[0001] Die Erfindung betrifft eine Pressvorrichtung zur Gewinnung von biopolymerhaltigen
Produkten unter Vermeidung einer Denaturierung aus einem Pressgut mit einem insbesondere
zylindrischen Pressengehäuse, das einen länglichen Innenraum definiert und das an
seinem einen axialen Endbereich eine radiale Einlassöffnung für das Pressgut und in
seinem anderen axialen Endbereich eine axiale Auslassöffnung für das denaturierte
Pressgut aufweist, wobei in der Seitenwandung des Pressengehäuses quer zur Längsachse
ausgebildete Öffnungen zum Austritt von Flüssigkeit aus dem Pressgut vorgesehen sind,
und einer Schneckenwelle zum Fördern und/oder Pressen des Pressgutes, die in dem Innenraum
des Pressengehäuses angeordnet und um ihre Längsachse drehbar gelagert ist.
[0002] Gattungsgemäße Pressvorrichtungen werden insbesondere zur Gewinnung von Proteinen
aus pflanzlichen oder tierischen Ausgangsstoffen eingesetzt. Eine derartige Proteingewinnung
ohne die Denaturierung eines pflanzlichen oder tierischen Pressgutes hat vor dem Hintergrund
einer steigenden Weltbevölkerung und veränderter Ernährungsgewohnheiten eine zunehmende
Bedeutung unter anderem bei der Herstellung von Tierfutter. Beispielsweise werden
als pflanzliche Ausgangsstoffe zur Proteingewinnung Raps oder Sojabohnen verwendet.
Als tierische Ausgangsstoffe haben sich die Larven von schwarzen Soldatenfliegen als
besonders vorteilhaft zur Gewinnung von proteinreichem Futtermehl als Alternative
zu Fischmehl herausgestellt, da sie sich effizient und ökologisch sinnvoll in großer
Menge züchten lassen.
[0003] Für die Qualität der gewonnenen biopolymerhaltigen Produkte, insbesondere von Proteinen,
ist es von entscheidender Bedeutung, dass während des Pressvorgangs die Temperatur
einen bestimmten Temperaturbereich nicht verlässt. Bei einer zu hohen Temperatur können
die biopolymerhaltigen Produkte denaturieren. Das bedeutet, dass diese zwar ihre Primärstruktur
behalten, jedoch ihre biologischen Funktionen verlieren und somit ihre Eignung beispielsweise
als Futterstoff beeinträchtigt ist.
[0004] Nachteilig an den vorhandenen Pressvorrichtungen ist jedoch, dass diese keine Möglichkeit
beinhalten, die Temperatur des Pressgutes einzustellen.
[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Pressvorrichtung zur Gewinnung
von biopolymerhaltigen Produkten unter Vermeidung einer Denaturierung aus einem Pressgut
so zu gestalten, dass die Temperatur des Pressgutes einen definierten Temperaturbereich
während des Prozesses nicht verlässt.
[0006] Diese Aufgabe ist bei einer Pressvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
dass die Schneckenwelle eine konzentrisch zu ihrer Drehachse angeordnete und von ihrer
einlassseitigen Stirnseite ausgehende axiale Sackbohrung aufweist, und eine Temperiermittelzuführleitung
vorgesehen ist, die sich in der Sackbohrung von der einlassseitigen Stirnseite der
Schneckenwelle bis in den axialen Endbereich der Sackbohrung erstreckt und in radialer
und axialer Richtung von der Wandung der Sackbohrung beabstandet ist, sodass zwischen
der Temperiermittelzuführleitung und der radialen Wandung des Sacklochs ein Rückströmungskanal
für das Temperiermittel definiert wird.
[0007] Der Erfindung liegt somit die Überlegung zugrunde, eine Schneckenwelle zum Fördern
und/oder Pressen eines Pressgutes von innen zu temperieren, um damit die Temperatur
des Pressgutes in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu halten. Dies wird ermöglicht,
indem über die Schneckenwelle Wärme aus dem Pressgut abgeführt wird, falls die Temperatur
des Pressgutes zu hoch wird, oder dem Pressgut Wärme zugeführt wird, falls die Temperatur
des Pressgutes zu niedrig wird.
[0008] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schneckenwelle mit einer Drehdurchführung
verbunden sein, die eine mit der Temperiermittelzuführleitung fluidverbundene gehäusefeste
Einlassöffnung und eine mit dem Rückströmungskanal fluidverbundene gehäusefeste Auslassöffnung
für das Temperiermittel aufweist.
