Γ PATENTANWÄLTE ~1
DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE
BRAUNS CH WEIG MÜNCHEN
* 5064
Gebrüder Bühler AG Uzwilt Schweiz
"Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Schüttgut, insbesondere
zur Wasseraustreibung und Trocknung von Teigwaren."
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Schüttgut,
insbesondere Teigwaren sowie eine Anwendung des Verfahrens und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In der Technik ist es bekannt, Schüttgut mit einem Gas und/oder Wärme zu behandeln. Sei es, um Stoff oder Energie von der
Oberfläche der einzelnen Teile abzuführen, wie Z.B.Trocknen,
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sei es um Stoff oder Energie auf die Oberfläche der Teile auf-
und durch die Oberfläche in die Teile hineinzubringen, wie z.B. beim Befeuchten, Impraegnieren usw.
Eine solche Behandlung stellt das Trocknen von Teigwaren dar. Hierzu werden hohe technologische Ansprüche gestellt. Insbesondere
wird vom Teigwarenhersteller Wert darauf gelegt, dass jedes Teigwarenteil nach der Behandlung eine gleichmässige physikalische
Struktur im Inneren aufweist. Es ist bekannt, dass dies mit einer langsamen, gleichmässigen Trocknung erreicht
wird und grosse, innere Spannungen und daraus resultierende Riss- und Bruchbildungen verhindert werden können.
Während öder nach der Trocknung dürfen keine unerwünschten biochemischen
Vorgänge auftreten. Ferner sollen Kocheigenschaften und Farbe der Teigwaren den vom Markt verlangten Qualitätsanforderungen
entsprechen.
Die Form der Teigwaren, die durch die Presse mit dem feuchten Teig erzeugt wird, muss erhalten bleiben.
Das Trocknen umfasst sowohl das Vortrocknen als auch das Endtrocknen.
Das Vortrocknen und.das Endtrocknen können je aus einer
oder mehreren Stufen bestehen. Jede Stufe kann aus einem
oder mehreren Schritten bestehen.
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Die bekannten Trocknungslinien für Teigwaren sind in der Regel in drei baulich getrennte Einheiten unterteilt:
- Schuttelvortrockner
- Vortrockner
- Endtrockner
Im Schütteltrockner wird nur eine Verfestigung der äussersten
Schicht der Teigware (Krustenbildung) in wenigen Minuten erreicht, damit die Teigwaren für das nachfolgende Trocknen
eine ausreichende Festigkeit haben.
Im Vortrockner kann eine sehr grosse Wassermenge während etwa einer halben Stunde Durchlaufzeit den Teigwaren entzogen
werden.
Der Endtrockner erfordert baulich die grösste Einheit, um die Restwassermenge während ca. β Stunden bis auf beispielsweise
12,5 % relative Feuchte aus den Teigwarenteilen auszutreiben und wegzuführen.
In der Fachwelt gilt es als eine Tatsache, dass die Teigwarenteile
in der Vortrocknung und insbesondere im Schüttelvortrockner ausgesprochen vorsichtig getrocknet und jede mechanische
Beanspruchung der einzelnen Teile verhindert oder zumindest so klein wie möglich gehalten werden soll. Die Folge davon ist,
dass jedes Teil sozusagen wie auf einem Palette getragen durch
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die Vortrocknungsräume geführt werden muss. Ferner ist es bekannt,
dass bei ungeeigneter Regelung von Temperatur und Feuchtigkeit der Trocknungsluft die Teigwarenteile nach einer ersten Verfestigung
wieder eine weiche teigige Beschaffenheit annehmen können uiü die Gefahr der Verformung und des Zusammenkleben sogar
im Bereich der Endtrocknung noch gegeben ist.
In der Praxis hat man diese Probleme auf die Art gelöst, dass während der Vortrocknung die Teigwarenteile nur einschichtig
auf ein luftdurchströmtes Sieb sorgfältig gespiesen werden. Das Sieb wird in feine Schüttelbewegungen versetzt und so der
Transport der Teigwarenteile gewährleistet. Eine Verformung der Teile wird so verhindert. Die nachfolgende etwas erschwerte
Trocknung wegen dem weniger günstigen Flüssigkeitstransport aus dem Inneren der Teigwarenteile durch die erstarrte Aussenhaut
an die Oberfläche wird in Kauf genommen. Dies wird deshalb nicht als nachteilig empfunden, weil die nachfolgende
Trocknung ohnehin vorsichtig und mit geringen Feuchtigkeits- und Temperaturunterschieden zwischen Luft und Teigwarenteil
durchgeführt werden muss, um schädliche Erscheinungen wie Verfärbung, Rissbildung oder ein nochmaliges Weichwerden usw. zu
verhindern.
Einerseits handelt es sich beim Trocknungsvorgang für Teigwaren doch um verhältnismässig grosse Massenströme von vielen kleinen
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Teilen eines Schüttgutes. Jedem Teil des Massenstromes
muss die gleiche, genügend lange Zeit gegeben werden, um das gewünschte Resultat zu erhalten.
In der Praxis rechnet man mit einer durchschnittlichen Trocknungszeit
zum Beispiel für Hörnli von etwa 7 Stunden, um sie von ca.32 % auf ca. 12,5 % Wassergehalt zu trocknen. Bedingt
durch die anfänglich nur sehr niedrige Schichthöhe ergibt sich in der-Praxis ein totaler Trocknungsweg in der Grössenordnung
von 150 m. Damit die Trocknungseinheit nicht allzu
lang wird und Wärmeverluste klein gehalten werden können, weisen die Trockner mehrere Etagen in einer Einheit auf, seien
es mehrere Trcckenbänder oder mehrere Siebpalette.
Die üebergabe von. einem Band auf das nächste, bzw. von einem
Sieb auf das nächste, wird als vorteilhaft betrachtet, da so nach jedem Trocknungsabschnitt eine kleine Lageänderung für
jeden Teigwarenteil erzwungen wird. Immerhin wird durch die Wahl von geeigneten Geschwindigkeiten der Förderbänder und sauber
ausgebildeten Uebergängen ein mechanisches Drücken bzw. Verdrücken
einzelner Teile weitgehend ausgeschaltet.
Für den Betrieb der Trockner kennt der Fachmann noch eine Anzahl
weiterer Faktoren. Zum Beispiel unterschiedliche Bedingungen über
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die Breite eines Bandes usw. die mit Sicherheit nur mit noch tieferen Bandgeschwindigkeiten, Temperaturdifferenzen usw.
zu beherrschen sind, so dass für eine gegebene Anlage eins
gemessen an Trocknungsvorgängen anderer Industriezweige,
verhältnismässig kleine Durchsatζleistung erreicht wird.
Weiter ist bekannt, Schüttgüter zum Trocknen oder Puffen auf einem Förderband oder in einem Durchlaufwirbelbett in Längsrichtung
durch einen Mikrowellenhohlleiter hindurchzuführen und dann das Schüttgut zu erwärmen. Insbesondere beim Trocknen
hat es sich gezeigt, dass bei empfindlichen Schüttgütern, wie Teigwaren, örtliche Ueberhitzungen mit Verbrennungen auftreten
können, wenn mit hoher Mikrowellenenergiedichte gearbeitet wird. In der Folge muss bis heute die Trocknung mit
geringer Leistung, des Mikrowellengenerators und daher geringer Trockenleistung (Kilogramm Trockengut pro Zeiteinheit)
vorgenommen werden, weshalb sich eine Anwendung solcher Verfahren zur Trocknung von Teigwaren nicht durchsetzte.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, den einzelnen Oberflächenbereichen der Teile des Schüttgutes während
der Behandlung eine möglichst gleiche Beaufschlagung durch das Behandlungsmedium oder die Behandlungsmedien zu ermöglichen.
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Insbesondere stellt sie sich die Aufgabe, das Trocknen von Teigwaren zu beschleunigen, wobei die Beschleunigung beim Vor-
und/oder Endtrocknen oder nur bei einzelnen Schritten oder
Stufen des Vor- und/oder Endtrocknens erfolgen kann.
Weiter stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, Teigwaren mit hoher Mikrowellenenergie
rasch und ohne örtliche Verbrennungen auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen.
Ueberraschenderweise ist nun gefunden worden, dass entgegen
der in der bisherigen Praxis geltenden Behandlungstheorien
die Trocknungsintensität bei Teigwaren schadlos extrem gesteigert werden kann, wenn gemäss der Erfindung die einzelnen
Teile des Schüttgutes während der Behandlung relativ zueinander verschoben und gedreht werden.
