DE69217980T2

DE69217980T2 - Steriles pelletiertes futtermittel und ein extruder zur dessen herstellung

Info

Publication number: DE69217980T2
Application number: DE69217980T
Authority: DE
Inventors: Lavon G Wenger
Original assignee: Wenger Manufacturing LLC
Current assignee: Wenger Manufacturing LLC
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2012-09-18
Also published as: ATE149291T1; EP0608268A4; CN1031101C; CA2115653A1; AU661046B2; MY108793A; US5242292A; CN1075243A; WO1993006742A1; DE69217980D1; EP0608268A1; AU2682292A; DK0608268T3; EP0608268B1; ES2098537T3; JPH06510909A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung befaßt sich lin allgemeinen mit einem Verfahren und einer Vorrichtung für die kontinuierliche Erzeugung steriler pelletierter Futtermittel, wie beispielsweise jener, welche für die Fütterung von Rindern, Schweinen, Geflügel und anderen Viehbeständen verwendet werden. Insbesondere befaßt sie sich mit einem solchen Verfahren und einer solchen Vorrichtung, welche eine Extrudereinrichtung verwenden, die mit einem einmaligen Pelletierkopf angrenzend an das Auslaßende des Extruderzylinders ausgerüstet ist, welche so betrieben werden kann, daß sie Material direkt von dem Extruderzylinder empfängt und dasselbe zu sterilen, eigenständigen Pelletkörpern formt. Die Erfindung umfaßt auch die endgültig pelletierten Körper, welche eine neuartige Kombination von Eigenschaften haben, welche im Zusammenhang mit Futtermitteln für die Tierhaltung von Bedeutung sind.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Futtermittel für die Tierhaltung werden schon seit langem unter Verwendung konventioneller Pelletiermaschinen hergestellt. Bei solchen Verfahren werden die Ausgangsmaterialien für das Futter zusammen mit freigestellten Bindemitteln dem Einlaß der Pelletiermaschine zugeführt und werden zu eigenständigen Körpern geformt. Ein allgemein übliches Problem, das mit solchen Futtermitteln verbunden ist, ist, daß es ihnen an der erforderlichen Sterilität mangelt. Dieser Faktor ist von zunehmender Bedeutung bei einer großen Vielzahl von Futtermitteln, doch insbesondere bei Futtermitteln für Geflügel, wo die Salmonellen ein wichtiges Problem sind. Weiterhin sind pelletierte Futtermittel des Standes der Technik durch eine Gelatinierung der Stärkefraktionen derselben von nicht mehr als ungefähr 40 % und dadurch gekennzeichnet, daß weniger als 70 % des Gehalts an Proteinen denaturiert ist, was Probleme bei der Verdaulichkeit gibt.
Es ist auch seit einiger Zeit bekannt, Futtermaterialien unter Verwendung eines Extrusionskochers zu verarbeiten. Diese Technik erzeugt ein vollkommen gekochtes Futtermittel, führt aber typischerweise zu einer aufgequollenen Zellenstruktur bei den Futtermitteln und infolgedessen zu geringen Schüttdichten und Dichteverhältnissen.
US-A-4,381,184 offenbart eine Extrudiervorrichtung für die Herstellung eines hydrolisierten Futtermittels, wobei ein Erzeugnisstrom zu einem Düsenkopf mit Hilfe einer Schnecke gefördert und über Düsen abgegeben wird. Verarbeitete Erzeugnisstücke werden von dem Erzeugnisstrom nacheinander abgeschnitten. Ein rotierendes Element ist an der Düsenkopfseite der Schnecke angeordnet und dreht sich zusammen mit der Schnecke, um als Unterbrechereinrichtung zu dienen.
US-A-4,001,452 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung von Tierfutterpellets, bei welcher gekochte Maische unter atmosphärischem Druck zu einer Matrize hin gedrückt wird, wobei die Maische unter einem Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks gekocht worden ist.
US-A-4,310,558 offenbart ein Verfahren für die Herstellung faseriger Futtermittelteile, die eine zähe, faltbare Struktur in Kombination mit einer Grundmasse haben, die eiweiß- und stärkehaltige Materialien enthält, welche eine poröse Textur und ein poröses Aussehen haben. Die faserigen Futterteile, welche Gemüse, Körner und rotfleischige Stücke simulieren können, bestehen aus denaturiertem Eiweißmaterial.
