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Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsvorrichtung zur thermischen Durchlaufbehandlung von festen Lebens- und Futtermitteln und anderen Schüttgütern.
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Lebens- und Futtermitteln wie z. B. Feldfrüchte, Obst, Gewürze, Kräuter, Cerealien und Ballaststoffe, Saaten oder Nüsse müssen oftmals einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wobei verschiedene Zielsetzungen gegeben sein können. Eine Zielsetzung kann in der Pasteurisierung liegen, um keimbelastete Lebens- und Futtermittel und andere Schüttgüter zu sterilisieren. Beispielsweise ist schwarzer Pfeffer hochgradig keimbelastet. Eine andere Zielsetzung kann darin liegen, einerseits eine Trocknung mit minimalem Verlust an technisch-funktionellen Eigenschaften und andererseits das Rösten oder Toasten zwecks Suche nach neuen Farben, Geschmacksrichtungen und/oder Texturen durchzuführen, wie beispielsweise beim Rösten von Kaffee oder Kakao.
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Die Wärmebehandlung wird oftmals chargenweise in geschlossenen Behältnissen durchgeführt. Dabei kann zwar der Prozess gut geregelt werden, und es können weitere Einflüsse wie das Anlegen eines Vakuums am Prozessbehälter oder Einleiten von Inertgas ausgeübt werden. Allerdings ist die Kapazität im chargenweisen Betrieb begrenzt und daher oftmals unwirtschaftlich.
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Die
DE 33 44 214 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Durchlaufbehandlung von Leinsamen. Dabei finden alle Verfahrensstufen, also Wärmebehandlung und anschließende Abkühlung in verschiedenen Abschnitten innerhalb derselben Trommel statt. Die Trommel steht fest, während eine Förderschnecke im Inneren der Trommel rotiert. Somit besteht die Gefahr, dass keimbelastete Produktanteile in die Kühlstufe verschleppt werden, falls die Aufheizungsphase nicht ausreichend lang und die Temperatur nicht ausreichend hoch war. Die Durchlaufgeschwindigkeit kann weder für die Wärmebehandlungsphase noch für die Kühlphase optimiert werden, da dieselbe Förderschnecke durch beide Stufen läuft. Kommt es zu Produktmängeln, muss der gesamte Inhalt der Trommel verworfen werden und es muss eine gründliche Desinfektion der gesamten Anlage vorgenommen werden.
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Auch die
DE 20 2008 011 577 U1 zeigt eine Wärmebehandlungsvorrichtung zur thermischen Behandlung von festen Lebensmitteln, mit einer rohrförmigen Rösttrommel, die drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, das allseitig verschließbar ist und vom dem der Trommelmantel vollständig umschlossen ist. Die Wärmebehandlungsvorrichtung ist jedoch für eine chargenweise Behandlung ausgelegt und ermöglicht keine Durchlaufbhenadlung.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine intensive Wärmebehandlung durchführen und diese besser steuern und überwachen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wärmebehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Aufheizung des Produkts wie auch das Halten der Wärmebehandlungstemperatur erfolgt während des Durchlaufs des Produkts durch die Trommel. Durch den Durchmesser der Trommel und die Höhe der Stege der innenseitig angebrachten Förderschnecke kann die Höhe der Schüttung beeinflusst werden. Ein Vorteil bei der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung besteht darin, dass durch die feste Verbindung der Stege der Förderschnecke mit dem Trommelmantel diese mit erwärmt werden und somit die Kontaktfläche mit dem Produkt deutlich vergrößert ist. Die Temperierung des Produkts erfolgt bei der Erfindung also vorrangig durch den Kontakt des Produkts mit der erwärmten Trommel, auch wenn optional zusätzlich Dampf oder andere Gase wie Heißluft oder Ozon in die Trommel eingeblasen werden kann, um die Effizienz der gezielten Behandlung zu erhöhen, eine gründliche Sterilisation zu gewährleisten und/oder die Feuchtigkeit, die Farbe etc. des Produkts im Laufe der Wärmebehandlungsphase zu beeinflussen; insbesondere wenn zusätzlich Dampf oder andere Gase wie Heißluft oder Ozon in die Trommel eingeblasen werden, ist am Gehäuse zusätzlich eine spezielle, an jede Art von Gas angepasste Absaugvorrichtung vorgesehen.