Nach der erfindungsgemässen Anwendung ist vorgesehen, dass die
Teigwarenteile in der Trocknungsluft, vorzugsweise unter Bildung eines Durchlaufwirbelbettes, zueinander und gegenüber
der Luftströmung frei in Bewegung gehalten werden.
Im Gegensatz zu der bisher angewendeten ruhenden Behandlung, die zumindest in der Vortrocknung fast als Dogma galt, konnte bereits
mit einer ersten Versuchseinrichtung bestätigt werden, dass eine bewegte Behandlung einen unerwarteten Fortschritt
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in Bezug auf die Intensität und entsprechend in Bezug auf die Anlagedimensionen möglich wird. Vorzugsweise weist das
Vortrocknen mindestens eine Behandlungsstufe auf, wobei wenigstens eine, und zwar die erste Behandlungsstufe in einem
Wirbelbett erfolgt. Damit kann beim Teigwarentrocknen auf
den Schüttelvortrockner, d.h. auf die bisher praktizierte Verkrustung der äusseren Oberfläche verzichtet werden, was
bessere Bedingungen für die gesamte Trocknung schafft.
Arbeitet die erste Stufe des Vortrockners mit einem Durchlaufwirbelbett,
ist die mechanische Beanspruchung der Teigwarenteile so gering, dass eine Formerhaltung auch ohne
vorgängige Oberflächenverkrustung gewährleistet ist. Mit anderen Worten, die Festigkeit des frisch gepressten Teigwarenteilchens
genügt für die anschliessende Trocknung.
Ueberraschenderweise hat sich das, sonst in fast allen Industriezweigen
schon seit Jahrzehnten verwendete Durchlaufwirbelbett als beste Lösung erwiesen.
Unter Durchlaufwirbelbett wird nun nicht das blosse Durchblasen einer Materialschicht verstanden. In der Fachwelt bezeichnet
"Wirbelbett" einen Zustand, bei dem die Luftkräfte annähernd gleich gross oder grosser sind als die an den Teilen des Schüttgutes
angreifenden Schwerkräfte. Gemäss der Erfindung sollen
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die einzelnen Teile relativ zueinander verschoben und gedreht werden. Das Verschieben setzt aber an sich sehr viel grössere
Kräfte voraus im Vergleich mit den sozusagen ruhend fortbewegten Teilen der bekannten Trockner. Der Kern liegt darin, dass
mit den Luftkräften fast an der ganzen Oberfläche angegriffen wird, im Gegensatz zu allen mechanisch wirksamen Kräften, die
meistens punktartig an nur kleinen Flächenteilen angreifen. In einem Wirbelbett ergeben die anscheinend brutal angreifenden
Kräfte in der Tat für ein Teigwarenteil eine kleinere Beanspruchung, als dies bei mechanischem Kraftangriff der Fall ist.
Bs wird vermutet, dass die ständige Bewegung und allseitige Beanspruchung der Teigwarenteile während der Behandlung bzw.
der Trocknung örtliche Spannungen abzubauen und aufzulösen imstand sind. Zumindest konnten schon nach wenigen Probeläufen
einer Versuchseinrichtung weder Verformung noch Spannungs- bzw. entsprechende Rissbildung an den Teigwaren festgestellt
werden.
Beim Teigwarentrocknen zeigt sich, dass alle bis heute angewendeten
Festbett-Verfahren für die Trocknung von Teigwaren keine grössere Steigerung des Trocknungseffektes erlauben,
da ein nur mehrmaliges Umschichten während der ganzen Trocknungszeit von Band zu Band bei intensiver Trocknung die
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Gleichmässigkeit der Beaufschlagung von allen Oberflächenbereichen
der Teigwarenteile mit der Trocknungsluft gewährleistet.
Es genügt in der Regel nicht, wenn beim Wirbelbett die Luftgeschwindigkeit
so hoch gewählt wird, dass die einzelnen Teile noch in Schwebe gehalten werden, ohne weitere Massnahme,
die ein Umschichten gewährleistet.
Auch bei geringfügig weiterer Steigerung der Luftmenge etwa bis zum Zustand, in dem das Produkt ein Bild wie leicht
kochendes Wasser zeigt, hat in vielen Fällen für eine industrielle Erzeugung noch nicht ganz genügende Ergebnisse
gebracht.
Erst die Erkenntnis, dass jedes Teil frei sowohl gegenüber den anderen Teilen, wie gegenüber der Luftströmung in Bewegung gehalten,
und die Teigwaren einer ununterbrochenen Umschichtung unterworfen wird, bringt die überraschenden Vorteile, indem
wesentlich schärfere Trocknungsbedinungen gewählt werden können.
Die Temperatur und der Feuchtigkeitsunterschied zwischen Luft und Teigwaren dürfen wesentlich über den herkömmlichen
Werten liegen, ohne dass spezielle Massnahmen wie Zwischenkühlung usw. erforderlich sind.
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Es ist beim neuen Verfahren dienlich, dass die Umschichtung
während der ganzen Trocknungszeit in kurzen Intervallen sowohl
in vertikaler wie in horizontaler Richtung erfolgt.
Untenliegende Teigwaren müssen sich systematisch nach oben
bewegen, seitliche in die Mitte und umgekehrt.
Das Durchlaufwirbelbett erlaubt damit mit genügender statistischer
Sicherheit, jedem einzelnen Teigwarenteil gesamthaft die gleichen Bedingungen zu geben.
Geringfügige Unterschiede in der Grosse der Teigwarenteile
sind in der Fabrikation unvermeidbar. Es konnte aber die interessante Beobachtung gemacht werden, dass keine Trennwirkung
und entsprechende ungleichmässige Trocknung eintraf. Frischgepresste, dünnwandige Teigwaren wie Müscheli, Hörnli
usw. wurden durch die starke Wirbelbewegung nicht verformt. Trotz der schärferen Trocknung weisen die getrockneten Teigwaren
keine Risse auf, so dass alle anfänglichen Bedenken in bezug auf die Anwendung des Durchlaufwirbelbettes beseitigt
werden konnten.
Die guten Resultate lassen nun im Gegenteil die Vermutung zu,
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dass das Wirbelbett ideale Voraussetzungen für eine gleichmassige
Trocknung jedes einzelnen Teiles sowie für eine schonende mechanische Beanspruchung derselben bietet.
Die Teile liegen nicht auf der Unterlage auf, sondern werden luftkissenartig getragen und bewegt. Es gibt keine Auflagestellen
oder Eindrücke infolge stössen, die bei übermässiger Steigerung der Trocknungsleistung bei den bekannten Verfahren
entstehen würden.
Die besten Vorraussetzungen für das neue Verfahren werden
dadurch gegeben, dass die Durchströmgeschwindigkeit der Trocknungsluft im Durchlaufwirbelbett zwischen einem unteren
Wert nur geringfügig unter, bevorzugt jedoch etwas höher als der Lockerungspunkt, und einem oberen Wert tiefer als
der Austragspunkt· der zu behandelnden Teigwaren gewählt wird.
Bei einer Durchströmungsgeschwindigkeit geringfügig unter dem Lockerungspunkt befinden sich die Teigwarenteile in einem
labilen Zustand, so dass beispielsweise mit mechanisch bewegten Hilfsmitteln fast ohne Kraft- oder Druckeinwirkung die
Lockerung ausgelöst und ein Umschichten sowie eine freie Bewegung der Teile zueinander und gegenüber der Luftströmung er
zeugt wird. Diese Lösung kann bei einfach geformten Teigwaren
teilen vorteilhaft sein.
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Es ist weiter durchführbar, dass bei höheren Durchströmungsgeschwindigkeiten
der Trocknungsluft im Durchlaufwirbelbett, im Bereich unterhalb des Austragpunktes, in vielen Fällen
ohne weitere MassnahmeeLne sehr gute Regelmässigkeit der
Bewegung, Umschichtung und damit der Trocknung erreicht wird. Die Luftgeschwindigkeit gemessen über dem Wirbelbett, kann
dabei für Hörnli von 1-2 cm Länge bei etwa 3-6 m/sec liegen.
In der Teigwarenindustrie wird normalerweise gewünscht, dass
alle Formen der Kurzwaren auf derselben "Teigwarenlinie11 erzeugt werden können.
Es hat sich gezeigt, dass diese besondere Aufgabe dadurch gelöst
werden kann, dass die Bewegung der Teile zueinander und gegenüber der Luftströmung und die ununterbrochene Umschichtung
durch die pulsierende Luftströmung der Trocknungsluft erzwungen wird.