Schließlich ist bisher auch vorgeschlagen worden, anfänglich Futterbestandteile unter Verwendung eines Extrusionskochers zu verarbeiten, wonach dann ein Mahlen des Extrudats und eine anschließende Leitung desselben durch eine gesonderte konventionelle Pelletiermaschine erfolgt. Dies ist natürlich ein verhältnismäßig teurer Vorschlag, der sowohl einen Extruder, als auch eine Pelletiermaschine und auch dazwischen eingreifende Geräte erfordert. Die Wirtschaftlichkeit eines solchen Systems ist an sich ungünstig.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung überwindet die vorstehend skizzierten Probleme und sorgt für eine Vorrichtung für die kontinuierliche Erzeugung eines pelletierten Futtermittels wie in Anspruch 1 beansprucht. Die Vorrichtung der Erfindung besteht aus einem Extruder in der Form eines länglichen röhrenförmigen Zylinders mit einem Einlaß- und einem Auslaßende mit einer länglichen axial drehbaren Förderschnecke, die innerhalb des Zylinders angeordnet ist, um Futtermaterialien von dem Einlaß- zu dem Auslaßende zu transportieren. Eine Vorbehandlungseinrichtung zur Bildung einer Ausgangsmischung und (freigestellt) eines teilweisen Vorkochens derselben kann in Strömungsrichtung vor dem Extrudereinlaß vorgesehen sein.
Der Extruder ist darüberhinaus mit einem Pelletisiermittel ausgerüstet, welches aus einem ringförmigen Düsenelement besteht, das angrenzend an das Auslaßende des Extruderzylinders angeordnet ist, damit in Verbindung steht und eine Verlängerung desselben bildet. Das ringförmige Düsenelement hat eine Anzahl von Öffnungen durch dasselbe hindurch, die so orientiert sind, daß ihre Achse quer zur Längsachse des Zylinders liegt. Eine pelletisierende Platte bildet ebenfalls einen Teil des Pelletisiermittels und befindet sich innerhalb des Düsenelementes und kann damit zusammenwirken, um Pellets aus den Materialien zu bilden, welche aus dem Auslaßende des Extruderzylinders austreten. Das Plattenmittel kann mit der primiren Extruderschnecke vorteilhafterweise mit Hilfe einer Schraube gekoppelt sein, welche die Platte an dem äußeren, dem Kopfende, der Extruderschnecke befestigt. Auf diese Weise dreht sich die pelletisierende Platte zusammen mit der Extrusionsschnecke und arbeitet mit der umgebenden Düsenkonstruktion zusammen, um ein eigenständiges Extrudat aus dem Material zu bilden, welches direkt aus dem Extruderzylinder herauskommt. Alternativ kann die Pelletisierplatte an einem von der Extruderschnecke getrennten Hauptantriebsmittel befestigt sein, so daß das Drehen der Pelletisierplatte unabhängig von dem Drehen der Extruderschnecke ist. Ein konventioneller drehbarer Schneidkopf ist ebenfalls angrenzend an den Pelletisierkopf vorgesehen und dient dazu, das austretende Extrudat in bequeme Längen zu schneiden.
Bei bevorzugten Ausführüngsformen der Erfindung hat die pelletisierende Platte einen in der Mitte liegenden Teil mit einer Vielzahl von sich radial nach außen erstreckenden, über den Umfang in einem Abstand voneinander angeordneten Flügeln, wobei jeder dieser letzteren einen äußeren gekrümmten Randabschnitt komplementär zu der angrenzenden Innenseite des Umfangs-Düsenelementes hat. Dieses Plattenelement wird zwischen dem äußeren Ende des Extruderzylinders und einem nicht mit Öffnungen versehenen Plattenelement gehalten, welches an der Düse befestigt ist und das Ende derselben verschließt, welches von dem Extruderzylinder entferntliegt. Bei der Ausführungsform der Erfindung, welche Gebrauch von einer Pelletisierplatte macht, die getrennt von der Extruderschnecke angetrieben wird, ist die Platte mit einer steilgangigen Schraube verbunden, welche der Hauptextruderschnecke gegenüberliegt und damit fluchtet, wobei die steilgängige Schraube durch einen gesonderten Hauptantrieb angetrieben wird.
In der Praxis wird eine im wesentlichen einheitliche pelletisierbare Mischung, die stärkehaltige und aus Proteinen bestehen de Futterbestandteile und Wasser enthält, Zeit-Temperaturbedingungen unterworfen, die ausreichend sind, um das Material im wesentlichen zu sterilisieren und welche eine freigestellte Vorbehandlung und eine Führung des Materials in den Extruder hinein und durch denselben hindurch mit sich bringen. Danach wird die Futtermittelmischung direkt in ein ringförmiges Düsenelement hinein geleitet, wonach die rotierende mit einer Vielzahl von Flügeln versehene Platte dazu dient, das Material nach außen durch die Öffnung der über den Umfang verlaufenden Düse zu drücken.

