DE3108022A1 - Vorrichtung zum extrudieren von futtermaische - Google Patents

Vorrichtung zum extrudieren von futtermaische

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DE3108022A1
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Dennis G. 17756 Muncy Pa. DeWald
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Description

80M11
KOPPEES COMPANY, INC., Pittsburgh, Pennsylvania, USA
ftX-
Vorrichtung zum Extrudieren von Futtermaische
Die Erfindung betrifft eine Extruderschnecke, insbesondere für eine Vorrichtung zum Aufbereiten und Verarbeiten einer· gekochtenmehlhaltigen Maische. Die Erfindung betrifft im einzelnen eine Extrudersehecke für eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Druckkochen, Extrudieren und Formen von Pellets eines Futtermaterialc, wobei die Vorrichtung eine Druckzuführeranordnung, eine Dichtplattenanordnung, eiao Druckkocheranordnung und eine Extruderanordnung enthält, die dann normalerweise von einem Abschneidanordnung zum Pelletieren des extrudierten Produkts gefolgt wird.
Die Erfindung ist eine Verbesserung der Kocher-Extruder-Vorrichtung der Inhaberin nach der US-PS 3 246 594, deren Offenbarung von der vorliegenden Patentanmeldung umfasst werden soll.
Die US-PS 3 246 954 betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Druckkochen von verschiedenartigen Getreideprodukten unter überatmosphärischen Dampfbedingungen zur Erzeugung einer gekochten extrudierbaren Maische und danach zum Extrudieren der gekochten Maische durch mehrere Düsenöffnungen. Die in dieser Patentschrift dargestellte Extruderschnecke ist im wesentlichen eine Doppelgangschnecke, bei der die Gängabschnitte innerhalb des Schneckenzylinders an verschiedenen Stellen unterbrochen oder aufgeschnitten sind zur Erzeugung von rechteckigen Einschnitten in den oder durch die Gänge zur Förderung des Mischens der in den entsprechenden Gangknälen geförderten Maische. Diese Patentschrift zeigt
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auch zwei zusätzliche Gangsegmente am abschliessenden Ende der Schnecke zur weiteren Verbesserung der gleichmässigen Verteilung der Maische an der Extrudierdüse.
Im allgemeinen wird oine in der genannten Patentschrift gezeigte doppelgängige Schnecke oder ein doppelgängiger Sehneckenabschnitt deswegen gewählt, weil er das Produkt in einem gleichmässigeren Strom entleert als eine entsprechende einzelgängige Schnecl-re oder ein einzelgängiger Schneckenabschnitt. Jedoch ergeben sich Schwierigkeiten mit der doppelgängigen Schneckenauslegung nach dieser Patentschrift beim Bewegen einer grossen Vielzahl von Maischematerialien unterschiedlicher Viskosität mit einem gewünschten gleichmässigen Durchsatz in und durch den Extruderzylinder. Dementsprechend wurde die hergestellte Extruderschneckenauslegung so abgeändert, dass sie über dem Extrudereinlass einen einzelgängigen Abschnitt enthält, der in Reihe gefolgt wird durch einen sich durch den Hauptteil des ExtruderZylinders erstreckenden doppelgängigen Abschnitt, durch einen ganglosen Abschnitt mit Ansätzen zum Mischen der Maische und durch einen zweiten verhältnismässig kurzen doppelgängigen Abschnitt am abschliessenden Ende der Extrudersehnecke.
Die obige hergestellte Konstruktion arbeitete während einer Anzahl von Jahren zufriedenstellend. Jedoch wurde in letzter Zeit die Aufmerksamkeit auf das Ersetzen der bisherigen Extruderschnecken durch bearbeitete Schnecken gerichtet hauptsächlich wegen der verbesserten Schneckenfestigkeit, Schneckengleichförmigkeit und auch möglicher Kostenersparnisse. Hierbei wurde eine Anzahl von Schneckenkonstruktionen in Betracht gezogen, wobei die'se mehr oder weniger ein Problem der Technik und Erfahrung als der strengen Anwendung von genauen wissenschaftlichen Prinzipien ist. Aus dieser Aktivität entwickelte sich die vorliegende Schneckenkonstruktion, die überraschenderweise bei Anordnung in.einer tatsächlichen Produktionssituation und ohne Änderung irgendwelcher anderer Betriebsparameter den Durchsatz des Extruders bedeutend er-
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höhte bei gleichzeitiger voller Aufre ihterhaltung eines hohen Standards der Produktionsqualität.