[0009] Bevorzugt ist die Drehdurchführung mit der Schneckenwelle mittels einer Wälzlagerung
oder einer Gleitlagerung oder einer Kombination aus beiden drehbar verbunden. Dadurch
wird ein abgedichteter Übergang für das Temperiermittel zwischen der rotierenden Schneckenwelle
und der nicht rotierenden Einlass- und der Auslassöffnung der Drehdurchführung ermöglicht.
[0010] Des Weiteren kann die Temperiermittelzuführleitung relativ zum Pressengehäuse drehfest
ausgeführt sein.
[0011] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Pressvorrichtung ferner eine
Regelungseinheit zur Temperaturregelung des Pressgutes umfassen, die einen Temperatursensor
zur Messung der Temperatur des Pressgutes, eine die Temperaturmessung verarbeitende
Steuereinheit und eine von der Steuereinheit angesteuerte Stelleinheit zum Einstellen
der Durchflussmenge und/oder der Temperatur des Temperiermittels aufweist.
[0012] Mittels dieser Temperaturmessung wird sichergestellt, dass die Temperatur des Pressgutes
permanent überwacht wird und somit detektiert wird, ob diese den vorgesehenen Temperaturbereich
verlässt. Die von der Steuereinheit angesteuerte Stelleinheit ermöglicht die Regulierung
der Durchflussmenge und/oder der Temperatur des Temperiermittels, um für einen kontrollierten
Wärmeübergang über die Schneckenwelle auf das Pressgut zu sorgen.
[0013] Bevorzugt weist die Stelleinheit eine Eingangsöffnung für ein Heizfluid und eine
Eingangsöffnung für ein Kühlfluid auf und kann als Schaltventil, insbesondere als
3/2-Wege-Schaltventil ausgebildet sein, sodass abwechselnd Heiz- und Kühlfluid als
Temperiermittel der Temperiermittelzuführleitung zugeführt werden.
[0014] Die hohe thermische Trägheit der Schneckenwelle ermöglicht es, abwechselnd Heiz-
und Kühlfluid als Temperiermittel zuzuführen. Diese Vorgehensweise ermöglicht einen
einfacheren Aufbau der Stelleinheit, da lediglich ein Schaltventil zum Umschalten
zwischen Heiz- und Kühlfluid und somit keine Mischvorrichtung erforderlich ist.
[0015] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Stelleinheit eine Temperiervorrichtung
auf, um das Temperiermittel zu erwärmen und/oder zu kühlen.
[0016] Die Stelleinheit kann des Weiteren eine Drosselvorrichtung zum Einstellen der Durchflussmenge
umfassen. Durch die Einstellbarkeit der Durchflussmenge des Temperiermittels kann
die Strömungsgeschwindigkeit im Rückströmungskanal und infolge dessen die mit der
Schneckenwelle ausgetauschte Wärmemenge angepasst werden.
[0017] Ferner kann der Temperatursensor im Bereich der Auslassöffnung des Pressengehäuses
angeordnet sein und als Widerstandsthermometer oder als Thermoelement ausgebildet
sein.
[0018] In bevorzugter Weise ist die Steuereinheit als speicherprogrammierbare Steuerung
ausgebildet.
[0019] Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass als Temperiermittel Wasser verwendet wird
und das Temperiermittel in einem geschlossenen Kreislauf strömt.
[0020] Die Erfindung beinhaltet darüber hinaus ein Verfahren zur Regelung der Temperatur
eines Pressgutes in einer zur Gewinnung von biopolymerhaltigen Produkten unter Vermeidung
einer Denaturierung aus einem Pressgut, welches die folgenden Schritte umfasst:
- Erfassung der Temperatur des Pressgutes,
- Verarbeitung der erfassten Temperaturwerte in einer Steuerungseinheit und Abgleich
mit einem vorgegebenen Sollbereich der Temperatur für das Pressgut,
- Einstellen des Volumenstroms und/oder der Temperatur des Temperiermittels durch die
von der Steuereinheit angesteuerte Stelleinheit,
- Einleiten des Temperiermittels durch die Temperiermittelzuführleitung in die Sackbohrung,
- Durchströmen des Rückströmungskanals und Wärmeaustausch über die Schneckenwelle mit
dem Pressgut.
[0021] Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt somit einen Regelkreis, in dem die Temperatur
des Pressgutes gemessen wird und nach einem Abgleich des gemessenen Temperaturwertes
mit dem Sollbereich der Temperatur der Volumenstrom und/oder die Temperatur des Temperiermittels
eingestellt wird, sodass durch den Wärmeaustausch über die Schneckenwelle mit dem
Pressgut die Temperatur des Pressgutes angepasst werden kann. Dadurch wird sichergestellt,
dass ein vorgesehener Temperaturbereich, dessen Einhaltung für die Proteingewinnung
wichtig ist, nicht verlassen wird.