Kurze Beschreibung der zeichnungen

Fig. 1 ist eine bruchstückartige perspektivische Ansicht, die die bevorzugte Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ist eine vergrößerte bruchstückartige Ansicht, teilweise im Schnitt, bei welcher Teile strichpunktiert angedeutet sind, welche im Detail den Aufbau des Pelletisierkopfes und des Messers der Gesamtvorrichtung abbildet;
Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine vertikale Schnittansicht, bei welcher Teile weggebrochen sind, entlang der Linie 4-4 von Fig. 2 sind; und
Fig. 5 ist eine Seitenansicht, teilweise als Aufriß und teilweise vertikal geschnitten, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung abbildet, welche Gebrauch von einer Pelletisierplatte macht, die getrennt von der primären Extruderschnecke angetrieben wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Wenden wir uns jetzt der Zeichnung zu und insbesondere Fig. 1, so wird dort eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung veranschaulicht. Grob gesagt, besteht die Vorrichtung 10 aus einer Extrudereinrichtung 12, einem Pelletisierkopf 14 und einer Messerbauemheit 16.
Die Extrudereinrichtung 12 in der veranschaulichten Form ist ein 7-Kopf-Extruder X-130, der von Wenger Manufacturing, Inc., Sabetha, Kansas vermarktet wird. Die Maschine X-130 hat einen länglichen rörenfömigen Zylinder, der allgemein mit der Bezugszahl 17 bezeichnet wird. Der letztere hat einen Einlaßkopf 18, der einen Materialeinlaß 20 aufweist, zusammen mit sechs axial fluchtenden und miteinander verbundenen Köpfen 22 bis 32. Jeder Kopf ist mit einem externen Mantel, wie beispielsweise dem in Fig. 2 abgebildeten Mantel 34, ausgerüstet, welcher das Einleiten und Zirkulieren eines Heiz- oder Kühlmediums (z.B. Kaltwasser oder Dampf) ermöglicht, um dadurch Unterstützung bei der Steuerung der Temperaturbedingungen innerhalb des Extruderzylinders 17 zu leisten. Entsprechende Leitungen 36, 38 sind funktionell mit jedem Mantel für die Zirkulation des Heiz- oder Kühlmediums verbunden.
Eine Produkt-Einlaßrutsche ist normalerweise an dem Materialeinlaß 20 angebracht. Zusätzlich ist eine konventionelle Vorbehandlungseinrichtung 40 mit dem oberen Ende der Rutsche verbunden und dient dazu, die zu der Extrudereinrichtung 12 geleiteten Futtermaterialien zu befeuchten, vorzumischen und (freigestellt) vorzukochen. Eine als Beispiel anzuführende Vorbehandlungseinrichtung wäre einer in Übereinstimmung mit dem US-Patent Nr. 4,752,139, obwohl auch andere Einrichtungen dieses generellen Charakters verwendet werden können. In der Vorbehandlungseinrichtung können die trockenen Futterbestandteile mit Wasser und/oder Dampf vermischt werden, um eine vorgemischte und (freigestellt) teilweise vorgekochte Mischung zu erhalten, die dem Extrudereinlaß zugeführt wird.
Die Extrudereinrichtung 12 insgesamt besitzt weiterhin eine längliche, axial drehbare mehrteilige Schnecke 42 innerhalb von Zylinder 17. Der Endabschnitt 44 von Schnecke 42 wird in Fig. 2 veranschaulicht, und jene, die mit der Technik vertraut sind, können einschätzen, daß sich die Schnecke über die volle Länge von Zylinder 17 erstreckt. Darüberhinaus kann die Schnecke verschiedenartig unter Verwendung von Teilen mit unterschiedlicher Steigung und/oder Förderrichtung gestaltet sein; desgleichen können Zwischeneinrichtungen, wie beispielsweise Mischelemente oder Schneidsperren, zwischen Schneckenabschnitten verwendet werden. Diese Abwandlungen werden durch die gewünschten Verarbeitungsbedingungen und die Wahl des Konstrukteurs bestimmt. Die Sdhnecke insgesamt 42 wird mit Hilfe eines Motors 46 mit einer ordnungsgemäßen Verbindungs- und Lagerkonstruktion (nicht gezeigt) betrieben, welche dazu dient, den Motor 46 und die Schnecke 42 miteinander zu verbinden.
Wenden wir uns jetzt Fig. 2 bis 4 zu, während der Pelletisierkopf 14 beschrieben wird. Dieser Kopf hat ein ringförmiges Düsenelement 52, das einen kreisförmigen mit Innengewinde versehenen Befestigungsring 50 und auch mit einem fest damit verbundenen sich nach vorn erstreckenden Düsenabschnitt 52 aufweist. Das Düsenelement 52 wird am Kopfteil 32 mit Hilfe eines dazu passenden ringförmigen Befestigungsringes 53 und mit Schrauben 53a befestigt; der Ring 53 greift ein eine fest verbundene Umfangslippe ein, die einen Teil des Kopfteils 32 bildet. Wie man am besten in Fig. 2 sieht, weist der Ring 50 eine kegelstumpfförmige Innenwand 54 auf, die einen in der Mitte liegenden Kanal 56 definiert, wobei der letztere mit dem außenliegenden Ende von Zylinderkopf 32 in Verbindung steht. Der Düsenabschnitt 52 hat eine Vielzahl von Düsenöffnungen 58 durch denselben hindurch, deren Achsen quer zur Löngsachse des Zylinders 17 liegen. Man wird weiterhin beobachten, daß die Achsen der Öffnungen 58 entlang von entsprechenden Sehnen des kreisförmigen Düsenabschnitts 52 liegen.
Das außenliegende Ende von Düsenabschnitt 52 wird mit Hilfe einer unperforierten Platte 60 abgedeckt, welche mit Hilfe von Schrauben 62 angebracht ist. Die Platte 60 hat einen in der Mitte liegenden sich nach vorn erstreckenden Wellenstummel 64, welcher benutzt wird, um die Schneidmesserbaueinheit 16 zu orientieren, wie noch erklärt wird.