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Erfindungswesentlich ist also die Erwärmung des Produkts durch Kontaktwärme sowie die Art und Weise, wie die Trommel erwärmt wird. Diese wird nach der Erfindung allein durch Heißluft erwärmt, die auf die Außenseite des Trommelmantels geblasen wird. Die Luft wird aber nicht einfach in den Zwischenraum zwischen Trommelaußenseite und Gehäusewand geblasen, sondern wird über eine Breitschlitzdüse linear aufgefächert, die sehr gezielt auf eine Linie auf der Trommel gerichtet ist. Diese Linie verläuft genau dort, wo die Produktschüttung im Bodenbereich der Trommel beginnt, oder kurz davor. Das heißt, die soeben mit einer bestimmten Heißlufttemperatur vorgewärmte Trommelwandsektion bewegt sich aufgrund der Rotation unmittelbar danach unter die Produktschüttung. Damit ist die auf das Produkt einwirkende Ist-Temperatur schon durch die Vorwahl der Heißlufttemperatur sehr genau bekannt. Wärmeverluste sind im geschlossenen Gehäuse ohnehin reduziert, treten aber jedenfalls zwischen der Linie der Erwärmung außen und dem Anfang der Produktschüttung kaum auf.
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Um die Regelung der Trommeltemperatur noch zu verbessern, kann wenigstens ein im Trommelmantel vorgesehener Temperatursensor vorgesehen sein, der insbesondere am auslaufseitigen Ende der Trommel angeordnet ist, weil das bis dorthin geförderte Produkt am Ende die Temperatur der Trommel erreicht hat und die Trommeltemperatur somit dort am höchsten ist. Über eine Regelung der Heißlufttemperatur ist einerseits gewährleistet, dass die Temperierung des Produkts ausreichend hoch und ausreichend lang erfolgt. Andererseits ermöglicht sie eine deutliche Energieeinsparung, weil keine dauerhafte Überhitzung vorgenommen werden muss, nur um sicherzugehen, dass die Produktqualität gewährleistet ist. Wird durch Messung ermittelt, dass die Temperatur der Trommel ausreichend hoch ist, wird die Heißlufttemperatur und/ oder -menge herunter geregelt. Der Vorteil der Verwendung von Heißluft zur Trommelbeheizung besteht auch darin, dass nicht nur die Temperatur, sondern auch die Luftgeschwindigkeit leicht regelbar sind, so dass die Wärmezufuhr gut kontrollierbar ist. Im Gegensatz zur Erwärmung über Dampf kann die Heizvorrichtung auch zur vorübergehenden Kühlung der Trommel dienen und es kann eine Trommeltemperatur von weniger als 100° C eingestellt werden, ohne dass Kondensat anfällt.
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Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung durch wenigstens fünf weitere Temperatursensoren, die über die Länge der Trommel verteilt in der Trommel angeordnet sind und die sich von der Welle aus in den Zwischenraum zwischen Welle und Trommelmantel erstrecken. Über die wenigstens drei, insbesondere fünf Temperatursensoren kann ein Temperaturprofil über die Länge der Trommel aufgenommen werden, aus dem ableitbar ist, ob die gewählte Behandlungstemperatur erreicht und ausreichend lange gehalten wird.
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Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Sensorträgerarme so lang auszuführen, dass die Temperaturfühler bis in die Produktschüttung hineintauchen. Dazu ist zusätzlich ein Winkelgeber an der Welle erforderlich. Durch die bekannte Winkellage der Temperaturfühler kann zum einen genau erfasst werden, wenn diese in die Produktschüttung eintauchen, so dass der dann erfasste Messwert der Produkttemperatur in der Mitte der Schüttung entspricht. Außerdem kann durch eine Verknüpfung der Temperaturmessung mit der Winkellage die Lufttemperatur innerhalb der Trommel gemessen werden. Diese entspricht zudem weitgehend der Oberflächentemperatur der Produktschüttung. Durch einen Vergleich der beiden Messwerte kann auf die vollständige Durchheizung der Produktschüttung rückgeschlossen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 die wesentlichen Abschnitte einer Wärmebehandlungsvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht;
- 2 Teile einer Trommel einer Wärmebehandlungsvorrichtung in einer schematischen perspektivischen Ansicht;
- 3 einen Teil der Trommel im Bereich ihrer Eingabeseite;
- 4 eine polygonale Trommel;
- 5 weitere Details der Trommel nach den 2 und 3;
- 6 den Einzugsbereich der in einem Gehäuse gelagerten Trommel;
- 7 die Lagerung der Trommel auf der Austragsseite;
- 8 ein Detail einer Welle kurz hinter der Einzugsschnecke;
- 9 die Wärmebehandlungsvorrichtung mit einer Heizvorrichtung;
- 10 einen Luftverteiler mit Breitschlitzdüsen;
- 11 die Wärmebehandlungsvorrichtung von der Stirnseite;
- 12 die Heizvorrichtung perspektivisch;
- 13 das Innere der elektrischen Heizeinrichtung.
