Amandus Kahl

Die Firma Amandus Kahl GmbH & Co. KG, bekannt als Hersteller von Einzelmaschinen und schlüsselfertigen Anlagen für die Bearbeitung von Futtermitteln, hat eine komplette Laboranlage für Futtermittel in Nahost in Betrieb genommen.

Unter Labormaschinen sind Kleingeräte mit einer Leistung von 50 bis 200 kg/h zu verstehen, die zur Futtermittelbearbeitung geeignet sind. Als Einzelmaschinen sind diese Geräte seit Langem im Einsatz, bisher jedoch nicht als kontinuierlich arbeitende Gesamtanlage.

Anlagen in dieser Konzeption eröffnen folgende Möglichkeiten:

• Entwicklung von Rezepturen in Verbindung mit Versuchsstationen für Tiere
• Ermittlung und Optimierung von Behandlungsparametern wie z.B. Zerkleinerungsgrad, Mischungszusammensetzung, Wärmebehandlung, Druckbehandlung, Formgebung
• Übertragung im „Scale-up“ auf Großanlagen möglich
• Optimierung der Formgebung/des Produktdesigns wie z.B. bei Pellets, Grobgranulat, Feingranulat, Extrudatpellets, Expandat
• Entwicklung von neuen Marktstrategien für bestehende und neue Märkte
• Herstellung von speziellem Mischfutter in Kleinmengen, z.B. Heim- und Zootiere, für die eine Großanlage nicht wirtschaftlich ist
• Produzierung von speziellem Futter für Versuchstiere wie z.B. Mäuse, Ratten, wie es an Universitäten und Kliniken benötigt

Die nachstehend beschriebene multifunktionelle Laboranlage ist daher sowohl für Universitäten und Forschungsinstitute als auch für Kleinhersteller von Mischfutter für spezielle Tiere sowie Futtermittelkonzerne, die eigene Forschung und Entwicklung betreiben, geeignet.

1. Aufgabenstellung

Der Betreiber der hier vorgestellten Anlage stellte folgende Forderungen:

• Herstellung von Versuchsfutter mit „neuen“ Rezepturen für Geflügel- und Fischfutter
• Ermittlung der optimalen Behandlungsparameter und zweckentsprechende Formgebung des Futters
• Optimierung der Behandlungsparameter bestehender Rezepturen und „Scale-up“ auf die vorhandene Großanlage
• Inaktivierung von ANF in Ölsaaten und Leguminosen
• Installation der Anlage in einem neu errichteten Gebäude

Aus hygienischen Gründen und um Kontaminationen zu unterbinden, ist die Laboranlage räumlich von dem bestehenden Futtermittelwerk getrennt. Aus veterinärrechtlichen Gründen dürfen die Versuchstiere nicht auf dem gleichen Grundstück gehalten werden.

Separates Land für Stallungen und Haltung der unterschiedlichen Tierarten ist vorhanden.

2. Anlagenkonzept

Für die Laboranlage wurde aus den vorgenannten Gründen ein separates Gebäude errichtet (Abb.1).

Abb.1: In dem Gebäude ist die Laboranlage installiert.

Dieses wurde im Vorfeld so ausgelegt, dass die vorhandene Anlage erweiterbar ist bzw. um eine zweite ergänzt werden kann. Das Stahlgerüst, auf das die Maschinen montiert wurden, besteht aus vier Ebenen. Die erste und zweite Ebene sind von drei Seiten mit einer Glasfront versehen. Dieses lässt beim Betreiben der Anlage ein angenehmes Arbeiten bei Tageslicht zu. Der Zugang zu den einzelnen Ebenen ist mit einer Stahlwendeltreppe und einem separaten Lastenfahrstuhl für den Transport der Rohwaren versehen worden. Darüber hinaus befinden sich in dem Gebäude diverse Büro-, Labor- und Lagerräume.

An Hand der Aufgabenstellung wurden die Verfahrensdiagramme Wäge-, Mahl-, Mischlinie (Abb.2) und der Expander- Extruder- und Pressenlinie  (Abb.3) entwickelt und festgelegt.

Mit der neuen Anlage können folgende Produkte hergestellt werden:

• Extrudiertes Fischfutter
• Expandiertes, pelletiertes Geflügelfutter
• Pelletiertes Rinder, Schaf- und Pferdefutter
• Hygienisiertes, mehlförmiges Legefutter
• Hydrothermisch behandelte Einzelkomponenten

 Abb. 2: Wäge-, Mahl-, Mischlinie

 Abb. 3: Expander- /Extruder- und Pressenlinie

3. Produktionslinie mit Maschinen

3.1 Wäge-, Mahl- und Mischlinie

Den ersten Abschnitt der Laboranlage bildet die Wäge-, Mahl- und Mischlinie.