Der Pelletisierkopf 14 hat auch eine innenliegende Pellets bildende Platte 66, welche sich zwischen dem Ring 50 und der Abdeckplatte 60 befindet. Die Platte 66 hat einen mit Öffnungen versehenen zurückspringenden mittleren Teil 68 zusammen mit einer Vielzahl (hier 3) von sich radial nach außen erstreckenden über den Umfang in einem Abstand voneinander angebrachten Flügeln 70. Jeder dieser Flügel 70 hat eine am weitesten außen liegende gekrümmte Kante 72 in der Nähe zu der die Innenwand definierenden Fläche des Düsenabschnitts 52, welche mit der letzteren zusammenwirken kann, um Material durch die Düsenöffnungen 58 zu drücken. Bei den Ausführungsformen von Fig. 1 bis 4 ist die Platte 66 mit Hilfe von Schraube 74, die innerhalb der in der Mitte befindlichen Vertiefung der Platte liegt, an Schneckenabschnitt 44 befestigt und paßt in das Kopfende des Schneckenabschnitts.
Die Messereinheit 16 ist im wesentlichen konventionell und hat ein kreisförmiges Kopfelement 76, das mit einer Vielzahl von Messer aufnehmenden Öffnungen 78 im Umfang desselben versehen ist. Die Innenseite des Kopfes 76 ist vertieft, um den Wellenstummel 64 aufzunehmen, um dadurch den Kopf für Schneidzwecke zu orientieren. Ein oder mehrere längliche Messer 80 sind innerhalb der entsprechenden Öffnungen 78 untergebracht und erstrecken sich nach hinten und in enger Nachbarschaft zu der Außenfläche von Düsenabschnitt 52 (siehe Fig. 2). Der Kopf 76 wird mit Hilfe einer Antriebswelle 82 gedreht, welche funktionell über ein Universalgelenk 84 mit dem Kopf verbunden ist; die Welle 82 ist ihrerseits mit einem (nicht gezeigten) Messer-Antriebsmotor funktionell verbunden. Ein Drehen des Kopfes 76 bewirkt ein entsprechendes Drehen des Messers 80 und dient dadurch dazu, das aus den Düsenöffnungen 58 austretende Extrudat in bequeme Längen zu zerschneiden.
Nun wird die Aufmerksamkeit auf Fig. 5 gelenkt, welche eine alternative Ausführungsform darstellt. In diesem Fall wird der Extruder 12 verwendet, aber die Pellets bildende Platte ist nicht direkt mit der Extruderschnecke 42 gekoppelt, sondern wird vielmehr gesondert angetrieben. Insbesondere wird man sehen, daß diese Ausführungsform einen Pelletisierkopf 86 in der Form eines ringförmigen Düsenelementes 88 hat, das ein Paar gegenüberliegende kreisförmige Endöffnungen 90, 92 hat. Das Düsenelement 88 hat eine Reihe von dadurch verlaufenden Düsenöffnungen 94, wobei deren Achse quer zu der Längsachse von Extruderzylinder 17 verläuft. Das an Öffnung 90 angrenzende Ende von Düsenelement 88 wird an dem stumpfen (Kopf-) Ende von Extruderzylinder 17 mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Befestigungsringes 53 festgemacht. Eine innen liegende, Pelletts bildende, mit der vorstehend beschriebenen identische Platte 66 liegt innerhalb von Düsenelement 88 und hat die sich radial nach außen erstreckenden über den Umfang in einem Abstand voneinander angeordneten Flügel 70.
Wie gezeigt, ist bei der Ausführungsform von Fig. 5 die Platte 66 nicht an dem Ende von Schnecke 42 befestigt, sondern wird gesondert angetrieben. Zu diesem Zweck wird ein röhrenförmiger Zylinderabschnitt 96 am offenen Ende von Abschnitt 96 mit Hilfe von Befestigungsring 98 festgemacht. Ein Extruderschneckenabschnitt 100 liegt innerhalb der Umgrenzungen von Zylinderabschnitt 96, und es werden konventionelle Schrauben (nicht gezeigt) für die Anbringung der Pellets bildenden Platte 66 an dem Ende von Schneckenabschnitt 100 angrenzend an Öffnung in derselben Weise verwendet, wie bei der Befestigung zwischen Platte 66 und Schnecke 42, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 beschrieben worden ist.
Ein Hauptantrieb, der mit der Zahl 102 bezeichnet ist, der aus einer Bauemheit aus elektrischem Antriebsmotor und Lagerung besteht, wird funktionell mit dem Ende des Schneckenabschnitts 100 gekoppelt, das entfernt von Platte 66 liegt. Man wird beobachten, daß die Gangrichtung bei Schnecke 100 umgekehrt zu der bei der primären Extruderschnecke verläuft. Dieser Faktor dient, zusammen mit einer entsprechenden Drehung des Schneckenabschnitts 100 über Hauptantrieb 102, dazu, die Pellets bildende Kammer zwischen diesen Schneckenabschnitten da Material zuzuführen, wo sich die Platte 66 dreht. Insbesondere verläuft der Netto-Materialstrom innerhalb des primären Extruderzylinders 17 in der Richtung von Pfeilen 104, wohingegen der Netto-Materialstrom innerhalb des Zylinderabschnitts 96 in der Richtung von Pfeilen 106 oder wieder in die Pellets bildende Kammer hinein verläuft. Folglich wird irgendwelches Material, das durch Zylinder 17 hindurchgeht, welches nicht durch die Öffnungen 94 hindurchtritt, in den Zylinderabschnitt 96 gelangen und dann zurück in die Pellets bildende Kammer für die Bildung von Pellets gedrückt.
Ein Abschneiden des aus den Öffnungen 94 herauskommenden Materials erfolgt mit Hilfe eines Paars drehbarer Abschneidklingen 108, 110, die entsprechend an einem ringförmigen drehbaren Ring 112 befestigt sind, der um den Zylinderabschnitt 96 herum angeordnet ist. Eine Antriebsscheibe 114 ist an dem Ring 112 befestigt und wird über einen (nicht gezeigten) konventionellen Riemen mit einem (ebenfalls nicht gezeigten) Abschneidmotor verbunden.