- 14 eine Transfervorrichtung;
- 15 eine Konditionierungsvorrichtung von außen;
- 16 eine Konditionierungstrommel der Konditionierungsvorrichtung von der Auslaufseite her;
- 17 die Konditionierungstrommel von der Zulaufseite her;
- 18 die Kühlvorrichtung der Konditionierungstrommel an der Auslaufseite und
- 19 eine perspektivische Ansicht der gesamten Heizvorrichtung zusammen mit der Wärmebehandlungsvorrichtung.
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1 zeigt eine komplette Anlage mit einer Wärmebehandlungsvorrichtung 100, einer Transfervorrichtung 200 und einer Konditionierungsvorrichtung 300. Über eine nachfolgend nicht näher beschriebene Zuführvorrichtung wird ein rieselfähiges Schüttgut in die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 gegeben und wird darin während seines Durchlaufs wärmebehandelt. Über die Transfervorrichtung 200 gelangt es in die Konditionierungsvorrichtung 300, wo es abgekühlt und ggf. befeuchtet wird. Sollte bei der Wärmebehandlung eine Störung eintreten, kann das Produkt über die Auslauföffnung, die über Stellelemente geöffnet und verschlossen werden kann, ausgeschleust werden.
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2 zeigt Teile einer Trommel 10 der Wärmebehandlungsvorrichtung 100 in einer schematischen perspektivischen Ansicht. Ein Trommelmantel 11 ist über mehrere radial ausgerichtete Speichen 13 mit einer Welle 12 verbunden. Die Trommel 10 besitzt eine offene Eingabeöffnung 14 und eine offene Austragsöffnung 15; die Förderrichtung dazwischen ist durch den Blockpfeil angedeutet. An der Eingabeöffnung 14 ist auf der Welle 12 eine Einzugsschnecke 17 ausgebildet.
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3 zeigt einen Teil der Trommel 10 im Bereich ihrer Eingabeöffnung 14. Die Einzugsschnecke 17 auf der Welle 12 erstreckt sich bis in den von dem Trommelmantel 11 umgebenen axialen Bereich der Welle 12. Der Trommelmantel 11 wiederum besitzt auf seiner Innenseite eine Förderschnecke 16. Der Außendurchmesser der Einzugsschnecke 17 und der Innendurchmesser der Förderschnecke 16 sind so aufeinander abgestimmt, dass ein größerer radialer Freiraum besteht.
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Die Trommel 10 kann zylindrisch ausgebildet sein. Insbesondere ist jedoch eine im Querschnitt polygonale Trommel 10' vorgesehen, wie sie am Beispiel einer Trommel 10' mit einem oktaedrischen Trommelmantel 11' und einer entsprechend in ihrer Form an den Trommelmantel 11' angepassten Förderschnecke 16' in 4 dargestellt ist. Das Design der Art der polygonalen Trommel wird anhand der Produktgröße oder -form definiert. Für rote Paprika oder Chili ist eine zehneckige Form vorteilhaft; bei Kurkuma- oder Vanillestäbchen hat sich eine achteckige Form bewährt. Diese spezifischen geometrischen Formen helfen insbesondere beim produktschonenden Mischen.
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5 zeigt weitere Details der Trommel 10. Der Trommelmantel 11 besitzt mehrere Öffnungen, die mit Klappen 11.1, 11.2, 11.3 verschließbar sind, so dass durch Öffnen der Klappen 11.1, 11.2, 11.3 das Innere der Trommel 10 zugänglich ist, um das Innere der Trommel 10 reinigen zu können. Aus Stabilitätsgründen sind die Klappen 11.1, 11.2, 11.3 nicht linear entlang der Welle 12 aufgereiht, sondern sind mit axialem Abstand zueinander und auf unterschiedlichen Winkelpositionen am Trommelmantel 11 angeordnet. Damit einerseits ein frei zugänglicher Querschnitt an der Öffnung entsteht, aber andererseits auch im Betrieb die an der Innenwandung des Trommelmantels 11 angeordnete Förderschnecke 16 nicht unterbrochen ist, sind an der Innenseite jeder Klappe Schneckenstegsegmente 16.3 angeordnet. Mit Schließen der Klappen 11.1, 11.2, 11.3 entsteht somit wieder eine kontinuierliche Förderschnecke 16.