[0022] In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein,
dass ein Heizfluid und ein Kühlfluid durch die Stelleinheit periodisch alternierend
der Temperiermittelzuführleitung zugeleitet werden. Da die Schneckenwelle eine gewisse
thermische Trägheit aufweist, wirkt sich eine Veränderung der Temperatur des Temperiermittels
nicht instantan auf die Temperatur der äußeren Oberfläche der Schneckenwelle, die
mit dem Pressgut in Kontakt kommt, aus. Somit ist eine Einstellung des Wärmeübergangs
auch dadurch möglich, dass wechselnd Heizfluid und Kühlfluid zugeführt werden und,
um die ausgetauschte Wärmemenge zu verändern, der Zeitraum der Zufuhr von Heizfluid
und der Zeitraum der Zufuhr von Kühlfluid in einem periodischen Zyklus angepasst werden.
[0023] Das Temperiermittel kann in der Stelleinheit auf eine von der Steuerung vorgegebene
Temperatur aufgeheizt oder abgekühlt werden.
[0024] Ferner ist vorgesehen, dass die Solltemperatur des Pressgutes zwischen 40 und 70
°C beträgt.
[0025] Hinsichtlich der Ausgestaltungen der Erfindung wird auch auf die Unteransprüche sowie
auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf
die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
- Figur 1
- eine schematische Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung.
[0026] In der Zeichnung ist eine als Schneckenpresse ausgebildete erfindungsgemäße Pressvorrichtung
zur Gewinnung von biopolymerhaltigen Produkten unter Vermeidung einer Denaturierung
aus einem Pressgut schematisch dargestellt. Diese umfasst ein nicht dargestelltes
zylindrisches Pressengehäuse, das einen länglichen Innenraum definiert. Das Pressengehäuse
besitzt an seinem einen axialen Endbereich eine radiale Einlassöffnung und an seinem
anderen axialen Endbereich eine axiale Auslassöffnung für das Pressgut. Ferner sind
in der zylindrischen Seitenwandung mehrere Öffnungen quer zur Längsachse zum Austritt
von Flüssigkeit aus dem Pressgut vorgesehen.
[0027] In dem Innenraum des Pressengehäuses befindet sich eine Schneckenwelle 1 zum Fördern
und/oder Pressen eines Pressgutes, die um Ihre Längsachse X drehbar gelagert ist.
Die Schneckenwelle 1 weist eine konzentrisch zu ihrer Drehachse X angeordnete Sackbohrung
2 auf, die von ihrer einlassseitigen Stirnseite 1a ausgeht. In der Sackbohrung 2 befindet
sich eine Temperiermittelzuführleitung 3 für ein Temperiermittel 4. Diese erstreckt
sich in der Sackbohrung 2 von der einlassseitigen Stirnseite 1a der Schneckenwelle
1 bis in den axialen Endbereich der Sackbohrung 2, so dass sie axial zum Ende der
Sackbohrung 2 beabstandet ist. Der Außendurchmesser der Temperiermittelzuführleitung
3 ist kleiner als der Durchmesser der Sackbohrung 2, so dass zwischen der Temperiermittelzuführleitung
3 und der radialen Wandung der Sackbohrung 2 ein Rückströmungskanal 5 für das Temperiermittel
4 definiert wird.
[0028] Die Schneckenwelle 1 ist mit einer Drehdurchführung 6 verbunden. Diese weist eine
gehäusefeste und mit der Temperiermittelzuführleitung 3 verbundene Einlassöffnung
7, sowie eine gehäusefeste und mit dem Rückströmungskanal 5 fluidverbundene Auslassöffnung
8 auf. Die Drehdurchführung 6 ist so gestaltet, dass die Einlassöffnung 7 und die
Auslassöffnung 8 nicht mit der Schneckenwelle 1 rotieren. Ferner ist die Temperiermittelzuführleitung
3 fest mit der Drehdurchführung 6 verbunden, sodass auch die Temperiermittelzuführleitung
3 relativ zum Gehäuse drehfest ist.
[0029] Die drehbare Verbindung von der Drehdurchführung 6 mit der Schneckenwelle 1 erfolgt
in dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Gleitbuchse 9. Alternativ
wäre auch denkbar, anstelle einer Gleitbuchse eine Wälzlagerung oder eine andere Lagerung
vorzusehen.