Gemäss der Erfindung ist eine Extruderschnecke für die Verarbeitung von 2?uttermaische vorgesehen. Die Extruderschnecke nach der Erfindung enthält einen schraubenförmigen einzelgängigen Schneckenabschnitt, der an der Einlassöffnung eines Extruderzylinders beginnt und innerhalb des Extruderzylinäers endet, einen ganglosen Abschnitt unmittelbar im Anschluss an den eincelgängigen Abschnitt und einen weiteren schraubenförmigen Bc-hneckenabschnitt, der unmittelbar auf den ganglosen Abschnitt .folgt und in Nähe des Auslasses des Extruder sy linders endet. >
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine allgemeine schematische Darstellung eines teilweisen 'Querschnitts einer Kocher-Extruder-Verarbeitungsanordnung, an die die Erfindung speziell angepasst ist;
I1Xg. 2 eine Seitenansicht der Extrude:·schnecke nach der Erfindung.
1 zeigt schematisch eine typische Kocher-Extruder-Vorrichtung 10, auf die sich die. Erfindung speziell bezieht. Die Vorrichtung 10 enthält im.allgemeinen eine Druckzuführanordnung 12, eine Dichtplatte und eine Dichtplattenantriebsanordnung 14-, eine Druckkocheranordnung 16, eine Extruderanordnung 18 und eine Abschneidanordnung 20. Die Druckzuführanordnung 12 enthält einen Zufülir einlass 22 in einen waagerechten zylindrischen Druckzuführzylinder 24-, der eine Druckzuführschnecke oder einen Druckzuführförderer 26 enthält, der mit einem geeigneten Antrieb 28 versehen ist. Gegenüber der Dr uckzuführ schnecke 26 und dem Druckzuführzylinder 24-befindet sich eine Druckdichtungsplatte 30, die durch einen
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Dichtungsplattenantriebsteil 32 und eine doppelwirkende Kolben-Zylinder-Anordnung 34 betätigt wird. Zwischen der Druckdichtungsplatte 30 und dem Druckzuführzylinder 24 befindet sich ein Dichtring 36.
Ein Zuführerentleerungsgehäuse 38 stellt eine Verbindung zwischen einem abschliessenden Teil der Druckzuführeranoranung 12 und der Drucickocheranordnung 16 her. Letztere enthält im wesentlichen einen langgestreckten Kessel 40 mit rotierenden liischschaufeln 4-2, die darin geeignet gelagert und mit einem Antrieb 44 versehen sind. Wie in der angegebenen Patentschrift im einzelnen erläutert, ist der Druckkocherkessel 40 geeignet mit einer nicht gezeigten Einrichtung versehen zum Einführen von überatmosphärischem Dampf und Wasser oder anderen Flüssigkeiten.
Am Auslassende des Kocherkessels 4-0 befindet sich ein Extrudereinlass 4-6 zur Extruderanordnung 18. Die Extruderanordnung besteht aus drei ExtruderzylinderSegmenten 48, einer Extruderschnecke 50, einem Schneckenantrieb 52, Kupplungen 54·, einem Untersetzungsgetriebe 56, einer Lageranordnung und einer nicht gezeigten Extruderdüse am Auslassende des Extruderzylinders. Schliesslich sind eine Abschneidanordnung 60 herkömmlicher Konstruktion zum Erzeugen von Pellets des exfcrudierten I'utterprodukts und ein Abschneidantrieb 62 ebenfalls bekannter Konstruktion gezeigt.
Kurz zusammengefasst,erfolgt der Betrieb der obigen Vorrichtung mit trockenem Getreide, Körnern oder anderen Puttermaterial, das in das System am Druckzuführereinlass 22 eintritt. Der mit veränderlicher Drehzahl arbeitende Antrieb 28 an der Druckzufuhrschnecke 26 steuert die Zuführgeschwindigkeit in die Druckkocheranordnung 16. Der Dichtungsplattenantrieb enthält einen doppeltxvirkenden pneumatischen Zylinder 34 zum Aufrechterhalten des Drucks der Dichtplatte 30 gegen die DruckzuführSchneckenentleerung. Diese Druck erzeugt die Bildung eines Materialstopfens zum wirksamen Abdichten gegen
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Dampf, der vom Kocher in den Druckzufuhrzylinder 24 strömt. Durch Kombinieren einer Gegendrehung und der Anordnung der Dichtplatte 30 wird der Materialstopfen beim Eintritt in den Kocher abgerieben zum Vorsehen eines schnellen und gleichmassigen Erhitzens.