Zur Rohwarenlagerung stehen vier Behälter für die Sackeinschüttung zur Verfügung. Die Sackware wird per Lastenaufzug auf die entsprechend Ebene gefördert. Dosierschnecken mit zwei Geschwindigkeitsstufen speisen die Waage. Ferner besteht die Möglichkeit, Kleinmengen per Hand der Waage zuzugeben. Die Chargengröße beläuft sich je nach Schüttgewichtsvariation auf durchschnittlich 50 kg/Charge. Es können vier Chargen pro Stunde hergestellt werden, also 200 kg/h. Die Waage hängt an drei Wägemesszellen und kann bedingt durch die zwei unterschiedlichen Schneckendrehzahlen schnell gefüllt werden. Im Anschluss wird das Material mit einer diskontinuierlichen Saugförderanlage in Vorbehälter überhoben. Je nach Einstellung der Saugpneumatik können die Saugzeit und der erneute Startzeitpunkt in Abhängigkeit vom Schüttgewicht bzw. den Rohwarenfördereigenschaften schnell und unkompliziert angepasst werden.

Im nachgeschalteten Zerkleinerungsprozess wird das Produkt mittels Prallmühle auf die gewünschte Korngröße vermahlen. Je nach Verwendungszweck kann die Mühle so eingestellt werden, dass das Fischfutter auf eine mittlere Korngröße von 0.4 mm und das Geflügelfutter auf 1.1 mm zerkleinert werden. Die Variablen zum Erreichen der gewünschten Kornfeinheit sind unter anderem Drehzahl, Durchsatz, Unterdruck, Mahlbahn und Mahlspalt. Weitere Rohwarengrobkomponenten können in abgewogener Form dem Vorbehälter zugegeben werden.

Das vermahlene Produkt wird im Anschluss in einen Schnellmischer mit 100 l Nutzinhalt gefördert (Abb.4). Die Mischwerkzeuge sind auf der Welle verstellbar angeordnet. Optional kann die Wellendrehzahl über einen Frequenzumrichter variiert werden. Der Produktauslass wird über eine Bodenklappe realisiert, die über die gesamte Mischerbreite geht und elektropneumatisch betätigt wird.

Neben Mikrokomponenten können auch Flüssigkeiten in den Mischer eingebracht werden. Die Mischzeit kann je nach Produkt festgelegt werden.

Abb.4: Schnellmischer

3.2 Expander-/Extruder- und Pelletierlinie

Der zweite Abschnitt der Laboranlage beinhaltet den Bereich Wärmebehandlung und Formgebung mit Konditionierung, Expander-/Extruder- und Pressenlinie.

Die Durchsatzleistung dieser Linie beträgt etwa 200 kg/h. Je nach Wahl der offenen Lochfläche und des spezifischen Energieeintrages etc. sind auch abweichende Durchsätze möglich.

Das fertig gemischte Produkt wird mittels Saugpneumatik überhoben und gelangt in einen Vorbehälter. Von dort wird es über ein Dosiersystem dem Mischkonditionierer zugeführt.

Hier kann das Produkt sowohl mit Dampf und Wasser als auch mit anderen Flüssigkeiten konditioniert werden.

Anschließend gelangt das angewärmte und angefeuchtete Material in den Langzeitkonditionierer, um z.B. im Falle von Fischfutter die hohe Wasserzugabe besser einwirken lassen zu können. Ist keine Einwirkzeit gewünscht, da deutliche weniger Wasser hinzugegeben wird, wie im Fall von Geflügelfutter, durchläuft das Produkt den Langzeitkonditionierer ohne Verweilzeit.

Abb.5: Extruder OEE 8 inklusive vorgeschaltetem Verweilbehälter und Dosiereinheit

3.2.1 Expander-/Extrudertechnologie

Eine der Kernmaschinen der Anlage ist der Expander/Extruder des Typs OE 8. Dieser kann je nach anzuwendendem Verfahren als Extruder (Abb.5) oder Expander betrieben werden und besteht aus einem dickwandigem Mischrohr mit auswechselbaren Verschleißeinsätzen und einer einseitig gelagerten Welle, die mit Dosier-, Misch- und Knetelementen versehen werden kann.

Die Stoppschrauben zwischen den einzelnen Flanken der Paddel ragen bis zum Grund in die Welle hinein. Das hat den Vorteil, dass das zu bearbeitende Material gleichmäßig geknetet und zum Auslauf transportiert wird. Der Auslauf wird durch den Auslaufkopf abgeschlossen, der innerhalb kürzester Zeit gewechselt werden kann. Die Ausführung des Auslaufkopfes bestimmt, ob die Maschine als Extruder oder Expander betrieben wird.

3.2.1.1 Expander

Wird die Expander-Variante mit der Baureihenbezeichnung OER benötigt, so befindet sich im Expander-Kopf ein hydraulisch verstellbarer Kegel, der mit dem Rohrende den patentierten Ringspalt bildet (Abb.6). Durch Verstellung des Kegels während des Betriebes sind Druck, Intensität der Knetarbeit, Produkterwärmung und Energieaufnahme einstellbar. Dieser Prozess kann auch automatisch gesteuert werden.

Abb. 6: Expander OER

Am Auslauf fällt der Druck spontan ab, das Material expandiert und ein Teil des im Mischkonditionierer zugesetzten Wassers, hier deutlich weniger als bei der Extruder-Variante, verdampft (Flash-Verdampfung). Somit ist nur eine nachfolgende Kühlung und keine zusätzliche vorgeschaltete Trocknung erforderlich.