Diese Lösung erlaubt ohne mechanisch bewegte Teile im Durchlaufwirbelbett, alle Vorteile eines Wirbelbettes,
die bekanntlich ganz besonders für die Trocknung sehr gross sind auszunützen, und es lassen sich dabei alle Kurzwaren
in den gebräuchlichen Formen trocknen.
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Es ist sogar möglich, kürzere Nudeln erfindungsgemäss zu trocknen. Dabei muss allerdings die Luftgeschwindigkeit im
Bereich Hinter dem Austragpunkt gewählt werden.
Es erübrigen sich bei pulsierender Luft die bei Wirbelbetten üblicherweise verwendeten Vergleichmässigungseinrichtungen
für die Luftverteilung, zumindest können sie auf ein Minimum reduziert werden.
Der grösste Vorteil der pulsierenden Strömung liegt jedoch bei der Trocknung von Kurzwaren darin, dass die Bewegung und Umschichtung
der Teile optimal und trotzdem mit kleinen Luftgeschwindigkeiten erfolgt.
In sehr vielen Fällen wäre es möglich, die Geschwindigkeit im Bereich des Lockerungspunktes festzulegen. Um aber etwaige
äussere Störeinflüsse auszuschalten, soll die Luftgeschwindigkeit normalerweise so gewählt werden, dass sie etwas über dem Lockerungspunkt liegt. Die Werte liegen je nach Form der Teigwaren
zwischen l-5m/sec bei den häufigsten Anwendungsfällen zwischen 1,5 und 4m/sec.
Bei bekannten Verfahren wird oft eine scharfe Anfangstrocknung
gewählt, wobei mit grossezL Temperatur- und Feuchtigkeits-
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differenzen in kurzer Zeit eine grosse Wassermenge entzogen
wird.
Um Eissbildung in der Aussenschicht der Teigwaren und andere
Nachteile verhindern zu können, wird dabei jedoch häufig eine sogenannte Schwitzphase eingeschaltet, was an sich ein Unterbruch
der Trocknung ist, um die Feuchtigkeit der Temperatur sowie Spannungen in Teigwarenteilen auszugleichen.
Es scheint, dass dies bei der Verwendung eines Druchlaufwirbelbettes
nur in Ausnahmefällen erforderlich ist, da in der Regel jedes Oberflächenteil durch die ständige Bewegung
gleichmässig der Trocknungsluft ausgesetzt ist, und dadurch innere Spannungen vermieden werden.
Das wesentlichste Problem in der Endtrocknung liegt dagegen in der Trocknung an sich und nicht bei der Formerhaltung der
Teile.
Mit zunehmender Erwärmung des Trocknungsgutes dringt die Feuchtigkeit
schneller an die äussere Oberfläche der Teile. Zudem
geht die Wärmewanderung in den Teilen schneller vor sich als die Feuchtigkeitswanderung.
Es wäre nun an sich naheliegend gerade in der Endtrocknung der
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Teigwaren, den Trocknungsvorgang dadurch zu beschleunigen, dass
das Produkt rasch erhitzt und so das Wasser schneller an die Oberfläche getrieben wird. Dies hat aber zur Folge, dass die
Teigwarenteile wieder weich und klebrig werden können, und es müsste nach dem Stande der Technik die anschliessende Trocknung
wieder wie bei der Vortrocknung nur 1-schichtig betrieben
werden. Damit wurden sich die Vor- und Nachteile wieder aufheben.
Hierin liegt auch der Grund, weshalb alle bisherigen Vorschläge bzw. Versuche für eine intensive Endtrocknung fehlschlugen.
Gemäss einer vorteilhaften Anwendung des Verfahrens sollen nun
während dem Erhitzen die einzelnen Partikel des Gutes relativ zueinander gedreht und verschoben werden.
Um die kürzeren Trocknungszeiten erhalten zu können, und dies
speziell in der Endtrocknung, hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, anschliessend an die Erhitzung in einem Wirbelbett
auch in der Trocknung die einzelnen Teile des Gutes in der strömenden Trocknungsluft relativ zueinander zu verschieben und
zu drehen. Damit kann die Erfindung doppelt ausgenützt werden.
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Maximale Resultate können erreicht werden, wenn in der Endtrocknung
der gerade beschriebene Erhitz- und Trocknungsvorgang mit der gleichzeitigen Verschiebung und Drehung der einzelnen
Teile zueinander zweimal, d.h., in zwei aneinander anschliessenden Stufen durchgeführt wird.
Bei einer bevorzugten Anwendung des Verfahrens ist vorgesehen,
dass bei der Endtrocknung die Behandlungsstufen in zwei Schritte unterteilt sind, und dass im ersten Schritt das Gut mit Mikrowellen
erhitzt wird. Vorzugsweise kann die Luft wenigstens bei dem den Mikrowellen ausgesetzten Wirbelbett pulsierend durch
das Gut geführt sein.
Die relative Bewegung der Teile unter einander und ihre Drehbewegung
einerseits sowie der durch die Pulsation bewirkte wechselnde gegenseitige Abstand zwischen den Teilen andererseits
bewirken, dass die Teile in Richtung der grössten elektrischen Feldstärke immer neue kettenartige Gebilde mit-wechselnden Teilen
und wechselnden Berührungspunkten hervorrufen. Dies ermöglicht eine rasche Umsetzung hoher Mikrowellenenergie in Wärme,
ohne dass örtliche Verbrennungen auftreten.
Es hat sich ferner gezeigt, dass eine Erhitzung mit Mikrowellen eine bis heute nicht für möglich gehaltene Verkürzung der Endtrocknung
erlaubt.
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Aufgrund des bisher Gesagten ergibt sich, dass die höchsten Trocknungsleistungen dann erreicht werden, wenn das erfindungsgemässe
Verfahren sowohl in der Vortrocknung wie auch in der Endtrocknung angewendet wird, und darüber hinaus
in der Endtrocknung ein oder zweimalig eine Erhitzung mit Mikrowellen durchgeführt wird.
Anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung wird die Erfindung
beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Behandlungskanals in Form eines Wirbelkanals,
Fig. 2 eine graphische Darstellung des bekannten Zusammenhangs zwischen Luftgeschwindigkeit und Druckverlauf bei einem
Wirbelbett,
Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Behandlungskanals in Form eines Wirbelkanals, entlang der Linie III-III-der Fig. 4,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V nach Fig. 4»
Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI nach Fig. 4»
Fig. 7 einen Schnitt durch ein Wandelement des den Wirbelkanal
gemäss Fig. 3 enthaltenden Kastens längs der Linie VII-VII der Fig. 8,
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Fig. 8 eine Ansicht des Wandelementes,
Fig.9 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Behandlungskanals
mit einer Mikrowellenerhitzungseinrichtung,
Fig.10 einen Querschnitt durch den Hohlleiter längs der Linie
X-X der Fig.9,
Fig.11 einen vertikalen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel
eines Behandlungskanals in Form eines Wirbelkanals mit einer Mikrowellenheizeinrichtung,
Fig.12 einen Schnitt längs der Linie XII-XII der Fig.11,
Fig.13 die schematische Darstellung eines ersten Beispiels
einer vollständigen Teigwarentrocknungsanlage,
Fig.14 ein Beispiel von zwei Behandlungskanälen in Form von
Wirbelkanälen zur Durchführung von zwei aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen, wobei der obere Behandlungskanal
der vorangehenden Verfahrensstufe eine Mikrowellenheizeinrichtung
aufweist,
Fig.15 einen Schnitt längs der Linie XV-XV der Fig.14,
Fig.16 ein zweites Ausführungsbeispiel einer vollständigen
Teigwarentrocknungsanlage und
Fig.17 einen Ausschnitt aus einer Teigwarentrocknungsanlage,
die nur eine Vortrocknungsstufe aufweist an die eine
Erhitzungsstufe der Endtrocknung anschließt.
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In Fig. 1 ist die Teigwarenpresse 1 nur schematisch angedeutet.
Ein Presskopf 2 ist in der oberen Bildmitte dargestellt, dem eine Schneideeinrichtung 3 mit Schneidmessern 4 und Antriebsmotor
5 zugeordnet ist.
Ein Uebergangsstück 6 stellt die Verbindung zu einem als Wirbelkanal
10 ausgebildeten Behandlungskanal dar, der gehäuseartig ausser einer Eintrittsöffnung 11 und einer Austrittsöffnung 12 allseits geschlossen ist.Der Wirbelkanal 10 weist
unten einen porösen Boden 13 auf, in dessen Bereich eine Luftzuleitung 14 mündet. Ein Ventilator 15 bringt den erforderlichen
Luftdurchsatz und ist saugseitig mit einer Luftableitung 16 ■wieder mit dem Wirbelkanal 10 verbunden. Mit einem Luftauslass
17 der eine Regulierklappe 18 aufweist, kann der Druck-Nullpunkt im Luftsysfcem eingestellt werden. Bevorzugt wird im
Wirbelkanal 10 ein leichter Unterdruck aufrechterhalten.