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In 6 ist der Einzugsbereich der die in einem Gehäuse 30 gelagerten Trommel 10 dargestellt. Das Gehäuse 30, das zugleich den Prozessraum bildet, in dem das zu sterilisierende Produkt aufgenommen wird, umschließt die Trommel 10 im Betrieb vollständig, wobei in 6 nur die unteren Gehäuseteile dargestellt sind. Die Trommel 10 ist mit ihrer Welle 12 in einem Wellenlager 32.1 gelagert. Das Wellenlager 32.1 befindet sich in einem Lagerkasten 32, der von dem Prozessraum getrennt ist, um zu vermeiden, dass Schmiermittelreste oder Abrieb vom Wellenlager 32.1 in den Prozessraum gelangt. Zwischen dem Gehäuse 30 und dem Lagerkasten 32 ist die Welle 12 durch eine Kupplung 12.1 unterbrochen, um Fluchtungsfehler ausgleichen zu können. Außerdem wird die Welle 12 zwischen der Kupplung 12.1 und dem Wellenlager 32.1 an ihrem Umfang abgedichtet, damit dort kein in den Prozessraum geführter Dampf, der nur über die Düsen in die Hochtemperatur-Behandlungstrommel eingespritzt wird, entweichen kann. Die Zufuhr des Guts erfolgt über ein Zulaufrohr 33, das sich durch das Gehäuse 30 hindurch ins Innere erstreckt und kurz oberhalb der Einzugsschnecke 17 endet. Unterhalb der Einzugsschnecke 17 auf der Welle 12 ist eine halbzylindrische Auffangschale 31 ausgebildet. Die Auffangschale 31 und die Einzugsschnecke 17 haben zusammen die Wirkung, dass das zugeführte Produkt axial in Richtung der Trommel 10 mit ihrer Förderschnecke 16 bewegt wird. Das Produkt fällt von der Auffangschale 31 direkt in den Eingabebereich der Trommel 10 bei der Eingabeöffnung 14.
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Die Welle 12 ist innen hohl. Der Hohlraum dient einerseits zur Durchleitung von Sensorkabeln und andererseits zur Einleitung von Dampf in die Trommel 10. Um bestimmte Behandlungsverfahren zu optimieren oder den Feuchtegehalt des Produkts zu optimieren, kann Dampf über eine innerhalb des Lagerkastens 32 mündende Dampfeinlassleitung 19 in die hohle Welle 12 eingespeist werden.
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In 7 ist die Lagerung der Trommel 10 auf der Austragsseite 15 dargestellt. Die Welle 12 ist an zwei Wellenlagern 36.1, 36.2 in einem weiteren Lagerkasten 36 gelagert, der vom Gehäuse 30 als Prozessraum abgetrennt ist wie auf der Eingangsseite auch. Vom Gehäuse 30 sind hier Seitenwände 30.1, 30.2, ein Boden 30.3 mit einer Austragsöffnung 34, eine Stirnwand 30.4 mit einer Durchführung der Welle 12 zum Lagerkasten 36 und eine aufklappbarer Deckel 37 gezeigt.
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8 zeigt ein Detail der Welle 12 kurz hinter der Einzugsschnecke 17. In der als hohles Rohr ausgebildeten Welle 12 sind Kabelschutzrohre angeordnet, in denen Sensorkabel geführt sind. An mehreren axialen Positionen sind radiale Sensorträgerarme 12.3 auf der Welle 12 angeordnet, an deren Ende jeweils ein Temperatursensor 41.1, 41.2 angeordnet ist. Die Sensorträgerarme 12.3 erstrecken sich bis in den radialen Zwischenraum zwischen Einzugsschnecke 17 und Förderschnecke 16, um die Temperatur möglichst nah an dem zwischen den Gängen der Förderschnecke 16 geförderten Produkt messen zu können. Da die Trommel 10 nicht schnell rotiert, wird das Produkt nicht über den gesamten Innenumfang der Trommel 10 geschleudert, sondern liegt unten in der Trommel 10 und wird dort axial gefördert.
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Da die Sensorträgerarme 12.3 jedoch starr auf der Welle 12 angeordnet sind und der Trommelmantel 11 ebenfalls über die Speichen 13 (1) mit der Welle 12 verbunden ist, ergibt sich bei der Temperaturmessung ein besonderer Effekt: Einer Regeleinrichtung werden nicht nur die Messwerte der Temperatursensoren 41.1, 41.2 zugeführt, sondern auch die Winkellage der Welle 12. Solange die Sensorträgerarme 12.3 sich auf einer Winkelposition zwischen 8 und 3 Uhr befinden, besteht kein Kontakt zu dem in der Trommel 11 befindlichen Produkt und die Temperatursensoren 41.1, 41.2 befinden sich auch nicht in unmittelbarer Nähe oberhalb des Schüttguts. Somit erfassen sie zwischen etwa 8 Uhr und 3 Uhr die Strahlungswärme des aufgeheizten Trommelmantels 11, während sie in dem Winkelbereich zwischen 3 Uhr und 8 Uhr direkt in das Schüttgut eintauchen und durch unmittelbaren Kontakt dessen Temperatur messen. Indem die Temperaturmesswerte entweder zusammen mit der aktuellen Winkellage bei der Messung gespeichert werden oder indem nur bei bestimmten Winkellagen die Messung überhaupt durchgeführt wird, können mit denselben Temperatursensoren nur die Trommeltemperatur der von außen beheizten Trommel 11 und/oder die Temperatur des darin behandelten Schüttguts gemessen werden. Da axial über die Länge des Trommelmantels 11 verteilt zudem wenigstens fünf Temperatursensoren 41.1, 41.2 vorgesehen sind, kann ein Temperaturprofil des Produkts in der Trommel 100 jederzeit abgelesen werden. Die gemessene Trommeltemperatur wird aufgezeichnet und geregelt. Zur Regelung ist ein weiterer Sensor am Ende der Trommel vorgesehen. Durch die Regelung wird die Trommeltemperatur unmittelbar mit einer Heizvorrichtung in Beziehung gesetzt, so dass Strom zur Aufheizung nur bei Bedarf benötigt wird. Dabei erlaubt die elektrische Aufheizung eine schnelle Reaktion der Heizvorrichtung an den Wärmebedarf in der Trommel. Außerdem kann bestimmt werden, ob die Aufheizung des Produkts in der Trommel 10 schnell genug erfolgt und ob die für die erfolgreiche Wärmebehandlung des spezifischen Produkts erforderliche Temperatur erreicht und gehalten wird.