[0030] Die Pressvorrichtung umfasst darüber hinaus eine Regelungseinheit 10 zur Temperaturregelung
des Pressgutes. Diese besitzt einen Temperatursensor 10a in Form eines Widerstandsthermometers
zur Messung der Temperatur des Pressgutes, eine diese Temperaturmessung verarbeitende
Steuereinheit 10b, die als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet ist, und
eine von der Steuereinheit 10b angesteuerte Stelleinheit 10c zum Einstellen der Durchflussmenge
und/oder der Temperatur des Temperiermittels 4. Die Stelleinheit 10c umfasst eine
Eingangsöffnung 10d für ein Heizfluid, eine Eingangsöffnung 10e für eine Kühlfluid
und eine Ausgangsöffnung 10f für das Temperiermittel 4. Sie ist als Schaltventil ausgebildet,
so dass entweder das Heizfluid oder das Kühlfluid als Temperiermittel der Temperiermittelzuführleitung
zugeleitet wird. Des Weiteren umfasst die Stelleinheit 10c eine Drosselvorrichtung
10g zum Einstellen der Durchflussmenge des Temperiermittels 4. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die Drosselvorrichtung 10g dem Schaltventil nachgeschaltet.
Prinzipiell wäre es aber auch möglich, die Drosselvorrichtung 10g vor den Eingangsöffnungen
10e, 10f anzuordnen.
[0031] Mittels des Temperatursensors 10a wird die Temperatur des Pressgutes im Bereich der
Auslassöffnung gemessen. Die dabei erfassten Temperaturwerte werden in der Steuereinheit
10b verarbeitet und mit einem vorgegebenen Sollbereich der Temperatur des Pressgutes
abgeglichen. Durch die von der Steuereinheit 10b angesteuerte Stelleinheit 10c wird
der Volumenstrom und die Temperatur des Temperiermittels 4 eingestellt. Falls die
Temperatur des Pressgutes so steigt, dass die Gefahr einer Überschreitung der oberen
Grenze ihres Sollbereichs besteht, so wird Kühlfluid als Temperiermittel 4 genutzt
und dessen Volumenstrom durch die Drosseleinrichtung 10g nötigenfalls angepasst. Sinkt
die Temperatur des Pressgutes ab und besteht die Gefahr, dass die untere Grenze ihres
Sollbereichs unterschritten wird, oder soll beim Starten der Presse die Schneckenwelle
1 zunächst aufgeheizt werden, so wird Heizfluid als Temperiermittel 4 genutzt und
nötigenfalls dessen Volumenstrom angepasst.
[0032] Das temperatur- und volumenstromgeregelte Temperiermittel 4 strömt durch die Einlassöffnung
7 in die Drehdurchführung 6 und wird durch die Temperiermittelzuführleitung 3 in den
Endbereich der Sackbohrung 2 geleitet. Dort findet eine Strömungsumlenkung statt,
sodass das Temperiermittel 4 durch den Rückströmungskanal 5 in die entgegensetzte
Richtung zur Auslassöffnung 8 strömt. In dem Bereich des Rückströmungskanals findet
der Wärmeaustausch zwischen dem Temperiermittel 4 und der Schneckenwelle 1 statt.
Die in der Figur 1 enthaltenen Pfeile stellen die Strömung des Temperiermittels 4
dar.
[0033] Die mit der Schneckenwelle 1 und somit mit dem Pressgut ausgetauschte Wärmemenge
ist dabei abhängig sowohl von der Temperatur, als auch von der Strömungsgeschwindigkeit
und somit vom Volumenstrom des Temperiermittels 4.
