Für die Herstellung im kontinuierlichen Verfahren kommen entlang des gesamten Produktionsprozesses Schüttguthandling-Technologien von Coperion und Coperion K-Tron sowie hocheffiziente Coperion Food Extruder zum Einsatz: Volumetrische und gravimetrische Schneckendosierer, Dosierwaagen für Flüssigkeiten sowie Dosierbandwaagen wägen und dosieren die Zutaten hochgenau direkt in den Extrusionsprozess. Auch die Portionierung der Endprodukte für die Verpackungslinie wird von solchen Dosierern ausgeführt. Für die Übergabe trockener Materialien, wie etwa Körner, Vormischungen, Vitamine und auch Probiotika, kommen pneumatische Fördersysteme und Komponenten (Zellenradschleusen, Schieber, Drehklappen etc.) zum Einsatz. Mit dem ZSK Doppelschneckenextruder von Coperion wird ein sehr hoher Durchsatz und damit eine hohe Effizienz in der Tiernahrungsherstellung erreicht.
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Herstellung von Trockenfutter & Leckerlis für Tiere
Bei der Herstellung von hochwertiger trockener Tiernahrung und Leckerlis für Haustiere stehen aktuell Herstellungsverfahren im Mittelpunkt des Interesses, die kosteneffizient, zeitsparend und zugleich hygienegerecht sind. Die Technologien von Coperion und Coperion K-Tron bieten hierfür effiziente Lösungen für alle Herstellungsschritte.
Rohstoffanlieferung über pneumatische Fördersysteme
Wichtige Zutaten wie Getreide und Mehl treffen im Werk in unterschiedlichen Gebinden ein, z.B. in Eisenbahnwaggons, Lastwagen oder in Schüttgutsäcken. Diese Hauptzutaten werden in der Regel in speziellen Silos gelagert und entsprechend der Rezeptur zu den spezifischen Chargenwiegestationen gefördert. SPS-Systeme mit Rezeptursteuerung für mehrere Zutaten können problemlos in dieses Transfersystem integriert werden, um eine maximale Flexibilität des Systems zu ermöglichen.
Beim Entladen und Weitertransport dieser Inhaltsstoffe werden verschiedene Arten von Fördersystemen eingesetzt. Welche Transportart eingesetzt wird, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, z.B. den Materialeigenschaften, der Förderstrecke, der erforderlichen Förderrate (Durchsatz pro Stunde) und der Art des Behälters, in dem die jeweilige Zutat geliefert wurde.
Hauptkomponenten wie Mehl und Getreide beispielsweise werden oft in Lastwagen oder Eisenbahnwaggons angeliefert und anschließend in Silos zwischengelagert. Lastwagen oder Eisenbahnwaggons mit internem Differenzdrucksystem verwenden Überdruck zum Entladen des Materials. Ein pneumatisches Druck- oder Vakuum-Fördersystem ist eine weitere Art der Zuführung der Materialien zum Dosierer und in den Gesamtprozess.
Dünnstromförderung: Unter- oder Überdruck?
Abhängig von der Menge können Inhaltsstoffe auch in Kisten, Säcken, Schüttgutsäcken oder Big-Bags angeliefert werden. Für den Transport dieser Zutaten können in allen Prozessschritten pneumatische Fördersysteme eingesetzt werden, wobei entweder die Dünnstromförderung auf Basis von Über- oder Unterdruck (Vakuum) oder eine Kombination aus Vakuum- und Druckförderung verwendet wird.
Überdruckfördersysteme werden in der Regel verwendet, wenn Schüttgüter über lange Strecken und mit hohen Durchsatzraten transportiert werden sollen. Anwendungen, bei denen eine Überdruckförderung zum Einsatz kommt, umfassen häufig das Be- und Entladen großvolumiger Behälter, wie z. B. Silos, Zyklone, Eisenbahnwaggons, Lastwagen und Schüttgutsäcke.
Vakuumsysteme werden dagegen häufig für kleinere Mengen und kürzere Strecken verwendet. Einer der Vorteile von Vakuumsystemen besteht darin, dass das Vakuumgebläse eine nach innen gerichtete Ansaugung erzeugt, durch die das Austreten von Staub deutlich reduziert wird. Dies ist einer der Gründe, warum Vakuumsysteme häufig in Anwendungen eingesetzt werden, die einen Explosionsschutz nach z.B. Atex erfordern. Ein weiterer Vorteil von Vakuumsystemen ist ihr einfacher Aufbau, der mehrere Aufnahmestellen ermöglicht. Es ist jedoch anzumerken, dass die mit einem Vakuumsystem möglichen Förderstrecken und Durchsätze begrenzt sind, da Unterdruck nicht beliebig erzeugt werden kann.