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Um in der Trommel 10 nicht nur durch Wärmeleitung, sondern auch durch Konvektion beeinflusste Temperaturen zu messen, werden vorzugsweise zwei weitere Sensoren mit kürzerer Länge auf dem Tragarm 12 integriert. Ihre Position wird in Beziehung zur Wärmeverteilung in verschiedenen Trommelgrößen oder -modellen festgelegt.
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Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 mit Teilen einer Heizvorrichtung 50 zeigt 9. Durch einen Ausbruch im Gehäuse 30 ist ein Teil des Trommelmantels 11 mit der verdeckten, innen liegenden Förderschnecke 16 sichtbar. Am Gehäuse 30 sind rechts und links die Lagerkästen 32, 36 erkennbar. Die Förderrichtung ist in 9 von links nach rechts. An der Zulauföffnung 33 wird das Produkt zugeführt und gelangt dann innerhalb der Trommel 10 bis nach ganz rechts. Das Gehäuse 30 ist nach oben hin offen und wird durch mehrere Wartungsklappen 37 abgeschlossen. Die Heizvorrichtung 50 stellt heiße Luft bereit, die über einen Heißluftverteiler 51 auf mehrere Breitschlitzdüsen 52 verteilt wird. Die Breitschlitzdüsen 52 erstrecken sich axial entlang des Gehäuses 30 und decken einen Großteil der Länge der Trommel 10 im Gehäuse 30 ab. Über eine Auslassöffnung 38 kann Luft aus dem Gehäuse 30 abgesaugt werden.
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19 zeigt die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 mit der gesamten Heizvorrichtung 50, die mit ihrem Heißluftgenerator 53, dem Heißluftverteiler 51 und den Breitschlitzdüsen 52 vor dem Gehäuse 30 der Wärmebehandlungseinrichtung angeordnet ist. Von der Auslassöffnung 38 aus führt eine Ansaugleitung 59.1 zu einem Zyklonabscheider 59. Die aus dem Gehäuseinneren, das den Behandlungsraum der Wärmebehandlungsvorrichtung 100 darstellt, abgesaugte Luft wird dort von Staub und Kondensat gereinigt und über eine weitere Luftleitung 59.2 zu dem Heißluftgenerator 53 geleitet. Damit entsteht ein geschlossener Kreislauf, in welchem vorgewärmte Luft erneut erhitzt und wieder in den Prozess gegeben wird, so dass deutliche Energieeinsparungen erzielbar sind. Das Gehäuse des Heißluftgenerators 53 besitzt außerdem Gehäuseöffnungen, die über Klappen motorisch zu öffnen und zu schließen sind. Sofern Frischluft aus der Umgebung angesaugt werden soll, insbesondere um die Temperatur im Prozess herabzusetzen oder um die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 für eine Wartung und Reinigung schnell herunterzukühlen, werden die Gehäuseöffnungen geöffnet. Es kann auch ein motorisch bewegbarer Schieber an der Gehäuserückseite des Heißluftgenerators 53 vorgesehen sein, der nach unten wegfährt und mit der Freigabe der schlitzförmigen Öffnungen zugleich vor den Einlass der Luftleitung 59.2 geschoben wird, um diesen Luftweg abzusperren.
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Bei der Darstellung in 10 ist der Luftverteiler 51 mit den Breitschlitzdüsen 52 ohne Gehäuse dargestellt, welche sich unmittelbar bis an die Außenseite des Trommelmantels 11 erstrecken. Das heißt, die Breitschlitzdüsen 52 enden nicht an dem hier nicht dargestellten Gehäuse, sondern erstrecken sich bis an Gehäuseöffnungen oder sogar durch Gehäuseöffnungen hindurch bis in das Innere des Gehäuses.
