über ein Walzenpaar
mit einem Druck von 200 bar zu einer Folie von 0,18 mm Dicke verpreßt. Die Folie
wird über eine Umlenkrolle vertikal nach unten durch eine Bestrahlungszone geführt.
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Die verwendeten Infrarotstrahler sind gemäß Figur 1 angeordnet und
auf eine Oberflächentemperatur von 700 OC eingestellt.
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Der Abstand der Folie von den Strahlenoberflächen ist auf 180 mm gehalten.
Die Folie hat eine Durchlaufgeschwindigkeit von 1,8 m/sec. Die Trockenzonb ist 150
cm lang.
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Die so erhaltene Futterfolie besitzt eine Restfeuchte von 8,5Po.
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