Bevorzugte Arbeitsbedingungen unter Verwendung von Vorrichtung 10 bestanden in einer anfänglichen Vorbehandlung von trockenen Futterbestandteilen auf eine einheitliche Feuchtigkeit und dem Vorkochen der Materialien und der Bildung einer zumindest teilweise sterilisierten Mischung für eine Einleitung in den Extruder 12. In diesem Zusammenhang besteht eine Vorbehandlung dieses Typs normalerweise aus einem Einspritzen von Wasser und/oder Dampf mit intensivem Vermischen. Vorteilhafterweise reicht der Feuchtigkeitsgehalt der anfänglich trockenen Bestandteile von ungefähr 10 bis 14 Gewichtsprozenten, und nach der Vorbehandlung ist dieser Feuchtigkeitsgehalt typischerweise auf einen Wert von ungefähr 16 bis 30 Gewichtsprozenten und vorzugsweise von ungefähr 16 bis 20 Gewichtsprozenten MCWB (Feuchtigkeitsgehalt, Basis feucht) erhöht. Wenn höhere Feuchtigkeitswerte über ungefähr 20 % zur Anwendung kommen, dann braucht weniger Feuchtigkeit direkt dem Material zugesetzt werden, wenn es durch den Extruderzylinder verläuft. Umgekehrt ist es, wenn niedrigere Feuchtigkeitswerte in der Größenordnung von 16 bis 20 Gewichtsprozenten verwendet werden, häufig vorteilhaft, Feuchtigkeit direkt dem Material zuzusetzen, wenn es durch den Extruderzylinder hindurchgeht.
Bezüglich der Temperatur wird bevorzugt, die Temperatur der Mischung in der Vorbehandlungseinrichtung auf einen Wert von ungefähr 71 bis 99 ºC (160 bis 210 ºF) und stärker vorzugsweise von ungefähr 87,8 bis 96,1 ºC (190 bis 205 ºF) zu erhöhen. Die Verweilzeit der Mischung in der Vorbehandlungseinrichtung hängt von der gewählten Ausrüstung und dem gewünschten Vermischungsgrad ab; allgemein gesagt, sollte jedoch die durchschnittliche Verweilzeit in der Vorbehandlungseinrichtung zwischen ungefähr 1/2 bis 8 Minuten und stärker vorzugsweise zwischen ungefähr 4 bis 7 Minuten liegen.
Nach der Vorbehandlung wird die Mischung in den Zylinder von Extruder 12 eingeleitet. In dem Extruder dient die Schnecke 42 dazu, das Material zum Auslaß des Zylinders hin zu fördern. In vielen Fällen wird das Material Extruderbedingungen ausgesetzt, bei welchen das Material auf der in der Vorbehandlungseinrichtung erreichten maximalen Temperatur oder geringfügig darunter bleibt; zu diesem Zweck kann den Mänteln der Extruderköpfe Kühlwasser zugeführt werden. Ein solches Beibehalten der Temperatur ist häufig erwünscht, um ungebührliche Temperaturerhöhungen in dem Material während des Durchgangs desselben durch den Extruder zu verhüten, welche zu einer Expansion des Produktes führen können, wenn es aus dem Pelletisierkopf austritt. In jedem Fall sollte die maximale Temperatur des Materials innerhalb des Zylinders zwischen ungefähr 99 bis 121 ºC (210 bis 250 ºF) und stärker vorzugsweise zwischen ungefähr 107,2 bis 121 ºC (225 bis 250 ºF) liegen.
Während des Durchgangs durch den Extruder wird die Mischung auch ansteigenden Werten von Schub und Druck ausgesetzt. Die maximalen Druckbedingungen, die in dem Extruderzylinder erreicht werden, sollten zwischen ungefähr 517 bis 1724 kPa (75 bis 250 psi) und stärker vorzugsweise zwischen ungefähr 861 bis 1432 kPa (125 bis 215 psi) liegen. Die Schneckendrehzahl sollte zwischen ungefähr 100 bis 200 min&supmin;¹ liegen. Desgleichen kann während eines solchen Durchgangs Feuchtigkeit dem Material, das durch den Zylinder hindurchgeht, direkt in der Form von eingespritztem Wasser und/oder Dampf zugesetzt werden.
Das Material, welches aus dem Extruderzylinder austritt, gelangt direkt in den Pelletisierkopf 14, wonach dann das Material wegen der Wirkung der sich drehenden Platte 66 nach außen durch die Düsenöffnungen 58 gedrückt wird. Der Feuchtigkeitsgrad der Pellets, so, wie sie aus den Düsenöffnungen herauskommen, sollte von ungefähr 18 bis 30 Gewichtsprozente und stärker vorzugsweise von ungefähr 22 bis 26 Gewichtsprozente betragen. Diese Pellets sollten auch eine Schüttdichte von ungefähr 448 bis 560 kg/m³ (28 bis 35 lbs/cu.ft.) und eine Dichte größer als 1 und vorzugsweise von ungefähr 1,1 bis 1,2 haben. Die Größe der Pellets ist variabel, doch hätten typischerweise die endgültigen Pellets eine Länge von ungefähr 1,27 bis 3,81 cm (1/2 bis 1 1/2 Zoll) und einen Durchmesser von ungefähr 0,32 bis 1,27 cm (1/8 bis 1/2 Zoll). Um eine verbesserte Verdaulichkeit zu erreichen, sollte der Proteingehalt der endgültigen Pellets zu mindestens 80 % denaturiert sein, wohingegen die Stärkefraktion derselben zu mindestens 50 % gelatiniert sein sollte.
Die aus der Extrusionsvorrichtung erhaltenen Produkte würden typischerweise entsprechend handelsüblicher Praxis getrocknet, zum Beispiel auf einen Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von ungefähr 8 bis 14 Gewichtsprozenten und stärker vorzugsweise von ungefähr 10 bis 12 Gewichtsprozenten.
Obwohl eine breite Vielfalt an Trockenfutter-Ausgangsmaterialien im Zusammenhang mit der Erfindung verwendet werden kann, wird bevorzugt, daß die Mischung sowohl stärkehaltige, als auch eiweißhaltige Komponenten enthält. Die ersteren würden Getreide und andere mehlhaltige Bestandteile einschließen, wohingegen die letzteren typischerweise pflanzliche Eiweißquellen, wie beispielsweise Sojabohnen einschließen würden. Um das beste pelletisierte Erzeugnis zu erzielen, sollte die Ausgangsmischung mindestens ungefähr 10 Gewichtsprozente Stärke und von ungefähr 1 bis 99 Gewichtsprozente Eiweiß enthalten.