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11 zeigt einen Blick auf die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 von der Stirnseite, wobei das Gehäuse 30 geschnitten ist. Im Gehäuse 30 rotiert die Trommel 10 in der durch den Pfeil markierten Richtung. In den Kammern, die auf dem Trommelmantel 11 zwischen den Stegen der Förderschnecke 16 ausgebildet sind, wird das Produkt kontinuierlich axial gefördert. Bedingt durch die Drehrichtung ist die Lage der Schüttung des Produkts 1 im Betrieb aber nicht symmetrisch in Bezug auf eine vertikale Mittelachse, sondern der Schüttkegel wird durch die Wandreibung in Drehrichtung nach oben gezogen. Die Mündung der Breitschlitzdüsen 52 zielt nun genau auf diejenige Winkelzone an der Außenseite der rotierenden Trommel 10, die am Rand der Schüttung eines Produkts 1 ist. Der Trommelmantel wird also genau dort - oder kurz zuvor - aufgeheizt, wo der erstmalige Kontakt eines Sektors des Trommelmantels 11 mit dem Produkt 1 im Inneren der Trommel 10 besteht.
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Blickt man also - wie in 11 - von der Austragsöffnung 15 aus auf die Trommel 10, so ist die Breitschlitzdüse 52 bei einer Trommeldrehung im Uhrzeigersinn auf einer Position zwischen 2 und 4 Uhr angeordnet, während sie bei einer Rotation gegen den Uhrzeigersinn auf einer Position zwischen 8 und 10 Uhr angeordnet wäre.
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Der über die Breitschlitzdüse 52 von außen erwärmte Sektor des Trommelmantels 11 bewegt sich somit direkt im Anschluss an die Erwärmung unterhalb der aufliegenden Produktschüttung weg, so dass die Wärme gezielt an das Produkt abgegeben werden kann. Die Temperaturführung des Produkts 1 ist daher sehr genau möglich, gerade weil keine direkte Aufheizung durch eingeblasene Luft erfolgt, sondern nur eine indirekte Aufheizung durch Wärmeleitung über den Kontakt mit dem Trommelmantel 11 und den Stegen der daran befestigten Förderschnecke 16 sowie durch Wärmestrahlung des Trommelmantels 11.
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Durch die Breitschlitzdüsen 52 wird aufgrund der Erfindung eine unkontrollierte Aufheizung des gesamten Gehäuseinnenraums vermieden und es wird gezielt nur diejenige kleine Winkelzone am Trommelmantel 11 erwärmt, die unmittelbar vor dem Kontakt mit dem Produkt steht. Dafür wird die Aufheizung nach der Erfindung auch nicht punktuell vorgenommen, sondern über einen wesentlichen Teil der axialen Länge des Trommelmantels 11, vgl. 9, 10, nämlich über mehr als der Hälfte der Länge des Trommelmantels 11 insbesondere über mehr als drei Viertel der Länge.
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In 12 ist die Heizvorrichtung 50 perspektivisch dargestellt. Über ein Gebläse 57 wird angesaugte Luft durch einen Filter 56 in einem Gehäuse 54 geblasen. Der Luftstrom wird über eine Düse 55 in einen elektrischen Heißluftgenerator 53 geleitet, der einen Kanal mit rechteckigem Querschnitt bildet. Dieser wiederum mündet an der Außenseite des Gehäuses 54 und geht in den Heißluftverteiler 51 über, über welche die erwärmte Luft zu den Breitschlitzdüsen 52 geleitet wird.
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Das Innere des elektrischen Heißluftgenerators 53 wird aus 13 deutlich, wo sowohl das Gehäuse 54 wie auch die Heizeinrichtung 53 selbst geöffnet dargestellt sind. Der Heißluftgenerator 53 besteht aus mehreren plattenförmigen, keramischen Heizelementen 58, die Heizschlangen umfassen und daher durchströmbar sind. Durch die Verwendung elektrischer Heizelemente 58 ist eine schnell reagierende Regelung der Heißlufttemperatur in Abhängigkeit von der im Inneren der Trommel gemessenen Produkt- und/oder Lufttemperatur möglich.