Die Größe des Expandats kann mit einer nachgeschalteten Zerkleinerungseinrichtung bestimmt werden. Das Expandat eignet sich zur direkten Verfütterung oder wird im Falle vom Geflügelfutter weiter zu Pellets geformt. 

Wenn gewünscht besteht die Möglichkeit, Dampf und diverse Flüssigkeiten auch direkt im Expander zuzugeben.

3.2.1.2 Extruder

Wird die Extruder-Variante mit der Baureihenbezeichnung OEE benötigt, so befindet sich im Extruderkopf eine hydraulisch verfahrbare Matrize, die ein- oder ausgefahren werden kann (Abb. 7+8). Der nachgeschaltete Messerkopf, der mit einem separaten Antrieb ausgestattet ist, bleibt bei Matrizenwechsel in seiner Position. Der einfache und schnelle Matrizenwechsel erlaubt die Herstellung unterschiedlicher Produkte mit verschiedenen Durchmessern und Formgebungen. Durch das hydraulische Öffnen des Auslaufs wird eine Entlastung der Maschine bei Überlast erreicht.

Bei Produktionsstart benötigt der Kahl-Extruder OEE keinen überhöhten Wasserzusatz und kann mit „offener“ Matrize angefahren werden.                 

Abb. 7: Extruderkopf OEE in geschlossener Variante                  

Abb.8 : Extruderkopf OEE in geöffneter Variante

Durch Wahl der Rohkomponenten, der Zusammensetzung, des Vermahlungsgrades, der Konditionierung, der Extruderdrehzahl, der Matrizengeometrie und des mechanischen Energieeintrags kann sinkendes aber auch schwimmendes Fischfutter für die unterschiedlichen Fischarten in unterschiedlichen Extrudatgrößen hergestellt werden. Auf Grund der hohen Wasser- und Dampfzugabe sind eine Trocknung und anschließende Kühlung notwendig.

3.2.2 Pelletpresse

Eine weitere Kernmaschine der Laboranlage ist die Flachmatrizenpresse der Baureihe 14-175.

Bei dieser wird mittels Kollerrollen das Material, in diesem Fall expandiertes Geflügelfutter, durch eine Matrize gedrückt. Die unterhalb der Matrizen befindlichen Messer brechen die Pellets auf die gewünschte Länge ab (Abb.9). Je nach Produkt und Tierart sind Matrizen mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern notwendig.

Abb.9: Wirkprinzip einer Flachmatrizenpresse großer Bauart

Die Presse kann mit oder ohne Vorbehandlung durch den Expander betrieben werden. Das hat den Vorteil, dass die Anlage flexibel einsetzbar ist, um auch solche Produkte herstellen zu können, die keine Vorbehandlung mittels Expander erfordern, wie zum Beispiel Schaf- und Pferdefutter.

3.2.3 Hygienisierung

Beim Betrieb des Expanders/Extruders ist eine Hygienisierung des Produktes gewährleistet, das heißt, das Produkt ist frei von pathogenen Keimen, wie Schimmelpilzen, Salmonellen und coliformen Bakterien. Soll z.B. schrotförmiges Legefutter hygienisiert werden, ist dies mithilfe des Langzeitkonditionierers möglich, der bei 85 °C und 6 min Durchlaufzeit eine entsprechende Hygienisierung ermöglicht.

Bezüglich der hydrothermisch behandelten Einzelkomponenten ist mit dem Langzeitkonditioner, Expander oder Extruder ist eine Inaktivierung antinutritiver Substanzen (ANF) möglich, wie z.B.:

• Trypsininhibitoren (TIU)
• Glucosinolate in Rapssaat
• Gossypol in Baumwollsaat
• TIU und Lektine in Leguminosen

Im Anschluss an die Formgebung müssen je nach Herstellungsverfahren die unterschiedlichen Produkte noch getrocknet und gekühlt bzw. nur gekühlt werden. Dieses wurde mit einem vertikalen Fließbett-Trockner/Kühler realisiert, der aus zwei Trocknungssektionen und einer Kühlsektion besteht. Die Warmluft wird mit einem Dampf/Luft-Wärmetauscher erzeugt.

Es besteht die Möglichkeit, mit einer nachgeschaltete Coating-Einrichtung das Fisch- und Geflügelfutter zu befetten.

Das abzufördernde Produkt wird dann mittels Saugpneumatik in die Fertigwarenzelle transportiert. Von dort aus kann es mit einem Absacksystem in unterschiedlichen Gebinden abgepackt werden.

Zusammenfassung

Die beschriebene Laboranlage für Futtermittel erfüllt alle Voraussetzungen für die Bearbeitung kleiner Futtermengen mit unterschiedlicher Technik.

Auf Grund der Baugröße ist die Anlage gut überschaubar und einfach zu bedienen.

Die benötigten Materialmengen sind gering und kostensparend.

Nicht nur für Futtermittelhersteller, sondern auch für Institute und Forschungsanstalten bietet eine komplette Laboranlage die Basis für Forschung und Entwicklung im Kleinmaßstab.