Beispiel

Es wurde eine Reihe von Versuchsläufen unter Verwendung einer Vorrichtung des Typs gefahren, der vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde, um sterile pelletisierte Futterprodukte, nämlich Futter für Rinder, zu erzeugen. Bei jedem Lauf bestanden die trockenen Bestandteile aus 60 Gewichtsprozenten Getreide, 5 Gewichtsprozenten Fleisch und Knochenmehl, 11 Gewichtsprozenten ganzen Sojabohnen, 8 Gewichtsprozenten Sojabohnenschalen, 5 Gewichtsprozenten getrockneten Getreidekörnern zum Brennen (Midsol), 10 Gewichtsprozenten ganzem Hafer und 1 Gewichtsprozent Natriumbikarbonat. Diese trockenen Bestandteile wurden durch eine Hammermühle geleitet, die für Dimensionierzwecke mit einem Sieb 1/16" ausgerüstet war.
Die trockenen Bestandteile wurden dann einem DDC-Mischzylinder Modell 54, der von Wenger Manufacturing, Inc. in Übereinstimmung mit dem US-Patent Nr. 4,752,139 hergestellt war, zusammen mit Feuchtigkeit in der Form von Wasser und Dampf zugeführt. In der Vorbehandlungseinrichtung wurden die Materialien gründlich gemischt, und die Stärkefraktion der Formel wurde auf einen Grad von mindestens ungefähr 50 % Kochgut gelatiniert. Insbesondere waren die Bedingungen in der DDC-Einrichtung die folgenden:
Eingangsfeuchtigkeit der trockenen Futterbestandteile; 11,0 Gewichtsprozente MCWB.
Zuführungsrate durch die Vorbehandlungseinrichtung : 1134 kg (2500 lbs)/h.
Zuführungsrate von Dampf zur Vorbehandlungseinrichtung: 113,4 kg (250 lbs)/h.
Zuführungsrate von Wasser zur Vorbehandlungseinrichtung: 54 kg (120 lbs)/h.
Maximale (Abgabe-) Temperatur der Mischung in der Vorbehandlungseinrichtung: 90,5 ºC (105 ºF).
Verweilzeit in der Vorbehandlungseinrichtung: 5,5 Minuten.
Feuchtigkeit des abgegebenen Materials: 18 Gewichtsprozente MCWB.
Im Anschluß an diese anfängliche Behandlung wurden die entsprechenden Mischungen in ein Wenger-Extrudersystem X-130 eingebracht, bei welchem der Pelletisierkopf der Erfindung angrenzend an das normale Düsenende des Extruders angebaut war. Insbesondere bestand das System X-130 aus einer Vorbehandlungseinrichtung Modell Wengler 7C (welche ursprünglich nur als Fördereinrichtung verwendet wurde) und auch aus einem Extruder X-130, welcher aus insgesamt 7 Köpfen bestand. Der Einlaßkopf war ein Wenglerteil Nr. 28905-017; die Köpfe 2 - 7 waren die Wenglerteile Nr. 28906- 011, 28906-013, 28372-011, 28318-011, 28318-009 und 28318-009. Die rotierenden Elemente, aus denen die innere Extruderschnecke bestand, wurden aus den folgenden miteinander verbundenen Wenglerteilen hergestellt: 28638-000, 28326-009B, 28364-000, 28580- 001F, 28580-001F, 28580-001F, 28364-000, 28326-009B, 28326-009B und 28326-009B. Der unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 abgebildete und beschriebene Pelletisierkopf war an das stumpfe Ende des 7. Kopfes des 7. Extruderzylinders X-130 angebaut und bildete eine Verlängerung desselben. Die Mehrflügel-Pelletisier-Sternplatte wurde an dem angrenzenden Ende der Extruderschnecke wie vorstehend beschrieben befestigt. Es wurde auch ein konventionelles Schneidmesser vorgesehen, so daß sich fünf fertige Pellets von angemessener Länge ergaben.
Während der Verarbeitung wurden die zugeführten Materialien vollkommen sterilisiert und pelletisiert, wodurch sich eigenständige Pellets mit verhältnismäßig hohem Feuchtegehalt ergaben. Die Pellets wurden dann in der üblichen Weise getrocknet.
Die Bedingungen in der Vorbehandlungseinrichtung und dem Extruder X-130 und auch die Trocknungsbedingungen werden nachstehend dargelegt. Es sollte selbstverständlich sein, daß die aufgeführten Extrudertemperaturen diejenigen sind, die unter Verwendung von im Zylinder montierten Thermoelementen aufgezeichnet wurden, und weil kaltes Wasser allen Köpfen zugeführt wurde, sind diese aufgezeichneten Temperaturen niedriger als die tatsächlichen Temperaturen des Produkts; es wird geschätzt, daß die tatsächlichen maximalen Produkttemperaturen beträchtlich höher als angegebenen waren und sicherlich wegen der Beobachtung einer Dampfentwicklung in der Düse über 100 ºC (212 ºF) in dem Zylinder lagen. Bei den folgenden Tabellen bezieht sich ppm auf lbs pro Minute, wohingegen CW sich auf kaltes Wasser durch die mit Mantel versehenen Extruderzylinderköpfe für indirekte Kühlzwecke bezieht. Wasserfluß zum Extruder bezieht sich auf Wasser, das in den Extruderzylinder für ein Vermischen mit Material eingespritzt wurde, welches dort hindurchging. TABELLE Vorbehandlungsinformationen X-130
Das Extruderverhalten bei den Läufen 1 bis 3 war befriedigend, und bei den Läufen 4 bis 5 war das Verhalten gut. Bei allen Läufen wurden dichte Pellets erzielt. Bei dem 5. Lauf wurde die Extruderrate erhöht und wurde eine kleine Dampfmenge in den Zylinder eingespritzt. Dies machte die Pellets weicher und den Extruderfluß gleichmäßiger.
Diese Ergebnisse demonstrieren, daß die Vorrichtung der Erfindung beständig Futtermittelpellets in handelsüblicher Qualität auf kontinuierlicher Basis herstellen kann. Eine Verwendung der Extrudereinrichtung in Verbindung mit dem Pelletisierkopf gestattet die Verarbeitung von Futtermittelmischungen, die einen höheren Feuchtigkeitsgehalt haben, als man sie bei konventionellen Pelletisiermaschien verwenden kann.
Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert.