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Die nächste Behandlungsstufe dient der Abkühlung und Feuchte-Konditionierung des zuvor in der Wärmebehandlungsvorrichtung 100 wärmebehandelten Produkts.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Produkt aber nicht direkt in eine Konditionierungsvorrichtung überführt. Vorzugsweise ist eine Transfervorrichtung 200 dazwischengesetzt, die in 14 dargestellt ist. Diese umfasst ein rohrförmiges Gehäuse 201, das im Betrieb in einer im Wesentlichen horizontalen Lage angeordnet ist. Im Innenraum 203 rotiert eine Förderschnecke 202, die mit verstellbaren Förderelementen 204 versehen ist. An der Oberseite ist ein Zulaufstutzen 211 in das Gehäuse 201 eingebracht. Der Einlauftrichter kann über einen Kratzer 211.1 mit Antrieb 211.2 gereinigt werden. Blockaden im Zulaufstutzen 211 können so einfach aufgelöst werden. An der Unterseite des Gehäuses 201 sind zwei Auslauföffnungen 212, 213 vorgesehen, von denen die näher zum Zulaufstutzen 211 hin angeordnete Auslauföffnung 213 über einen Antrieb 214 und eine Klappe 215 verschließbar ist. Die durch die Drehrichtung und Ausbildung der Förderschnecke 202 vorgegebene Förderrichtung verläuft von dem Zulaufstutzen 211 zur Auslauföffnung 212, an die sich die Konditionierungsvorrichtung anschließt.
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Solange das Innere 203 des Gehäuses 201 mit dem Produkt gefüllt ist, verhindert das Produkt selber, dass über die Transfervorrichtung 200 ein Gasaustausch zwischen der Wärmebehandlungsvorrichtung 100, die sich direkt an den Zulaufstutzen 211 anschließt, und der Umgebung und/oder der sich an die Auslauföffnung 212 anschließenden Konditionierungsvorrichtung stattfinden kann. Es kann also insbesondere keine ungefilterte Außenluft in die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 eindringen.
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Im Produktionsbetrieb werden laufend die in der Wärmebehandlungsvorrichtung 100 vorliegenden Parameter wie Temperaturprofil und Verweilzeit gemessen und mit den Sollwerten verglichen. Bei Abweichungen im Prozess, durch welche die Produktqualität wesentlich beeinträchtigt sein kann oder sogar die korrekte Dekontamination des Produkts nicht gewährleistet werden kann, wird eine Ausschleusung des möglicherweise kontaminierten Produkts über die Auslauföffnung 213 vorgenommen. Dazu wird einfach die Klappe 215 geöffnet. Solange diese geöffnet ist, wird das sämtliche am Zulaufstutzen 211 eingezogene Produkt durch die Auslauföffnung 213 ausgeschleust. Im folgenden Abschnitt des Gehäuses 201, also zwischen der Auslauföffnung 213 und der Auslauföffnung 212, läuft die Förderschnecke 202 unterdessen leer. Durch eine Variation der Drehzahl der Förderschnecke 202 wird ein Stau des Produkts im Gehäuse 201 erzeugt, so dass wiederum der Luftaustausch zwischen der geöffneten Auslauföffnung 213 und dem Zulaufstutzen 211 vermieden wird.
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Erst wenn im vorausgegangenen Prozess die Soll-Bedingungen wiederhergestellt sind, wird die Klappe 215 wieder geschlossen, so dass das Produkt über die verschlossene Auslauföffnung 213 hinweg zur Auslauföffnung 212 gefördert wird.
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15 zeigt eine Konditionierungsvorrichtung 300 in perspektivischer Ansicht von außen. Sie umfasst ein Gehäuse 301, das zur Umgebung allseitig verschließbar ist. Durch die Oberseite erstreckt sich ein Zulaufrohr 321 ins Innere. Das Zulaufrohr 321 wird direkt mit der Auslauföffnung 212 der Transfervorrichtung 200 (siehe 14) verbunden, so dass ein von der Umgebung abgeschotteter Übergang gegeben ist. Über Wartungsklappen 302 ist der Innenraum leicht zugänglich. Eine Luftleitung 323 führt ebenfalls in den Innenraum des Gehäuses 301. Der nicht sichtbare Auslauf befindet sich im Bodenbereich auf der in 15 rechtsliegenden Seite des Gehäuses 301. Auf der rechten Gehäuseseite schließt sich zudem ein Lagerkasten 303 an, in dem auch ein Antriebsmotor aufgenommen werden kann. Eine Welle 312 einer im Inneren des Gehäuses gelagerten Konditionierungstrommel erstreckt sich durch den Lagerkasten 303 nach außen. Sie ist innen hohl, so dass über einen Anschlussstutzen 313 und eine Drehkupplung je eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung für einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen werden können. Ein Schauglas 324 erlaubt den Blick auf das Produkt im Inneren. Über ein Ventil 325 können kondensierte Flüssigkeiten abgelassen werden. An der Oberseite ist ein T-Stück 330 angebracht, das über eine angetriebene Klappe verschließbar ist und ein gezieltes Ablassen der Abluft aus dem Gehäuse 301 erlaubt. Über eine flexible Verbindung 331 ist das T-Stück 330 mit einem Siphon 332 verbunden, so dass aus der Abluft ausfallendes Kondensat abgeleitet werden kann, ohne jedoch Luft darüber anzusaugen.