Die Wärmebehandlung des Materials findet zuerst im Druckkocherkessel 40 statt. Ein mit veränderlicher Drehzahl arbeitender Schaufelförderer 42 im Kocher steuert den Grad des Umrührens und der Hückhaltezeit des Materials. Die normale Jiückhaltezeit beträgt 1 bis 4 Minuten. Während dieser Zeit können unter Druck stehender oder über-atmosphärischer Dempf und Wasser oder andere Flüssigkeiten zugesetzt werdezu Das Material bewegt sich vom Auslass der Druckkocheranordnung 16 zum Einlass 46 der Extruderanordnung 18. Die Extruderanordnung 18 ist grundlegend ein Schneckenförderer, der mechanische Energie in Wärme und Druck umwandelt. Am Ende des Extruders tritt das Material durch eine Extruderdüse hindurch, die eine veränderliche Anzahl von aktiven Löchern gewählter B'orm haben kann. Das Material wird dann durch die durch den Abschneiderantrieb 62 angetriebene Abschneidanordnung 60 in Pellets geschnitten.
i'ig. 2 zeigt eine nach der Erfindung aufgebaute Extruderschnecke. Die dargestellte spezielle Extruderschnecke hat einen Kupplungs- oder Antriebsverbindungsteil 64 an einem Ende, gefolgt durch einen Wellenteil 68, der im Betrieb mit einer nicht gezeigten mechanischen Wellendichtung zusammenarbeitet, um die Schneckenwelle gegen das Entweichen von überatmosphärischem Dampf und/oder gekochter Maische abzudichten. Der Rest der Extruderschnecke 50 befindet sich im Extrudergehäuse und enthält einen anfänglichen Hauptlängsteil mit einem einzelgängigen Schneckenabschnitt 70» einen im Verhältnis kleineren ganglosen Längsabschnitt mit einem Übergangs- und Mischstababschnitt 72 und endet mit einem verhältnismässig kurzen Längsabschnitt aus doppelten Schneckengängen 74. Wenn auch ein einzelner Schneckengang verwendet
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werden kann, v/erden doppelte Schneckengänge am abschliessenden Ende der Extruderschnecke 50 bevorzugt zur Förderung der gleichmässigen Verteilung von Maische an den Düsenöffnungen. Der einzelgängige Schneckenabschnitt 70 und der doppelgängige Schnee renabschnitt 7^- haben Gänge mit nach hinten weisenden und ei ie Rückenabschrägung von 30° aufweisenden Gängen (dargestellt) und mit vorderen Flanken (nicht dargestellt) , die zum Bundbereich der Gänge im wesentlichen senkrecht sind.
Der Übergangs- und Mischstababschnitt 72 besteht aus drei in Längsrichtung beabstandeten Sätzen 76» 78 und 80 von Vierkantstäben, in denen sich die Stäbe 82 jedes Satzes'in einer zur Achse der Extruderschnecke 50 senkrechten gemeinsamen Ebene befinden und radial auswärts zum Hauptxvellenkörper erstrecken und sich der Scheitelhöhe der benachbarten Schnekkengänge annähern. Jeder Satz 76, 78 und 80 von Vierkantstäben besteht aus vier um 90 im Winkel versetzten Stäben, wobei Jeder aufeinanderfolgende Satz von Stäben von seinem benachbarten Satz um 30° im Winkel versetzt ist. Jeder Stab hat Abmessungen von 19 »1 x 19»1 x 34,9 mm.
Im Hinblick auf zusätzliche spezifische Einzelheiten der dargestellten Extruderschnecke beträgt der Sehneckenfussdurchmesser 120,7 mm bei einem Scheiteldurchmesser von nominell 196,9 mm. Die Schneckenlängenabmessungen A bis F betragen 130,2 mm, 2jf<8, 25,4 mm, 1184,3 mm, 152,4 mm bzw. 228,6 mm. Der Einzelgangabschnitt 70 und der Doppelgangschnitt 74- haben eine Ganghöhe von 152,4 mm und sind rechtsgängig. Im allgemeinen sollte das Verhältnis der Schneckenteilung zum Schneckendurchmesser für Schnecken mit unterschiedlichen Durchmessern, wie sie oben im einzelnen beschrieben sind, verhältnismässig konstant gehalten werden. Für die dargestellte spezielle Schnecke beträgt die Länge des Extrudereinlassteils etwa 304,8 mm, wobei die übrige Schneckenlänge, d. h. etwa 1285»9 mm, sich im Extruderzylinder befindet und von diesem vollständig umgeben ist.