Claims

1. Vorrichtung (10) zur kontinuierlichen Erzeugung eines pelletisierten Futtermittels, wobei die Vorrichtung (10) einen Extruder (12), der einen länglichen, rohrförmigen Zylinder (17) mit einem Einlaßende und einem Auslaßende, die eine offene Querschnittsfläche bilden, und eine längliche, axial drehbare, mit verschiedenen Steigungen versehene Schnecke (42) aufweist, die in dem Zylinder (17) zum Materialtransport von dem Einlaß zu dem Auslaßende angeordnet ist, wobei der Zylinder (17) und die Schnecke (42) so gestaltet sind, daß sie Futtermittel einer steigenden Querkraft und Druck entlang der Längsachse des Zylinders (17) aussetzen; und die Pelletisiermittel (14) aufweist, die mit dem Extruder (12) arbeitsmäßig gekoppelt sind und ein ringförmiges Düsenelement (52) haben, das angrenzend an und in Verbindung mit dem Auslaßende des Zylinders (17) befestigt ist und einen Fortsatz davon bildet, wobei das ringförmige Düsenelement eine axiale Länge und einen Durchmesser hat und eine Anzahl von Düsenöffnungen (58) durch das Düsenelement gebildet ist, deren Achsen quer zur Längsachse des Zylinders (17) angeordnet sind, wobei Pellets-formende Plattenmittel (66) in dem Düsenelement angeordnet sind und mit dem Düsenelement zusammenwirken, um Pellets aus dem Material zu formen, das aus dem Extruderauslaßende austritt, und Mittel, die arbeitsmäßig mit den Plattenmitteln (66) zur Drehung der Plattenmittel (66) in dem Düsenelement verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Plattenmittel (66) einen maximalen Durchmesser haben, der größer als der Durchmesser des Auslaßendes des Zylinders (17) und kleiner als die Länge des Extruderbehälters (17) ist; und daß

der Durchmesser über die gesamte axiale Länge des Düsenelements größer als der Durchmesser des Auslaßendes des Zylinders (17) und kleiner als die Länge des Extruderbehälters (17) zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende davon ist und eine Expansionszone mit vergrößertem Durchmesser stromabwärts von dem Auslaßende bildet.

2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Plattenrotationsmittel einen Hauptantrieb (102) aufweist, der von der mit verschiedenen Steigungen versehenen Schnecke (42) zur Drehung der Plattenmittel (66) unabhängig von der Drehung der mit verschiedenen Steigungen versehenen Schnecke (42) getrennt ist.

3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei der Hauptantrieb (102) einen Zylinderabschnitt (96) aufweist, der gegenüberliegend zu dem Extruderbehälter (17) ausgerichtet ist, und einen Extruderschneckenabschnitt (100), der in dem Zylinderabschnitt (96) angeordnet und mit den Plattenmitteln (66) arbeitsmäßig gekoppelt ist, wobei der Extruderschneckenabschnitt (100) eine Steigung hat, die entgegengesetzt zu der Steigung der Extruderschnecke (42) ist.

4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Plattenmittel (66) eine axiale Dicke hat, die kleiner als der Durchmesser davon ist.

5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Plattenrotationsmittel Mittel zum Koppeln des Plattenmittels (66) mit der Schnecke (42) zur Drehung des Plattenmittels (66) in Abhängigkeit von der Drehung der Schnecke (42) aufweist.

6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Plattenmittel (66) einen Zentralbereich (68) und eine Anzahl sich radial nach außen erstreckender, am Umfang beabstandeter Flügel (70) aufweist, wobei jeder Flügel (70) einen äußeren, gekrümmten Abschnitt (72) hat, der der angrenzenden Innenfläche des Düsenelements (52) entspricht.

7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsmittel Bolzenmittel (74) aufweist, die durch das Plattenmittel (66) hindurchgehen und dieses an dem Ende (44) der Schnecke (42) in der Nähe des Zylinderauslaßendes befestigen.

8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 mit Messereinrichtungen zum auf einanderfolgenden Schneiden fertiger Pellets, wobei die Messereinrichtungen eine Klinge (80) haben, die außerhalb des Düsenelements und nahe angrenzend an die Düsenöffnungen (58) angeordnet ist, und mit Mitteln (82), die mit der Klinge (80) zu deren Drehung arbeitsmäßig verbunden sind.