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Die in 16 perspektivisch dargestellte Konditionierungstrommel 310 mit einer Welle 312 und einem Trommelmantel 311 bildet das Kernstück der Konditionierungsvorrichtung 300. Die Konditionierungstrommel 310 ist an beiden Stirnseiten offen. In 16 ist die Blickrichtung auf eine Auslauföffnung 315 gerichtet. Auf der abgewandten Seite befindet sich eine Zulauföffnung 314. Wie bei der Trommel 11 der Wärmebehandlungsvorrichtung 100 auch, ist an der Innenseite des Trommelmantels 311 eine Förderschnecke 316 ausgebildet. Um den Innenraum leichter reinigen zu können während die Konditionierungstrommel 310 im Gehäuse 301 verbleibt, besitzt der Trommelmantel 311 mehrere Wartungsklappen 311.1 ... 311.5, die geöffnet werden können. Damit die Förderschnecke 316 im Bereich der Wartungsklappen 311.1 ... 311.5 nicht unterbrochen werden muss, sind an der Innenseite der Wartungsklappen 311.1 ... 311.5 Schneckensegmente 316.1 angebracht. Unterhalb der Auslauföffnung 315 ist im Boden des Gehäuses 301 eine Auslauföffnung vorgesehen, aus der das Produkt ausgeschleust wird, nachdem es den gesamten Behandlungsprozess durch die Wärmebehandlungsvorrichtung 100, die Transfervorrichtung 200 und die Konditionierungsvorrichtung 300 durchlaufen hat.
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Auf der Seite der Auslauföffnung 315 ist der Trommelmantel 311 an einem Speichenkreuz 317 befestigt, von dem aus sich die Welle 312 bis zu einem Lager 341 erstreckt. Die Welle 312 erstreckt sich somit bei der Konditionierungsvorrichtung 300 nicht durch den Trommelmantel 311 hindurch. Auf der Seite der Zulauföffnung 314 ist der Trommelmantel 311 endseitig durch einen Lagerbund 319 verstärkt.
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Die Bedeutung des Lagerbunds 319 ergibt sich aus 17, wo die Zulaufseite der Konditionierungstrommel 310 mit der Zulauföffnung 314 abgebildet ist. Der Lagerbund 319 ist auf Rollenlagern 342 geführt, die am Boden des Gehäuses angebracht sind. Die Konditionierungstrommel 310 kann somit ohne durchgehende Welle und folglich ohne Speichenelemente gelagert werden. Dies ermöglicht, eine stationäre Kaltluftleitung 323 ins Innere der Konditionierungstrommel 100 zu führen, die über die Länge mehrere Düsen 324 besitzt. Das mit der Förderschnecke 316 durch die Konditionierungstrommel 310 geleitete Produkt kann darüber nachbefeuchtet werden.
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Die Aufgabe des Produkts erfolgt über das Zulaufrohr 321, das durch die Gehäusewand führt und im Inneren in eine Rutsche 322 übergeht, die sich zum Ende hin verbreitert. Damit gelangt das Produkt in den Wirkungsbereich der Förderschnecke 316.
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Einen wesentlichen Teil der Konditionierungsvorrichtung 300 bildet die Kühlung der Trommel 311, deren Funktionsweise in 18 dargestellt ist. Das durch die Konditionierungstrommel 310 geförderte Produkt liegt in einer losen Schüttung im unteren Bereich der Konditionierungstrommel 310 auf und wird durch Kontakt mit der gekühlten Oberfläche des Trommelmantels 311 und der damit verbundenen Stege der Förderschnecke 316 abgekühlt, wobei die Kühlwirkung durch Einblasen von trockener, gekühlter Luft zusätzlich gesteigert werden kann. Zur Kühlung des Trommelmantels 311 wird Wasser oder ein anderes Kältemittel über einen Vorlaufleitungsanschluss 313.1 am Anschlussstutzen 313 eingeleitet. Es gelangt durch eine Leitung im Hohlraum der Welle 312 bis zu einer Nabe 318 und von dort in wenigstens eine Kühlmittelleitung 318.1, die zunächst radial nach außen verläuft und sich dann axial durch den Trommelmantel 311 hindurch erstreckt. Der Trommelmantel 311 ist doppelwandig ausgebildet. Das Kühlmittel läuft aus der Kühlmittelleitung 318.1 in den Hohlraum und verdrängt das dort eingeschlossene und durch den indirekten Kontakt mit dem Produkt erwärmte Kühlmittel, das dann über die Kühlmittelleitung 318.2 aus dem Hohlraum zur Nabe 318 geleitet wird. Von dort aus fließt es durch die hohle Welle 312 zu einem Rücklaufleitungsanschluss 313.1 am Anschlussstutzen 313.