Die Luftmenge kann auf bekannte Weise durch nicht dargestellte Drehzahlvariatoren, welche dem Ventilator 15 zugeordnet sind,
eingestellt werden.
In der Luftableitung befindet sich eine Pulsationsklappe 19, welche durch Pulsationsmotor 20 in Oszillation oder Rotation
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und damit die Luft im Wirbelkanal 10 in Pulsation versetzt, wobei eine Frequenz von wenigen Stössen pro Sekunde schon gute
Resultate bringt.
Zwischen Ventilator 15 und Wirbelkanal 10 sind Konditioniermittel
21 angeordnet, welche die bekannten Wärmetauscher sowie Feuchtigkeitszu- und Abführmittel aufweisen, um eine
gewünschte Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit der in das
Wirbelbett eintretenden Luft zu erzeugen.
Um allfällige mechanische Schwingungen des Systems nicht auf Gebäudeteile zu übertragen, ist die Einheit Wirbelkanal 10
mit allem Zubehör auf besondere stützen 22 gelagert.
Vor der Austrittöffnung 12 ist ein Niveauregelschieber 23 für das Wirbelbett angeordnet, der je nach gewünschtem
Automationsgrad entsprechende Bewegungs- und allenfalls Regel- und Kontrollmittel aufweisen kann. Im üebergangsstück 6 sowie
teilweise in den aufrechten Wandteilen des Wirbelkanals 10 sind Bohrungen 24 vorgesehen, damit ein Ankleben an dieser Stelle
durch eintretende Luft verhindert wird.
Die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung entspricht dem eingangs beschriebenen Verfahren, wobei die Luftgeschwindigkeit
bei Verwendung der Pulsationsklappe vorzugsweise in der Zone C gewählt wird (Fig. 2).
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Als weitere Ausführungsform ist im Wirbelkanal 10 eine mechanische Umschichtvorrichtung 30, welche über ein Antriebsaggregat
31 in Bewegung versetzt wird, strichliniert eingetragen. Bei dieser Ausführungsform kommt mehrheitlich die Zone
D (Fig. 2) für die Wahl der Luftgeschwindigkeit in Frage.
Das Ermitteln der Druckgeschwindigkeits-Kurve 100 in Fig. 2
muss für jedes einzelne Produkt nach bekannten Nethoden ermittelt werden. Der Lockerungspunkt A ist manchmal schwierig
zu bestimmen. Insbesondere geben frischgepresste Teile durch die Neigung zum Zusammenkleben einige Probleme. In der Regel
genügen jedoch Mittelwerte, die beispielsweise von halbgetrockneten Teigwaren ermittelt werden.
Der Lockerungspunkt kann in einer durchsichtigen Messeinrichtung normalerweise visuell durch ein ruckartiges Wachsen
der Materialschicht festgestellt werden. Es ist dies der Uebergang von Festbett in das lockere Wirbelbett.
Der Austragspunkt kann ebenfalls visuell bestimmt werden,
indem die Werte beim ersten Wegtransport kleinerer Teile festgehalten wird.
Graphisch dargestellt ergibt sich immer ein gleichartiger Verlauf der Druckgeschwindigkeits-Kurve, etwa entsprechend
der Kurve 100 der Fig. 2.
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Das Beispiel gemäss Fig. 3 weist einen Wirbelkanal 31 auf, mit einem porösen Boden 32, der aus einem Lochblech
besteht. Unterhalb des porösen Bodens 32 ist ein Druckraum 34, der durch eine diagonal angeordnete Zwischenwand 35
in eine obere Druckkammer 36 und in eine untere Druckkammer 37 aufgeteilt ist. In der unteren Druckkammer 37 ist im Bereich
des grössten Querschnittes ein Blaslufterzeuger 38 angeordnet. Der Blaslufterzeuger 38 weist ein Ventilatorrad
39 ohne Spiralgehäuse auf. Die untere Druckkammer 37 bildet selbst das Ventilatorgehäuse. Ein Luftpulsator 40 ist auf
einer Welle 41 gelagert und weist wie aus den Fig. 4 und 3
ersichtlich ist, in Achsialrichtung ein Paar Pulsatorblätter
42 auf. Am Ende der oberen Druckkammer 36 ist eine Luftklappe
43 zur Regulierung der Luftmenge im letzten Abschnitt des Wirbelkanals vorgesehen. Der Luftpulsator 40 ist an der
engsten stelle der unteren Druckkammer 37 angeordnet. Durch die verjüngte Form der unteren Druckkammer 37 vom Blaslufterzeuger
38 bis zum Luftpulsator 40 haben die Luftpulsationen nur wenig Rückwirkung auf den Blaslufterzeuger. Die obere
Druckkammer 36 weist in Richtung des luftdurchlässigen Bodens
32 ebenfalls eine verjüngte Form auf.
Der Wirbelkanal 31 besitzt links eine Eintrittsöffnung 44 und rechts eine Austrittsöffnung 45 für das Trocknungsgut.
Der poröse Boden 32 hat bei der Austrittöffnung 45 ein Verlängerungsstück 46, das als üebergang zu der nächsten Vorrichtung
vorgesehen ist.Im oberen Teil des Wirbelkanals 31
ist eine einstellbare Luftdrossel 23, die als Schieber nach Lösen von Haltegriffen 48 im Bereich von Längsschlitzen 49
nach oben und unten bewegt, und damit der Querschnitt der Durchtrittsöffnung 50 eingestellt werden kann.
In der Fig. 4 ist auf der unteren Bildhälfte die untere Druckkammer
37 horizontal durchgeschnitten. Es ist schematisch der
Blaslufterzeuger 38 dargestellt, bestehend aus einem Antriebmotor 51» dem Ventilatorrad 39, das auf einer Welle 52 gelagert ist, und einem Luftansaugstutzen 53.
Der Luftpulsator wird durch einen Motor 54» der vorzugsweise
mit einem Variatorgetriebe 55 ausgerüstet ist, über eine Kupplung 56 direkt angetrieben. An der Welle 41 ist ein Zahnrad
57 befestigt, das über eine Kette 58 eine Schneckenwelle
59 mit Förderschnecke 60 antreibt.
In Fig. 5 ist der Umluftkanal in einem Längsschnitt gesamthaft
dargestellt, wobei der Motor 54 und die Förderschnecke
60 links unten nochmals eingezeichnet sind. Ueber der Förderschnecke
60 ist ein Luftfilter 61 angeordnet. Teigwarenteile, die durch die Durchtrittsöffnung 50 in den Umluftkanal mitgerissen
werden, hält der Luftfilter 61 zurück. Die Teile fallen im Luftfilter 61 nach unten und werden durch die Förderschnecke
60 über eine in Fig. 6 eingetragene Klappe 62 nach aussen gestossen. Die Klappe 62 wird nur geöffnet, wenn ge-
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nügend Produkt vorhanden und durch dasselbe aufgedrückt wird. r
Auf diese Weise kann ein unkontrollierbarer Eintritt von
Falschluft an dieser Stelle in den Umluftkanal verhindert
werden.
In Fig. 4 und 5 sind ferner Luftkonditioniermittel 63 in Form
von Wärmetauschern im Umluftkanal direkt vor dem Blaslufterzeuger 38 angeordnet. Sowohl der Luftfilter 61 wie die Luftkonditionierungsmittel
63 haben auf die Luftströmung eine beruhigende Wirkung, sodass die Pulsationen genügend stark gedämpft werden
und sich veder für Gehäuseteile noch für den Lufterzeuger nachteilige Folgen ergeben.
In Fig. 5 ist ferner ein Frischluftfilter 64 links oben angeordnet, durch-den sämtliche Frischluft angesogen wird.
Um die Frischluftmenge regulieren zu können, wird vor dem Filter eine Frischluftklappe 65 je nach Erfordernissen
eingestellt.
Die überschüssige Luft wird über einen Stutzen 66 (Fig.3-6)
abgelassen. Auch beim stutzen 66 kann die Luftmenge durch
eine Regulierklappe 67 genau eingestellt werden.