9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Pelletisiermittel (14) eine ungelochte Platte (60) aufweisen, die an dem Düsenelement befestigt ist und das von dem Zylinderauslaßende entfernte Ende schließt, wobei die Plattenmittel (66) zwischen dem Zylinderauslaßende und der ungelochten Platte (60) angeordnet sind.

10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 mit Mitteln (34) zur Veränderung der Temperaturbedingungen in dem Zylinder (17) an jeweiligen Stellen entlang der Länge des Zylinders (17).

11. Vorrichtung (10) zur kontinuierlichen Erzeugung eines pelletisierten Futtermittels, wobei die Vorrichtung (10) einen Extruder (12) aufweist, der einen länglichen, rohrförmigen Zylinder (17) mit einem Einlaßende und einem Auslaßende und eine längliche, axial drehbare, mit Steigungen versehene Schnecke (42) besitzt, die in dem Zylinder (17) zum Matenaltransport vom Einlaß zu dem Auslaßende angeordnet ist; und Pelletisiermittel (14), die mit dem Extruder (12) arbeitsmäßig verbunden sind und ein ringförmiges Düsenelement (52) haben, das angrenzend an und in Verbindung mit dem Auslaßende des Zylinders (17) befestigt ist und einen Fortsatz davon bildet, wobei das ringförmige Düsenelement einen Durchmesser hat, der größer als der Durchmesser des Auslaßendes des rohrförmigen Zylinders (17) zum Durchtreten des Materials aus dem Auslaßende des Zylinders (17) in eine Zone mit einem vergrößerten Durchmesser ist, wobei eine Vielzahl von DüsenÖffnungen (58) durch das Düsenelement gebildet ist, deren Achsen quer zur Längsachse des Zylinders (17) verlaufen, wobei Pellets-formende Plattenmittel (66) in dem Düsenelement angeordnet sind und mit dem Düsenelement zusammenwirken, um Pellets aus dem Material zu formen, das aus dem Auslaßende des Extruderbehälters austritt, und Mittel, die mit den Plattenmitteln (66) zur Drehung der Plattenmittel (66) in dem Düsenelement arbeitsmäßig gekoppelt sind, wobei die Plattenrotationsmittel einen Hauptantrieb (102) aufweisen, der getrennt von der mit Steigungen versehenen Schnecke (42) ist, um das Plattenmittel (66) unabhängig von der Rotation der Schnecke (42) zu drehen,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Plattenmittel (66) einen maximalen Durchmesser haben, der größer als der Durchmesser des Auslaßendes des Zylinders (17) ist; und

der Hauptantrieb (102) einen Zylinderabschnitt (96) hat, der gegenüberliegend zum Extruderzylinder (17) ausgerichtet ist und einen Extruderschneckenabschnitt (100) hat, der in dem Zylinderabschnitt (96) angeordnet und mit den Plattenmitteln (66) verbunden ist, wobei der Extruderschneckenabschnitt (100) eine Steigung hat, die entgegengesetzt zur Steigung der Extruderschnecke (42) ist.

12. Pelletisierkopf (14) mit Mitteln zu dessen Befestigung an dem Auslaßende eines länglichen Extruderzylinders (17), der eine drehbare, mit verschiedenen Steigungen versehene Extruderschnecke (42) darin hat, wobei der Pelletisierkopf (14) ein ringförmiges Düsenelement (52) mit einem Paar gegenüberliegender offener Enden und einer kreisförmigen Wand aufweist, die sich zwischen den offenen Enden erstreckt, an der eine Anzahl von Düsenöffnungen (58) durch die kreisförmige Wand gebildet ist; mit Pellets-formenden Plattenmitteln (66), die zwischen den offenen Enden angeordnet sind und einen Zentralbereich (68) und eine Vielzahl von sich radial nach außen erstreckende, am Umfang beabstandete Flügel (70) aufweisen, wobei jeder Flügel (70) außen einen gewölbten Rand (72) hat, der der kreisförmigen Wand entspricht; mit Mitteln zum Koppeln des Düsenelements an das offene Auslaßende des Extruderzylinders (17), wodurch eine der Auslaßöffnungen des Düsenelements mit dem Innenraum des Extruderzylinders (17) kommuniziert; und mit Mitteln, die mit den Plattenmitteln (66) zu deren Drehung in dem Düsenelement arbeitsmäßig gekoppelt sind, wobei die Plattenrotationsmittel einen Hauptantrieb (102) haben, der getrennt von der Extruderschnecke (42) ist, um die Plattenmittel (66) unabhängig von der Rotation der Extruderschnecke (42) zu drehen,

dadurch gekennzeichnet, daß

das ringförmige Düsenelement einen Durchmesser hat, der größer als der Durchmesser des Zylinderauslaßendes ist;

die Plattenmittel (66) einen maximalen Durchmesser haben, der größer als der Durchmesser des Zylinderauslaßendes ist; und daß

der Hauptantrieb (102) einen Zylinderabschnitt (96) hat, der zu dem Extruderzylinder (17) gegenüberliegend ist, einen Extruderschneckenabschnitt (100), der in dem Zylinderabschnitt (96) angeordnet und mit den Plattenmitteln (66) arbeitsmäßig gekoppelt ist, wobei der Extruderabschnitt (100) eine zur Gewindesteigung der Extruderschnecke (42) entgegengesetzte Steigung hat.