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Testlauf
Die angegebene hergestelle Schnecke nach dem Stand der Technik erzeugt im neuen Zustand und bei voller Leistung (100 PS) in einem von der Inhaberin hergestellten Kocher-Extruder Tierfutterklumpen mit einem Durchsatz von etwa 3855 kg/h. Die maschinell bearbeitete Schnecke nach der Erfindung wurde als Ersatz für die fabrikmässig hergestellte Extruderschnecke im Kocher-Extruder ohne Änderung irgendwelcher anderer Betriebsparameter verwendet und erhöhte bei Vollast den gemessenen mittleren Durchsatz für dasselbe Hochqualitätsprodukt auf 6201 kg/h, was einer Zunahme der Kapazität oder des Durchsatzes um 61 % entspricht.
Darüberhinaus hat die Extruderschnecke nach der Erfindung die 2,5- bis 3-fache Lebensdauer der bisher hergestellten Extrudersehnecken, bevor ein Nacharbeiten erforderlich ist. Sei den bisherigen Extrudersehnecken erfolgt das Nacharbeiten routinemässig nach etwa 8000 bis 10 000 t Produktion, während die vorliegende Extruderschnecke vor dem Nacharbeiten für 26 000 bis 30 000 t Produkt verwendet werden kann. Während eine fabrimässig hergestellte Extruderschnecke, die gemäss der Erfindung aufgebaut ist, eine gewünschte Zunahme des Durchsatzes gegenüber bisherigen Extruderschnecken ergibt, stellt offensichtlich die Zunahme der uebensdauer einer maschinell bearbeiteten Extruderschnecke vor dem Nacharbeiten einen Materialvorteil gegenüber den faorikmässig hergestellten Extruderschnecken dar.
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ι/πι WKTILIC DKVJOC DKWOtln9enieure
0-8023 München-Pullach, Wiener Str. 2; Tel. (089) 7 93 30 71; Tjlex 5 212 K7 bios d: Cables: «Paterrlious» Munchen
-η-
KOPPEES COMPART, INC., Pittsburgh, Pennsylvania, USA
"Vorrichtung zum Extrudieren von Futtermaiscae"
IHr Zeichen: Tag 3. März 1981
Yciijr rfif. Dato:
1} Die mit der Anmeldung und im Laufe des Verfahrens eingereichten Ansprüche sind Pormulierungsversuche ohne Präjudiz für die Erzielung v/eitergehenden &hutzes .
2) In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitei-e Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des' jeweiligen Unteransprüches hin; sie sind nicht als ein Versieht auf die Erzielung eines selbständigen ,gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
3) Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung offenbarte Merkmale von erfindungswesentlicher Bedeutung zu beanspruchen; insbesondere beabsichtigt die Anmelderin, auf in den Unterlagen
'; etwa offenbarte neue Stoffe Stoff ansprüche zu richten.
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Claims (12)

  1. B4TENMNIM.TEKrlA BROSE0 K> BROSE
    D-8023 München-Pullach, Wiener Str 2; Tel. (089) 7 93 30 H telex ? 212 W bros d;-Cables:j<Pätent£>us» München
    Diplom Ingenieure
    ihr zehnen: 80M11 Ta9· 3· Mär ζ 1981
    Your ref: Date:
    KOPPERS COMPAUX, INC., Pittsburgh, Pennsylvania, USA
    Patentansprüche
    Vorrichtung zum Extrudieren von Puttermaische, gekennz ei chnet durch einen Extruderzylinder (18) mit Einlass- und Auslassöffnungen und durch eine sich im wesentlichen gemeinsam mit dem und im Extruderzylinder (18) erstreckende Extruderschnecke (50) mit einem schraubenförmigen Einzelgangschneckenabschnitt (70), der an der Einlassöffnung beginnt, innerhalb des Extruderzylinders (18) endet und unmittelbar von einem ganglosen Abschnitt (72) gefolgt wird, der seinerseits yon einem weiteren schraubenförmigen Schnekkenabschnitt (74·) gefolgt wird, der sich bis in Nähe der Auslassöffnung erstreckt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere schraubenförmige Schneckenabschnitt
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    (74) wenigstens einen Doppelgangabschnitt aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ganglose Abschnitt (74) mehrere Stäbe (82*) aufweist, die in axial beabstandeten Ebenen angeordnet sind und sich radial bis in Nähe der Innenwand des Extruderzylinders (18) erstrecken.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gänge der schraubenförmigen Schneckenabschnitte (70, 74) schräge nacheilende Flächen und im wesentlichen flache vorauseilende Flächen haben.