Zur Vereinfachung sind sämtliche Regel- und Steuereinrichtungen
nicht dargestellt. Es handelt sich insbesondere
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um Messfühler für die Lufttemperatur, die Luftfeuchtigkeit,
die erforderlichen Regel-, ümform- und Steuergeräte hiezu, sowie für alle Klappen, Schieber, Motoren und auch für
Kondition!ermittel.
In der Fig. 6 ist auf der linken Bildhälfte der Umluftkanal mit Luftfilter 61 sowie der Förderschnecke 60 im Querschnitt
dargestellt, auf der rechten Bildhälfte der Wirbelkanal 1 sowie die obere Druckkammer 36, mit dem Luftpulsator 40. Der
Wirbelkanal 31 und die obere Druckkammer 36 sind durch den porösen Boden 32 getrennt.
Die Funktion der Vorrichtung ist nun folgende:
Der Blaslufterzeuger 38 sowie der Luftpulsator 40 werden eingeschaltet,
ebenso alle Steuer- und Regelgeräte, und die umlaufende Luft mit Hilfe der Konditionierungsmittel auf eine
gewünschte Temperatur und Feuchtigkeit gebracht. Die Teigwarenpresse wird in Betrieb genommen, sodass sofort mit der
Einspeisung von frischen Teigwaren durch die Eintrittsöffnung in den Wirbelkanal 31 begonnen wird. Die frischen Teigwaren gelangen
also von der Teigwarenpresse direkt in den Vortrockner. Eine Vorverfestigung findet nicht statt. In dem in Fig. 3 gezeigten
Beispiel weist der Boden 32 direkt an die Eintrittsöffnung 20 anschliessend einen ersten verhältnismässig kurzen
Abschnitt mit schräg nach oben in Produktförderrichtung
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.„.
gerichtete Löcher auf, wie durch schräg nach oben gerichtete
Pfeile dargestellt ist. Die Teigwarenteile erhalten im
entsprechenden Abschnitt einen starken Impuls in Förderrichtung von links nach rechts auf dem Bild. Auf dem übrigen
Teil des Bodens sind die Löcher im Boden 32 entgegen der Produkteförderrichtung gerichtet. Mit dieser Massnahme wird
zweierlei erreicht. Einerseits wird die Tendenz uniarstützt,
dass durch die Austrittsöffnung 45 und durch die Eintrittsöffnung44 eher Luft angesogen wird, andererseits wird aber
durch die zwei entgegengesetzten Strömungen,, von dem ersten
Abschnitt zu dem zweiten eine starke Aufwirbelung erzeugt
und damit die Gefahr des Zusammenklebens von feuchten Teigwarenteilen
ganz ausgeschaltet. Die entgegen der Produktförderrichtung gerichtete Strömung hemmt den Produktfluss
und hilft eine gewünschte Schichtdicke und Verweilzeit der Teigwaren, im Wirbelbett zu erhalten.
Die weiteren Einflussfaktoren für die Verweilzeit und damit zusammenhängend der Trocknungszeit liegt in der stündlich
verarbeiteten Menge der Teigwaren, der Luftmenge und dem Neigungswinkel des Wirbelbettes.
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In der Regel ist die stündliche Leistung der zu verarbeitenden Teigwaren von den vorangehenden Maschinen bzw. einer gewünschten
Tagesleistung gegeben. Eine Veränderung der Neigung des Wirbelbettes ist unangenehm für die Handhabung und aufwendig
in Bezug auf die konstruktive Gestaltung, da der Boden 32 gegenüber dem oberen Druckraum 36 abgedichtet werden muss.
Für die Regelung der Verweilzeit wird bevorzugt die Luftgeschwindigkeit
gesamthaft erhöht oder erniedrigt, und die Luftmenge im letzten Abschnitt des Wirbelkanals 31 mit
einer Luftklappe 43 eingestellt. Wird im letzten Abschnitt des Wirbelkanals 31 weniger Luft eingeblasen, so wird der Produktfluss
an dieser Stelle gehemmt, was eine eigentliche Stauwirkung ergibt. Ohne mechanische Teile - Klappen und
dergleichen - im Produktfluss, kann mit der Luftklappe 43
die Schichthöhe in weiten Grenzen variert werden. Das Wirbelbett ist in diesem Ausführungsbeispiel in drei Abschnitte
unterteilt, einer ersten Sprudelzone, einer eigentlichen Wirbelschicht und einer Stauzone. Damit kann die Verweilzeit
der Teigwaren sowie die gesamten Verhältnisse im Wirbelbett gezielt geregelt und selbst schwierigste Teigwaren wie dünnwandige
Müscheli und dergleichen, mit besserer Energieausnützung als bisher und höchster Qualität erzeugt werden.
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Der durch das neue Verfahren gegebene intensivere Trocknungsvorgang
erlaubt den Bau einer sehr kompakten Trockenanlage. Schon allein die Anwendung des Verfahrens im Bereich der
Vortrocknung bringt eine Verkürzung der Trockenanlage um 10 - 15 m, södass die Herstellkosten für die Teigwaren beachtlich
verkleinert werden können.
Es konnte in der Vortrocknung eine derart intensive Trocknung erreicht werden, dass eine Verweilzeit von wenigen Minuten
genügt, um mit Schichthöhen des Wirbelbettes von 5 - 10cm und weniger schon sehr gute wirtschaftliche Ergebnisse zu
erreichen.
Es war für die industrielle Verwirklichung der Vorrichtung zur kontinuierlichen Trocknung notwendig, den Wirbelkanal
31, die Bauteile für die Blasluftzu- und -ableitung, die Luftkonditionierungsmittel
63, den Blaslufterzeuaer 38 und den Luftpulsator 40, wie beschrieben in einem als Baueinheit ausgebildeten
Kasten anzuordnen. Der Kasten war zu isolieren. Das Hauptproblem lag darin, dass bei niedrigen Herstellungskosten
den spezifischen Anforderungen Rechnung getragen werden musste, so insbesondere Feuchtigkeits- Schwingungs-Lärmproblem.
Aus Kostengründen war es erwünscht, dass die Wandteile des Kastens gleichzeitig Tragkonstruktion und äusserer
Abschluss der einzelnen Säume bzw. Kammern bilden sollen.
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Es ist nun gefunden worden, wie in Fig. 7 und 8 dargestellt
ist, dass ein dreischichtiger Verbund, bestehend aus einem Aluminiumblech 68,einer Schaumstoffplatte 69 und einer Kunststoffplatte
70 euer dergleichen als äusserste Schicht alle Forderungen optimal erfüllt. Die drei Teile werden zusammen zu
ebenen Platten 71 zusammengeklebt. Alle Oeffnungen 72, 73 werden angebracht, und bei allen Oeffnungen, Stirnkanten
usw. bei denen die Schaumstoffplatte 69 sichtbar ist, wird dieselbe etwas entfernt und die Stellen mit einer streichfähigen
Masse 74 wieder ausgefüllt und damit gedichtet.
Das Aluminiumblech 68, das nach innen gerichtet ist, und teilweise
mit den Teigwaren in Berührung kommt, genügt den hygienischen Forderungen und bildet gleichzeitig eine vollständige
Dampfsperre. Dasselbe gilt beschränkt auch für die aussenangebrachte
Kunststoffplatte.
Der ganze Verbund kann auch als grossflächiges Teil dem Luftdruck genügend Widerstand leisten, sodass im Betrieb durch
die Schwingungen keine Deformationen entstehen.
Türen und Wandteile können auf dieselbe Weise hergestellt werden.
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Die Fig. 9 und 10 zeigen eine drittes Ausführungsbeispiel eines Behandlungskanals in dem die Teigwaren mit Mikrowellen erhitzt
werden. Der Behandlungskanal 75 wird durch einen Hohlleiter 76 gebildet. Der Hohlleiter 76 schliesst an einen Mikrowellengenerator
77 an. Der Mikrowellengenerator 77 kann beispielsweise für eine elektrische Leistung von 25 Kw bei einer Frequenz von
915 MHz ausgelegt sein. Der Hohlleiter 76 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen Abmessungen der Arbeitsfrequenz
angepasst sind und im vorliegenden Fall bei 915 MHz 150 χ 250 mm betragen. Die Hinweisziffer 75 bezeichnet einen
geraden, vertikalen Abschnitt des Hohlleiters 76, welcher den eigentlichen Erhitzungsraum bildet. Der Abschnitt 75 des Hohlleiters
76 besteht aus dein gleichen elektrisch leitenden Material und besitzt den gleichen Querschnitt wie die übrigen
Teile des Hohlleiters 76. Im Hohlleiterabschnitt 75 sind die schmalseitigen Wand 78 und 79 perforiert, d.h. luftdurchlässig.