BEZUGSZEICHENLISTE
[0034]
- 1
- Schneckenwelle
- 1a
- einlassseitige Stirnseite
- 2
- Sackbohrung
- 3
- Temperiermittelzuführleitung
- 4
- Temperiermittel
- 5
- Rückströmungskanal
- 6
- Drehdurchführung
- 7
- Einlassöffnung
- 8
- Auslassöffnung
- 9
- Gleitbuchse
- 10
- Regelungseinheit
- 10a
- Temperatursensor
- 10b
- Steuereinheit
- 10c
- Stelleinheit
- 10d
- Eingangsöffnung für ein Heizfluid
- 10e
- Eingangsöffnung für ein Kühlfluid
- 10f
- Ausgangsöffnung für das Temperiermittel
- 10g
- Drosselvorrichtung
- X
- Drehachse
1. Pressvorrichtung zur Gewinnung von biopolymerhaltigen Produkten unter Vermeidung einer
Denaturierung aus einem Pressgut mit
einem insbesondere zylindrischen Pressengehäuse, das einen länglichen Innenraum definiert
und das an seinem einen axialen Endbereich eine radiale Einlassöffnung für das Pressgut
und in seinem anderen axialen Endbereich eine axiale Auslassöffnung für das Pressgut
aufweist, wobei in der Seitenwandung des Pressengehäuses quer zur Längsachse ausgebildete
Öffnungen zum Austritt von Flüssigkeit aus dem Pressgut vorgesehen sind, und
einer Schneckenwelle (1) zum Fördern und/oder Pressen des Pressgutes, die in dem Innenraum
des Pressengehäuses angeordnet und um ihre Längsachse (X) drehbar gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schneckenwelle (1) eine konzentrisch zu ihrer Drehachse (X) angeordnete und von
ihrer einlassseitigen Stirnseite (1a) ausgehende axiale Sackbohrung (2) aufweist,
und
eine Temperiermittelzuführleitung (3) für ein Temperiermittel (4) vorgesehen ist,
die sich in der Sackbohrung (2) von der einlassseitigen Stirnseite (1a) der Schneckenwelle
(1) bis in den axialen Endbereich der Sackbohrung (2) erstreckt und in radialer sowie
axialer Richtung von der Wandung der Sackbohrung (2) beabstandet ist, so dass zwischen
der Temperiermittelzuführleitung (3) und der radialen Wandung des Sackbohrung (2)
ein Rückströmungskanal (5) für das Temperiermittel (4) definiert wird.
2. Pressvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (1) mit einer Drehdurchführung (6) verbunden ist, die eine gehäusefeste
und mit der Temperiermittelzuführleitung (3) fluidverbundene Einlassöffnung (7), sowie
eine gehäusefeste und mit dem Rückströmungskanal fluidverbundene Auslassöffnung (8)
für das Temperiermittel (4) aufweist.
3. Pressvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehdurchführung (6) an der Schneckenwelle (1) mittels einer Wälzlagerung und/oder
einer Gleitlagerung drehbar verbunden ist.
4. Pressvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermittelzuführleitung (3) relativ zum Pressengehäuse drehfest ist.
5. Pressvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Regelungseinheit (10) zur Temperaturregelung des Pressgutes umfasst,
die
einen Temperatursensor (10a) zur Messung der Temperatur des Pressgutes,
eine die Temperaturmessung verarbeitende Steuereinheit (10b) und
eine von der Steuereinheit (10b) angesteuerte Stelleinheit (10c) zum Einstellen der
Durchflussmenge und/oder der Temperatur des Temperiermittels (4) aufweist.
6. Pressvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10c) als Schaltventil, insbesondere als 3/2-Wege-Schaltventil ausgebildet
ist, so dass abwechselnd ein Heizfluid und ein Kühlfluid als Temperiermittel (4) der
Einlassöffnung (7) der Drehdurchführung (6) zugeführt werden können.
7. Pressvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10c) eine Temperiervorrichtung aufweist, um das Temperiermittel
(4) zu erwärmen und/oder zu kühlen.
8. Pressvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10c) eine Drosselvorrichtung (10g) zum Einstellen der Durchflussmenge
des Temperiermittels (4) umfasst.
9. Pressvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (10a) im Bereich der Auslassöffnung des Pressengehäuses angeordnet
ist und/oder als Widerstandthermometer oder als Thermoelement ausgebildet ist.
10. Pressvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10b) als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet ist.
11. Pressvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Temperiermittel (4) Wasser verwendet wird und/oder das Temperiermittel (4) in
einem geschlossenen Kreislauf geführt wird.
12. Verfahren zur Regelung der Temperatur eines Pressgutes in einer Vorrichtung nach einem
der Ansprüche 5 bis 11, umfassend die folgenden Schritte:
Erfassung der Temperatur des Pressgutes,
Verarbeitung der erfassten Temperaturwerte in einer Steuereinheit (10b) und Abgleich
mit einem vorgegebenen Sollbereich der Temperatur für das Pressgut,
Einstellen des Volumenstroms und/oder der Temperatur des Temperiermittels durch die
von der Steuereinheit (10b) angesteuerte Stelleinheit (10c),
Einleiten des Temperiermittels (4) durch die Temperiermittelzuführleitung (3) in die
Sackbohrung (2),
Durchströmen des Rückströmungskanals (5) und Wärmeaustausch über die Schneckenwelle
(1) mit dem Pressgut.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizfluid und Kühlfluid durch die Stelleinheit (10c) periodisch alternierend
der Temperiermittelzuführleitung (3) zugeleitet werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermittel (4) in der Stelleinheit (10c) auf eine von der Steuereinheit
(10b) vorgegebene Temperatur aufgeheizt oder abgekühlt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Solltemperatur des Pressgutes zwischen 40 und 70°C beträgt.