Bei beiden Arten von Fördersystemen für die Tierfutter-Produktion kommen Zellenradschleusen zum Einsatz. Diese Zellenradschleusen können als Durchblassysteme oder als Austragsschleusen am Boden von Silos oder Auffangbehältern installiert werden.
Sieb und Sichtvorgänge
Beim Transport von Rohstoffen werden häufig Inline- oder Offline-Siebmaschinen zur Entfernung von Fremdkörpern eingesetzt, bevor das Schüttgut in die Förderleitung gelangt. Für eine zusätzliche Sortierung nach Korngröße der pulverförmigen Zutaten können Siebmaschinen auch direkt in die Förderstrecke integriert werden. Dieses Siebverfahren wird zudem häufig am Ende des Herstellungsprozesses für die ordnungsgemäße Skalierung/Größensortierung des fertigen Erzeugnisses vor der Verpackung verwendet. Für zuverlässige Produktqualität und Sicherheit sind Sicht- und Siebmaschinen ein integraler Bestandteil des allgemeinen Schüttgut-Handlingsystems und lassen sich leicht in das Gesamtsystem integrieren.
Chargierung und Mischung von Futtermehl
Bei der Herstellung von Tierfutter-Mehlmischungen gibt es zwei verschiedene Verfahren. In einem kontinuierlichen Verfahren werden verschiedene Komponenten wie Fleisch- und Getreidemehl, Vitamine, Mineralien und andere Zutaten einem kontinuierlichen Mischer zugeführt. Dieser Ansatz wird häufig mit Dosierbandwaagen realisiert, sofern die Anzahl der Zutaten begrenzt ist.
Bei Chargenanwendungen ist der Einsatz eines GIW-Chargensystems (Gain-in-Weight) für dieselben trockenen Zutaten eine wirtschaftlichere Option. Dabei werden volumetrische Dosierer für die Dosierung der Zutaten und ein separater Trichter auf Lastzellen für die GIW-Verifizierung verwendet. Für eine noch genauere Zugabe der Rohstoffe in den Mischer kann hingegen auch ein LIW-Chargensystem (Loss-in-Weight) eingesetzt werden. In diesem Fall wird eine Gruppe von hochpräzisen Differentialdosierern entweder rund um den Einlauf des Chargenmischers oder direkt an einer Förderleitung, die ebenfalls direkt zum Mischer führt, angeordnet.
Je nach den Materialeigenschaften und Anforderungen an die Dosierleistung werden alle Zutaten entweder wie oben beschrieben in eine Förderleitung dosiert oder über gravimetrische Dosierbandwaagen oder Schneckendosierer direkt in den Mischer geleitet. Jeder Dosierer ist mit einer Nachfüllvorrichtung ausgestattet, z. B. mit pneumatischen Abscheidern oder einfachen Nachfülltrichtern mit Füllstandsanzeige.
Die Mischung, die den Mischer verlässt, wird oft als „Mischmehl“ bezeichnet. Dieses wird dann via einem weiteren Dosierer und gleichzeitig mit dem Pigment direkt in den Extruder dosiert.
Dosierung und Proportionierung über Schneckendosierer
Das Mischmehl kann dem Extruder entweder über volumetrische oder gravimetrische Dosierer zugeführt werden. Volumetrische Dosierer werden in der Regel nur für Mehl verwendet, das „vorkonditioniert“ oder optimal für die Schneckendosierung geeignet ist, ohne dass es zu Brückenbildung oder Ansammlungen kommen kann. Die Zugabe von anderen proportionierten Zutaten wie Wasser, Dampf, tierischem Fett und Melasse kann jedoch die Fließeigenschaften der Mischung erheblich verändern. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass beim Einsatz des Coperion ZSK-Extruders die Verwendung eines Vorkonditionierers vor dem Extrusionsschritt nicht unbedingt erforderlich ist. Dies wird durch Direktdampf-Injektion erreicht, die das Material schnell auf die richtige Betriebstemperatur bringt, ohne dass ein zusätzliches Gerät erforderlich ist.