Durch die perforierten Wände 78 und 79 ist wegen des besonderen Verhaltens von Mikrowellen in einem Hohlleiter 'eine Abstrahlung
ausgeschlossen. An der perforierten Wand 78 endet eine mit einem Blaslufterzeuger 80 verbundene Zuluftleitung 81 und an die Wand
79 schliesst eine Abluftleitung 82 an. Die durch die Zuluftleitung 81 zugeführte Kühlluft erwärmt sich am Behandlungsgut und
führt ggf. aus diesem Feuchtigkeit ab. Im Hohlleiterabschnitt
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75 verlaufen parallel und zick-zackförmig jeweils quer zum elektrischen
Feldstärkevektor zwei perforierte Wände 83 und 84 aus Material mit besonders niedrigen dielektrischen Verlusten,
die seitlich an die breitseitigen Wände des Hohlleiters 76 anschliessen und mit diesem ein im Querschnitt rechteckiges
Hohlprofil bilden,welches als kaskadenförmige Rutsche 87 für
das Behandlungsgut dient. Zu Beginn wird das Schüttgut z.B. vorgetrocknete Teigwaren, in einen Trichter 85 gegeben, von wo es
durch eine Eintrittöffnung 86 in die kaskadenförmige Rutsche 87 gelangt, die es durch eine Austrittöffnung 88 verlässt. Der
Austrittöffnung 88 ist ein Vibrator 89 zugeordnet. Sowohl die Eintrittöffnung 86 als auch die Austrittöffnung 88 sind als
UHF-Schleusen ausgebildet vorgesehen. Die vom Schüttgut nicht absorbierten Mikrowellen werden "nach bekannter Art in einer
Wasserlast 90 aufgenommen. Mit dem Vibrator 89 kann die Menge des von der Eintrittöffnung 86 zur Austrittöffnung 88 strömenden
Schüttgutes reguliert werden. Durch die Kaskadenform wird das Schüttgut zusätzlich quer zum elektrischen Feldsträkevektor
hin- und herbewegt, Hierdurch wird dem Schüttgut eine dauernde Bewegung nach einer weiteren Raumrichtung (x-Achse) aufgezwungen.
Gleichzeitig wird eine Verschiebung der einzelnen Teile in Richtung der y-Achse sowie eine Rotation um eine oder mehrere
der drei Raumachsen begünstigt. Diese dauernde Relativbewegung zwischen den einzelnen Teilen in der Rutsche 87 wird durch die
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aus der Zuluftleitung 81 hindurchgeblasenen Luft zusätzlich unterstützt. Weiter obliegt dieser Kühlluft die Aufgabe, durch
ihre Konvektionswirkung in den einzelnen Teilen zusätzlich eine gleichmässige Erhitzung zu beschleunigen. Das Hindurchblasen
von Luft ist indessen nicht zwingend. Dies z.B. dann, wenn.
das Schüttgut Teigwaren ist und diesen nur ein Hitzestoss zu applizieren ist oder wenn im Schüttgut durch erhitzen lediglich
schädliche Lebewesen zu inaktivieren sind.
Fig. 10 zeigt den Verlauf der elektrischen Feldstärke. Ihr Vektor
ist parallel zu den Schmalseiten 78 und 79 des Hohlleiters 76 und senkrecht auf die Mitten der beiden Breitseiten orientiert. Durch
die kaskadenförmige Ausbildung der Rutsche 87 wird das Schüttgut
zick-zack-förmig von einem Feldstärkeminimum durch das Maximum hindurch zum anderen Minimum und zurück geführt. Die
einzelnen Teile werden dadurch wiederholt durch die Zone des elektrischen Feldstärkemaximums geführt. Eine gleichmässige
Energieübertragung wird dadurch erreicht.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 bezeichnet die Hinweisziffer
91 einen Mikrowellengenerator, an den ein im Querschnitt rechteckiger (Fig.12) Hohlleiter 92 anschliesst. Der Teil 93
des Hohlleiters 92 bildet den Behandlungskanal 99 in dem das Schüttgut, z.B. Teigwaren erhitzt wird. Der Behandlungskanal
ist als Wirbelkanal ausgebildet. Die Leistung, die Frequenz des
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des Mikrowellengenerators 91 und die Querschnittabmessung des
Hohlleiters 92 sind gleich wie beim dritten Ausführungsbeispiel. Die schmalseitigen Wände im Abschnitt 93 des Hohlleiters 92 sind
perforiert und gasdurchlässig, wobei keine Abstrahlung der Mikrowellen wegen ihres besonderen Verhaltens in einem Hohlleiter auftritt.
Etwas unterhalb der Längsmittelachse des Hohlleiterabschnittes 93 ist ein poröser Boden 94 mindestens angenähert
horizontal angeordnet. An der perforierten Wand 95 des Hohlleiters 92 endet eine Luftzuleitung 96, die mit einem Blaslufterzeuger
97 verbunden ist. Die vom Blaslufterzeuger 97 abgegebene
Blasluft durchdringt die Wand 95 des Hohlleiterabschnittes 93, den porösen Boden 94 und dann das daraufliegende Behandlungsgut,worauf sie den Hohlleiterabschnitt 93 durch die schmalseitige
Wand 98 verlässt. Der poröse Boden 94 besteht aus einem Material mit besonders niedrigen dielektrischen Verlusten. Zwischen der
Wand 95 und dem Blaslufterzeuger 97 ist ein Luftpulsator 100 z.B. eine rotierende Drosselklappe vorgesehen, welche den Luftstrom
zerhackt, so dass dieser in pulsierender Form den porösen Boden 94 zugeführt wird. Zur Regulierung des Luftdruckes und der
Luftmenge ist weiter eine Drosselklappe 101 in der Luftzuleitung 96 angeordnet. Das zu behandelnde Schüttgut gelangt von einem
Speisetrichter 102 über einen Vibrospeiser 103 zu einer als UHF-Schleuse ausgebildeten Eintrittöffnung 104. Mit dem Vibrospeiser
103 kann die Zuführung des Schüttgutes reguliert werden. Durch die Eintrittöffnung 104 gelangt das Schüttgut auf den porösen
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NS'
Boden 94. Di"e vom B lasluft erzeug er 97 abgegebene Blasluft ist
hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit so zu wählen, dass das auf dem porösen Boden liegende Schüttgut in einen Schwebezustand
versetzt wird. Durch das pulsierende Zuführen der Blasluft entsteht eine gleichmässig dicke Wirbelschicht und die einzelnen
Partikel werden im Schwebezustand in Richtung der Vertikalen auf- und abbewegt. Im Schwebezustand verhält sich das Schüttgut
auf dem porösen Boden 94 wie eine Flüssigkeit, so dass es von dort durch eine Austrittöffnung 105 mit einer UHF-Schleuse abfliesst.
Die vom Schüttgut nicht aufgenommenen Mikrowellen werden
im Endabschnitt 106 des Hohlleiters 92 durch eine Wasserlast 107 entfernt. Auf dem porösen Boden 94 fliesst das Schüttgut
in Richtung einer Raumachse (z-Achse). Im pulsierenden Wirbelbett wird jedem einzelnen Partikel zusätzlich eine Bewegung
in Richtung einer weiteren Raumachse (x-Achse) aufgezwungen, wobei eine Verschiebung in Richtung der dritten Raumachse (y-Achse)
sowie eine Rotation um wenigstens eine der drei Raumachsen begünstigt
wird. '
Da sich der poröse Boden 94 leicht unter der Längsmitte des
Hohlleiters 92 befindet, bewegt sich das Schüttgut in Form eines Wirbelbettes mit seiner Mitte im Bereich der grössten
elektrischen Feldstärke (Fig. 12). Das sich auf dem porösen Boden 94 bildende Wirbelbett weist statistisch eine gleichmässige
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Dichte auf und stellt somit eine konstante Impedanz dar, die keine plötzlichen Energieflexionsspitzen hervorruft. Demgemäss
ist die Erhitzung der Teile regelmässig, so dass die Mikrowellenenergie und die Verweildauer gut einreguliert werden
können. Mit der Drosselklappe 108 kann die Luftgeschwindigkeit reguliert werden. Mit höherer Luftgeschwindigkeit nimmt
die Dicke des Wirbelbettes auf dem porösen Boden 94 zu und ihre Dichte entsprechend ab. In der Folge kann die Energieaufnahme
durch das Schüttgut durch die Luftgeschwindigkeit beeinflusst werden. Die Blasluft dient bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn
auch untergeordnet, nebt der Wirbelbettbildung auch der Abfuhr der Feuchtigkeit aus dem Schüttgut und dem Wärmeausgleich
innerhalb des Wirbelbettes.