    •1
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fussdurchmesser der Gänge aufweisenden Schneckenabschnitte (70? 74) über die gesamte Länge der ifixtruderschnecke (50) im wesentlichen gleichmässig und die Teilung der Gänge im wesentlichen.identisch sind.
  6. 6. Vorrichtung zum kontinuierlichen Druckkochen, Extrudieren und Formen von Pellets aus Futtermaterial, mit einer Druckzuführanordnung; . einer Dichtplattenanordnung, einer Druckkocher anordnung, einer Extruderanordnung und einer Abschneidanordnung, gekennzeichnet durch einen Extruderzylinder mit Einlassund Auslassöffnungen und durch eine sich im wesentlichen gemeinsam mit dem und im Extruderzylinder (18) erstreckende Extruderschnecke (50) mit einem schraubenförmigen Einzelgangschneckenab'schnitt (70), der an der Einlassöffnung beginnt, innerhalb des Extru- ■ derzylinders (18) endet und unmittelbar von einem ganglosen Abschnitt (72) gefolgt wird, der seinerseits von einem weiteren schraubenförmigen Schneckenabschnitt (74) gefolgt wird, der sich bis in Nähe der Auslassöffnung erstreckt.
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    ~3~
  7. 7« Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere schraubenförmige Schneckenabschnitt wenigstens einen Doppelf;angabschnitt aufweist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der ganglose Abschnitt (74-) mehrere Stäbe (SO) aufweist, die in axial beabstandeten Ebenen angeordnet sind und sich radial bis in Nähe der Innenwand des Extruderzylinders (18) erstrecken.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass dieGänge der schraubenförmigen Schneckenabschnitte (70, 74·) schräge nacheilende Flächen und im wesentlichen flache vorauseilende Flächen haben.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, dass der Fussdurchmesser der Gänge aufweisenden Schneckenabschnitte (70, 72O über die gesamte Länge der Extruderschnecke (50) im wesentlichen gleichmassig und die l'eilung der Gänge im wesentlichen identisch sind.
  11. 11. Extruderschnecke zur Verarbeitung von Futtermaische, bei der die Maische in eine !'Einlassöffnung in einem Extruderzylinder eingeführt und durch eine sich im wesentlichen gemeinsam hiermit erstreckende Schnecke zu einer Auslassöffnung und danach durch eine Extrudierform gefördert wird, gekennzeichnet durch einen schraubenförmigen Einzelgangschneckenabschnitt (70), der an der Einlassöffnung beginnt und innerhalb des Extruderzylinders (18) endet, wobei der anfängliche Schneckenabschnitt (70) danach unmittelbar von einem ganglosen Abschnitt (72) gefolgt wird, und durch einen weiteren schraubenförmigen Schneckenabschnitt (74·)» der unmittelbar auf den ganglosen Abschnitt (72) folgt und sich bis in Nähe der Auslassöffnung erstreckt.
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  12. 12. Extrudersclinecke nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, (Lass der weitere schraubenförmige Schnekkenabschnitt (74) wenigstens einen Doppelgangabschnitt aufweist.
    13· Extruderschnecke nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der ganglose Abschnitt (74-) mehrere Stäbe (82) aufweist, die in axial beabstandeten Ebenen angeordnet sind und sich radial bis in Uähe der Innenwand des Extruderzylxnders (18) erstrecken.
    1':r. Extruder schnecke nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gänge der schraubenförmigen Schnekkenabschnitte (70» 74) schräge nacheilende Flächen lind im wesentlichen flache vorauseilende .Flächen haben.
    15· Extruderschnecke nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der iussdurchmesser der Gänge auf v/eisenden Schneckenabschnitte (70, 74) über die gesamte Länge der Extruderschnecke (50) im wesentlichen gleichmässig und die Teilung der Gänge im wesentlichen identisch sind.
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