Die Steuerung der Zufuhr (nach Rezeptur) der trockenen Vormischung zum Extruder ist für eine genaue Kontrolle der Zutaten und des Feuchtigkeitsgehalts von größter Bedeutung. Wenn diese wichtigen Prozessparameter nicht kontrolliert werden, kann es zu einer fehlerhaften Extrusion kommen, die für Hersteller erhebliche Kosten durch Produktverluste verursacht. Um eine passende Genauigkeit bei der Trockendosierung (± 1 % der maximalen Fördermenge) zu erreichen, ist ein hochpräzises gravimetrisches Dosiersystem unerlässlich. Volumetrische Dosiersysteme können aufgrund von Faktoren wie zum Beispiel wechselndem Schüttgewicht oder dem Fließverhalten der Vormischung zu den Schnecken und der Empfindlichkeit gegenüber dem Füllstand des Trichters häufig um bis zu ± 6 % schwanken.
Sobald ein System für die Dosierung der Trockenvormischung festgelegt ist, können die weiteren Zutaten (trockene oder flüssige Zusatzstoffe) durch eine entsprechende Koordinierung mit dem Trockenfuttersystem gesteuert werden.
Extrusion von Pet Treats
Der Coperion Doppelschneckenextruder eignet sich bekanntermaßen für das HTST-Verfahren (High Temperature Short Time) zur Herstellung von Pet Treats für Haustiere. In Abhängigkeit von der Prozesskomplexität und der Anzahl an Dosierern, die für die Rohmaterialien benötigt werden, kann die Prozesslänge zwischen 36 L/D und 48 L/D variieren (L = Schneckenlänge, D = Schneckendurchmesser). Jedes Gehäuse hat eine Länge von etwa 4 D. Das bedeutet, dass 9 bis 12 Gehäuse für ein geeignetes Verfahren benötigt werden.
Das Verfahrensteil des Extruders mit Gehäusen und Schnecken ist modular aufgebaut, um eine kundenspezifische Konfiguration gemäß den Prozessanforderungen zu ermöglichen. Alle verwendeten Materialien, die in unmittelbarem Kontakt mit dem Produkt sind, entsprechen Lebensmittelstandards und sind abrieb- und korrosionsgeschützt.
Die Coperion ZSK Mv PLUS Doppelschneckenextruder mit einem Da/Di (Außendurchmesser zu Innendurchmesser) von 1,8 bieten ein großes freies Volumen. Damit sind sehr hohe Durchsätze möglich.
Die Verarbeitung von Pet Treats umfasst bei einem Coperion System die folgenden typischen Verfahrensschritte:
• Zunächst wird die Vormischung aus festen Bestandteilen (hauptsächlich auf der Basis von Proteinen und Kohlenhydraten) über Coperion K-Tron Differentialdosierer in einen Trichter gefördert, der über einem Gehäuse mit Zugabeöffnung des ZSK-Extruders angebracht ist. Normalerweise haben diese Rohmaterialien eine Schüttdichte zwischen 0,2 und 0,7 kg/dm3, wodurch ihre Zudosierung erschwert wird.
Der Durchsatz des Extruders wird durch die Dosierleistung der festen und flüssigen Rohmaterialien festgelegt. Eine gleichbleibend zuverlässige Dosierausrüstung ist Voraussetzung für einen konstanten Materialfluss. Gravimetrische Differentialdosierwaagen entsprechen dem neuesten Stand der Technik und sind in den meisten Fällen optimal für einen kontinuierlichen Extrusionsprozess.
• Nachdem die Vormischung in das Verfahrensteil des ZSK-Extruders dosiert wurde, erfolgt die Zugabe einer oder mehrerer Flüssigkeiten. Meist werden Wasser, Glycerin und optional Frischfleischslurries zudosiert, um eine angemessene Feuchte für die Verarbeitung sowie eine geeignete Textur und einen adäquaten Geschmack des Endprodukts zu erzielen.