Die zur Bildung des Wirbelbettes benötigte Blasluft kann in einer Gesamtanlage zur Wirkungsgradverbesserung weiter verwertet
werden, wenn sie im Umluftverfahren vorangehenden oder nachfolgenden Trocknungsstufen zugeleitet wird."
In Fig. 13 ist eine gesamte Trocknungsanlage dargestellt. Von einer Pressschnecke 109 werden die frisehgepressten Teigwaren
direkt in einen Vortrockner 113 eingegeben, der aus drei Trocknung seinhei ten 110,111, 112 besteht. Diese Trocknungseinheiten
können so ausgebildet sein. Eine solche Baueinheit wurde mit Bezug auf die Fig. 3 bis 6 beschrieben. Jede .dieser Trocknungseinheiten 110, ill, 112 bildet eine Behandlungsstufe. Bekanntlich
ist der Trocknungsvorgang anfänglich sehr schnell, geht
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aber in dem Masse, wie der Feuchtigkeitsgehalt der zu trocknenden.
Substanz abnimmt, immer langsamer vor sich. Wie mit einer ersten Versuchsanlage ermittelt wurde, ist es möglich, im Vortrockner
113 mit den drei Trocknungseinheiten 110, lll„ 112 bei durchschnittlichen
Presseleistungen von 500 Kilogramm pro Stunde von ca. 30 bis 32 um 10 bis 15 Gewichtsprozente Wasser den Teigwaren
zu entziehen. Dabei bedeckt das Wirbelbett in jeder Trocknungseinheit 110, 111, 112 nur eine Fläche von angenähert einem Quadratmeter.
Mit drei solchen Trocknungseinheiten ist es möglich, in einer konventionellen Trocknungsanlage den Vortrockner, den
Schutt el vor trockner und der erste Teil des anscMessenden Endtrockners
zu ersetzen.
Aus der die dritte Stufe bildenden Trocknungseinheit 112 des Vortrockners
113 werden die Teigwaren durch einen Förderer 114 einem Endtrockner 120 zugeführt. Im Endtrockner 120 werden die Teigwaren
in zwei Stufen 115, 116 bzw. 118, 119 fertig getrocknet. Beide Stufen 115, 116 bzw. 113, 119 sind in zwei Behandlungsschritte
unterteilt. Der erste Behandlungsschritt erfolgt in einer Erhitzungsvorrichtung 115. Dabei wird im wesentlichen das Wasser
aus dem Inneren der einzelnen Teile an deren Oberfläche getrieben.
Im anschliessenden Schritt wird in einer Trocknungseinheit
116 mittels Blasluft das Wasser von der Oberfläche der Teigwarenteile abgeführt. Der dritte Schritt wieder erfolgt in einer
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Erhitzungsvorrichtung 118. Erneut wird das Wasser aus dem Inneren der Teigwarenteile an ihre Oberfläche getrieben. Beim
anschliessenden vierten Schritt in der Trocknungseinheit 119»
wird das Wasser wieder mit Blasluft von der Oberfläche der Teigwarenteile abgeführt. Eine bevorzugte Ausführungsform der
Erhitzungsvorrichtungen 115 und 118 ist mit Bezug auf die Fig. 11 und 12 beschrieben. Die Trocknungseinheiten 116 und 119 können
gleich ausgebildet sein wie jene 110, ill, 112 des Vortrockners
113. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Trocknungs
einheit en 116 und 119 ist mit Bezug auf die Fig. 3 bis
6 beschrieben. In den beiden Stufen des* findtrockners 120 sind
die Heizvorrichtung 115 und 118 mit den zugehörigen Trocknungseinheiten 116 und 119 bevorzugt in der mit Bezug auf die Fig.
14 und 15 beschriebenen Weise verbunden.
In den Einheiten 116 und 119 werden die Teigwaren beim genannten
Beispiel auf 14 bzw. 12 % getrocknet. Die Zwischenerhitzung hat
vor allem die Aufgabe, die Teigwarenteile über den gesamten Querschnitt auf eine gleichmässige hohe Temperatur zu bringen,
damit der Flüssigkeitstransport an die Oberfläche der Teigwarenteile
begünstigt und beschleunigt, und die Trocknung auch in der Endtrocknung intensiviert werden kann.
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Obwohl in der Endtrocknung die ununterbrochene Umschichtung
und die Bewegung der einzelnen Teigwarenteilen zueinander und gegenüber der Luftströmung eine weniger grosse Bedeutung
hat als in der Vortrocknung, hat sich gezeigt, dass damit die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage erhöht werden kann, da
die Trocknung und die gesamte Energie Uebertragung auf Höchstwerte
gesteigert werden kann.
Bei wenig problematischen Produkten ist es grundsätzlich möglich, den gesamten Trocknungsvorgang in einem zusammenhängenden
Wirbelbett durchzuführen, wobei es dann allerdings vorteilhaft ist, verschiedene Zonen des Luftdurchsatzes
und auch des Klimas zu schaffen.
Ferner ist es durchaus realisierbar, zum Beispiel, die Vortrocknung und die Endtrocknung in je einem getrennten
Wirbelbettt durchzuführen.
Die beiden letztgenannten Ausführungsformen haben aber doch den Nachteil, dass jede Anlage nach Mass angefertigt werden
muss, und spätere Aenderungen sehr aufwendig sind. Es hat
sich deshalb trotz eines scheinbar grösseren Aufwandes für die Trocknung von Teigwaren als vorteilhafteste Lösung
erwiesen, die ganze Trocknungslinie auf einer grösseren
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So
Anzahl Grundeinheiten aufzubauen. Dies hat den Vorteil, dass die Einheiten zum Beispiel den Gebäudeabmessungen, angepasst
werden können, indem alle Einheiten hintereinander, oder mehrere Einheiten übereinander angeordnet werden können.
Da bei den bekannten Pressen für Kurzwaren vielfach zwei Pressköpfe mit einem Abstand von ca. 1 m verwendet werden,
erlaubt die Lösung mit den Baueinheiten durch das Nebeneinander-anordnen
von zwei Linien auf dem kleinstmöglichen Raum, eine Verdoppelung der Trocknungsleistung.
Die Fig. 14 und 15 zeigen im einzelnen einen möglichen Aufbau
der beiden Stufen 115» 116 bzw. 118, 119 des Endtrockners 120.
Die Beschreibung erfolgt anhand der ersten stufe 115» 116.
Der erste Schritt in der ersten Stufe 115, 116 erfolgt in einer
Erhitzungsvorrichtung 115, wie sie im wesentlichen in Fig. und 12 beschrieben wurde. Der zweite Schritt in der ersten
Stufe 115, 116 erfolgt in einer Trockeneinheit 116, wie sie in den Fig. 3 bis 6 beschrieben wurde. In den Fig. 3 bis 6,
11, 12, 14 und 15 bezeichnen daher gleiche Hinweisziffern gleiche oder aequivalente Teile. Auf eins wiederholende Beschreibung
von Einzelheiten wird daher verzichtet.
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Die Erhitzungsvorrichtung 115 ist über dem Wirbelkanal 31 auf die Trocknungseinheit 116 aufgesetzt. Der untere poröse Boden
95 ist in die obere Abdeckplatte der Trocknungseinheit 116
integriert, so dass die Behandlungsluft aus dem Wirbelkanal 31 durch die perforierte Wand 95 in die Erhitzungsvorrichtung
115 übertreten kann. Der Blaslufterzeuger 97 saugt die Blasluft
aus dem Wirbelkanal 31 durch die poröse Wand 95» dea
porösen Boden 94 und die ebenfalls poröse Wand 98 und führt
sie über eine Leitung 121 zurück in den Druckraum 34 der darunter liegenden Trocknungseinheit 116. Mit Hilfe einer
Drossel 122 und der Luftdrossel 47 kann einerseits jene Luftmenge bestimmt werden» welche in der Heizvorrichtung
115 und in der Trocknungseinheit 116 gemeinsam und andererseits nur innerhalb der Trocknungseinheit 116 umgewälzt wirdo
Die Wärme der in -der Erhitzungsvorrichtung 115 erwärmten Blasluft wird in der Trocknungseinheit 116 wieder genutzt, was einen
äusserst wirtschaftlichen Energiehaushalt ermöglicht. Nach einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich,
zwischen mehreren sich folgenden stufen eine Blasluftumwälzung vorzusehen, wenn dies zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit angezeigt
ist.