• Nachdem alle Materialien in den Extruder dosiert wurden, müssen sie homogen gemischt werden. Dies erfolgt in einer oder mehreren Mischzonen, die aus Kombinationen verschiedener Knetblocktypen bestehen. In Abhängigkeit von den Rohmaterialien können auch spezielle Mischelemente zu einem optimalen Ergebnis führen. Während des Mischprozesses wird das Produkt geschert, wodurch zusätzlich mechanische Energie zugeführt wird. Eine Dampfinjektion trägt dazu bei, die Temperatur zu erhöhen und das Kochverfahren zu beschleunigen.
• Im nächsten Schritt wird die Mischung innerhalb einer scherintensiven Kochzone gekocht. Kombinationen aus Schneckenelementen, die einen hohen mechanischen Energieeintrag erzeugen, kommen zum Einsatz. Durch die Erhöhung von Druck, Scherung und Temperatur wird das Protein denaturiert und die Stärke verkleistert. Die heiße fließfähige Masse wird anschließend über eine Entgasungsvorrichtung an der ZS-EG-Seite entgast, wodurch eine Verringerung der Feuchte und eine Senkung der Temperatur erreicht wird.
• Nach einer Gesamtverweilzeit von wenigen Sekunden bis hin zu einigen Minuten (in Abhängigkeit von der Länge des Verfahrensteils, der Schneckendrehzahl, der Schneckenkonfiguration und dem Durchsatz) wird die Masse durch die Öffnungen der Lochplatte gedrückt. In einem letzten Schritt werden die Produktstränge zu einem Strangschneidsystem transportiert, wo sie in Riegel/Sticks geschnitten werden.
Geschmacksverbesserung/Partikelmischung während der Beschichtung
Das gekochte und „gebackene“ Tiernahrungsprodukt ist an sich eher unschmackhaft. In der Regel werden dem Produkt nach dem Trocknen und vor dem Verpacken verschiedene tierische Fette und Aromen gravimetrisch beigemischt. Aufgrund der höheren Kosten dieser Zutaten und der Notwendigkeit einer umfassenden Qualitätskontrolle ist der Einsatz von Bandwaagen, Differentialdosierwaagen und PID-Pumpensteuerungssystemen von Coperion K‑Tron von großer Bedeutung. Die Wiederholbarkeit und Stabilität der Dosiergenauigkeit von Coperion K-Tron durch den Einsatz der patentierten SFT-Lastzellen sind entscheidend für die Kontrolle der Kosten und Qualität.
Nachdem das getrocknete Produkt gewogen wurde, wird es häufig mit Flüssigkeiten besprüht, bevor es zur Verpackungslinie gelangt. Die Zugabe dieser Flüssigkeiten kann auf zwei Arten erfolgen. Für einen wirtschaftlicheren Ansatz kann ein Steuerungssystem von Coperion K-Tron mit einem Durchflussmesser integriert werden. Die Fördermenge der Flüssigkeitspumpe wird durch eine PID-Funktion gesteuert, um die Flüssigkeitszugabe im gravimetrischen Verhältnis sicherzustellen.
Als Alternative und in Fällen, in denen eine noch genauere Kontrolle der Flüssigkeitszugabe erforderlich ist, wird ein Differentialdosierer für Flüssigkeiten in Kombination mit einer Druckpumpe zur Dosierung der auf das Produkt gesprühten Flüssigkeiten verwendet.
Verpackung
Nach dem Beschichten und Trocknen des fertigen Erzeugnisses wird es häufig über eine Dichtstromüberdruckförderung zur Verpackungslinie gefördert. Die Dichtstromförderung ermöglicht einen wesentlich schonenderen Transfer des fertigen Erzeugnisses und minimiert Beschädigungen oder Abrieb, die bei anderen automatischen Transfermethoden wie Dünnstromförderung mit pneumatischem Transfer oder mechanischem Transfer über Förderschnecken auftreten können.
Es ist anzumerken, dass als Alternative zu Bandförderern auch hochpräzise Differential-Vibrationsdosierer eingesetzt werden können, um das Futter oder das fertige Produkt präzise zu den Verpackungs- oder Beschichtungslinien zu dosieren.
Im Falle einer Mischung aus verschiedenen Produkten, z.B. mehrere Farben und/oder Formen, wird jede Sorte des getrockneten und gesprühten Produkts zu einer eigenen Dosierbandwaage geführt, wo es dosiert und auf eine horizontale Förderstrecke und anschließend weiter zur Verpackungsmaschine geleitet wird. Der Anteil der einzelnen Komponenten wird über die Rezeptursteuerung kontrolliert.