Der in den Fig. 14 und 15 gezeigte Aufbau der einzelnen Stufen
des Endtrockners 120 zeigt, dass dieser in äusserster kompakter, raumsparender Form herstellbar ist
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Fig"· 16 zeigt eine Anlage, die zum Trocknen und Rösten von Kaffeebohnen,
Mandeln oder dgl. geeignet ist, aber auch ein Bestandteil einer T.eigwarentrocknungsanlage sein kann.
Durch eine Leitung 123 wird ein Schüttgut in eine Trocknungseinheit 124 mit einem Wirbelkanal aufgegeben. Ein Ventilator
125 speist dfe Trocknungseinheit 124 mit warmer Abluft aus einer
Mikrowellenerhitzungsvorrichtung 126. Die Temperatur der warmen Abluft kann in einem Wärmeaustauscher 127 weiter gesteigert
werden. Das Schüttgut verlässt die Trocknungseinheit 124 durch
einen Kanal 128. Unter diesem ist ein Vibrospeiser 129 angeordnet, der das Behandlungsgut dosierbar an einen Elevator 130
übergibt. Der Elevator 130 seinerseits fördert das Schüttgut in einen Zwischenbunker 131. Der Zwischenbunker 131 hat die Aufgabe,
der nachfolgenden Erhitzungsvorrichtung das Schüttgut in stets ausreichender Menge zuzuführen. Der Zwischenbunker 131 ist
mit einem Niveautester 132 versehen, der über eine Leitung 133 einen Ein-Ausschalter 134 betätigt. Der Ein-Ausschalter 134
schliesst oder unterbricht den Speisestromkreis des Antriebes des Vibrospeisers 129, so dass der Vibrospeiser 129 nur in
Abhängigkeit vom Niveaustand im Zwischenbunker 131 dem Elevator 130 Schüttgut zuführt. Der Zwischenbunker 131 soll unter allen
Umständen ein Leerlaufen der Erhitzungsvorrichtung 126 vermeiden,
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ει
da sonst unerwünschte Reflexionen der Mikrowellen auftreten, welche den Mikrowellengenerator 135 zerstören können. Wird
die Zuführung des Schüttgutes unterbrochen oder soll die Anlage leergefahren werden, so erteilt der Niveautester 132
über eine Leitung 136 dem Mikrowellengenerator 135 den Befehl zum Abschalten. Aus der Erhitzungsvorrichtung 126 wird das Schüttgut
durch einen Vibrator 13-7 ausgetragen. Dieser reguliert, wie beim erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Durchlaufgeschwindigkeit
des Schüttgutes durch die Erhitzungsvorrichtung 126. Die Erhitzungsvorrichtung 126 weist einen an einem Mikrowellengenerator
135 angeschlossenen Hohlleiter 138 auf. Am Ende des Hohlleiters 138 befindet sich in bekannter Weise
die Wasserlast 139. Durch den Hohlleiter 138 wird Luft hindurchgeblasen, die in einer Abluftleitung 140 gesammelt und über ein
Vierwegeventil I41 entweder ins Freie ab- oder dem Ventilator zugeleitet wird. Ist die Abluft zu feucht, wird sie ins Freie
geleitet, wobei der Ventilator 125 seine Zuluft ebenfalls aus dem Freien ansaugt. Die Mikrowellenerhitzungsvorrichtung 126
kann wie die in den Fig. 10 und 9 beschriebene ausgebildet sein.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 17 zeigt eine Teigwarentrocknungsanlage
mit Vortrockner 142 und Endtrockner 143. Vor- und Endtrockner 142 und 143 weisen je eine Behandlungsstufe auf,
wobei jene des Endtrockners in einen Erhitzungs- und einen
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Trocknungsschritt unterteilt ist. Die Teigwaren werden vorerst in einem Wirbelkanal 144 vorgetrocknet, der von einem Ventilator
145 mit Blasluft gespiesen ist. Ein Elevator 146 übernimmt die Teigwaren vom Wirbelkanal 144 und übergibt sie an einen
Sp ei se trichter 147, an den eine kaskadenförmige Rutsche 148
einer Erhitzungsvorrichtung 149 anschliesst. Die Rutsche 148 ist im vertikalen Abschnitt 150 eines Mikrowellenhohlleiters
151 angeordnet, den die Mikrowellen von oben nach unten durchlaufen,
wobei die nicht absorbierten Mikrowellen durch eine Wasserlast 152 aufgenommen werden. In der Rutsche 148 werden die
Teigwaren erhitzt und das im Inneren vorhandene Wasser diffundiert an die Oberfläche der Partikel. Die warmen Partikel
schwitzen. Der Austritt 154 der Rutsche 148 wirkt mit einem Vibrator 153 zusammen, der die Durchsatzmenge des Schüttgutes
durch die Rutsche- 148, d.h. durch den Wirkbereich der Mikrowellen reguliert» Die Rutsche 148 kann" mit dem Schüttgut über den
ganzen Querschnitt oder nur über einen Teil desselben ausgefüllt sein. Der Vibrator 153 gibt die Teigwaren in einen zweiten Wirbel
kanal 155, der über eine Leitung 156 am Druckstutzen des Ventilators 145 oder einer anderen Blasluftquelle für trockene Blasluft
angeschlossen ist. Die Wirbelkanäle 144 und 15-5 können in Baueinheiten angeordnet sein, wie dies mit Bezug auf die Fig. 3-6
gezeigt ist. Die Erhitzungsvorrichtung 149 ist im einzelnen anhand der Fig. 9 und 10 beschrieben. Als Erhitzungsvorrichtung
ist auch eine solche geeignet, wie sie in Fig. 11 und 12 gezeigt ist, wobei der Endtrockner so aufgebaut sein kann, wie dies in
14 und 15 gezeigt ist. 70982A/0672
263426?
5<f
Das in Fig. 14 und 15 gezeigte Ausführungsbeispiel eignet sich besonders für jedwelche intensivierte Wärmebehandlung.
So wurde festgestellt, daß mit dieser Vorrichtung äußerst vorteilhaft Produkte wie Kakaobohnen, Nips, Kaffee und Nüsse
verschiedener Art, wie Erdnüsse, Haselnüsse getrocknet und/oder geröstet werden können. Im ersten Schritt kann das Gut gezielt
auf sine gewünschte Temperatur erhitzt und im anschließenden Schritt zum Trocknen und/oder Rösten unter optimalen Bedingungen
behandelt werden. Der besondere Vorteil dieser AusfUhrungsform
liegt auch darin, daß eine für den industriellen Gebrauch ausreichende Abtötung von Keimen, Pilzen und anderen
Schädlingen gleichzeitig mit dem Erhitzen und auch mit dem nachträglichen Halten in einer Temperatur erreicht wird, da
die Mikrowellenenergie vor allem auch die Wasser enthaltenden Schädlinge trifft.
Dabei erfolgt die Erhitzung mit Hilfe von Mikrowellen in einem Hohlleiter besonders schonend und intensiv, wennjgleichzeitig
das Gut durch den Hohlleiter in Form eines Durchlaufwirbelbettes hindurchgeführt wird. Dadurch erreicht man eine sehr kurze
Behandlungsdauer bei schonendster Behandlung des Materials und unter Vermeidung jeglicher Gefahr einer örtlichen Überhitzung.
Diese Form der Erhitzung eignet sich daher ganz besonders für die Zwischenerhitzung im Rahmen einer Trocknung. Durch die
lasche bis ins Innere der Gutteilchen reichende Erhitzung wird die Feuchtigkeit an die Oberfläche getrieben, wo sie
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St»
rasch und schonend in der nachfolgenden Wirbelbetrocknungsstufe abgeführt wird. Dabei bietet die neue Vorrichtung den großen
Vorteil, daß man außerordentlich raumsparend eine intensive Behandlung des Gutes bei höchstmöglicher Schonung erreicht.
Außerdem lassen sich die beschriebenen Vorrichtungen ganz he-r
sonders als selbständige Baueinheiten, sei es allein als Durchlaufwirbelbetteinheit
oder als kombinierte Einheit von Zwischenerhitzer und Durchlaufwirbelbett ausbilden und einsetzen. Auf
diese Weise kann jeden Trocknungs* oder Behandlungsansprüchen
durch Parallel- oder Serienschaltung zweier oder mehrerer solcher Einheiten in der jeweils gewünschten Kombination in
optimaler Weise Rechung getragen werden.
Für die Zwischenerhitzung kommt man mit Hohlleitern von 1 bis 1 1/2 m Länge in vielen Fällen bereits aus.
Ansprüche
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