Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zerkleinern des Zuckerrohrs, um das Abfließen und die Trennung des Zuckersaftes vom Rohr oder ausgepresstem Zuckerrohr (Bagasse) zu verbessern.

Die Entfernung des Zuckersaftes aus Zuckerrohr erfolgt durch Zerkleinern des Rohrs zwischen Zerkleinerungswalzen. Das zunächst in kurze, ca. 20–50 cm lange Stücke gehackte oder zu kleinen Schnitzeln verarbeitete Rohr wird dann in einer Reihe vom beabstandeten Mühlen zerquetscht.

Bei einer bekannten Art von Mühle handelt es sich um ein Dreiwalzwerk aus zwei unteren, nebeneinander stehenden Rollen bzw. Walzen und einer oberen Walze, die so angeordnet sind, dass die Mittelpunkte der Walzwellen ein Dreieck bilden. Bei dieser Anordnung tritt Zuckerrohrmasse oder Bagasse in der Regel horizontal oder unter einer leichten Neigung zwischen den Walzen hindurch und der Saft wird während des Zerkleinerungsvorganges extrahiert.

Bei einer anderen bekannten Mühle findet ein Paar übereinander angeordneter Gegenlaufwalzen Einsatz, so dass sich das Zuckerrohr horizontal zwischen den Walzen hindurch bewegen kann.

Zuweilen weist die Mühle eine oder mehrere Zusatzwalzen auf, die den primären bzw. Hauptzerkleinerungswalzen vorgelagert sind. Die Zusatzwalzen dienen dazu, eine Masse aus komprimiertem Zuckerrohr oder Bagasse zu den Hauptzerkleinerungswalzen hinzuschieben, wobei sie gewöhnlich auch ein wenig Saft aus dem Rohr bzw. der Bagasse herausquetschen. Dies ist jedoch nicht beabsichtigt, und die Hauptaufgabe dieser Walzen besteht darin, die Zerkleinerungswalzen mit Rohr bzw. Bagasse zu beschicken.

Bei der Zerkleinerung des Zuckerrohrs in der Fabrik durchläuft das Rohr eine Reihe separater Mühlen. Jede Mühle besteht aus der oben erwähnten Anordnung von zwei, drei, vier oder mehr Walzen. Das Zuckerrohr wird für die weitere Zerkleinerung von einer Mühle zur nächsten weitertransportiert.

Allen derzeit herkömmlichen Mühlen ist gemein, dass die untere Walze für das Ableiten eines Großteils des Zuckersaftes aus der Bruchmasse dient. Dies ist in erster Linie auf die Wirkung der Schwerkraft zurückzuführen, unter der der extrahierte Zuckersaft zu der unteren Walze hinabläuft. Allerdings ist auch die obere Walze eine Zerkleinerungswalze, was folglich zu einer Ansammlung des extrahierten Zuckersaftes auf der sich horizontal fortbewegenden Masse aus Rohr oder Bagasse führt.

Zur Entfernung dieses Saftes befinden sich in der oberen Walze zuweilen Öffnungen, durch die hindurch der Zuckersaft an jeder Seitenfläche der Walze ablaufen kann. Diese Walzen sind als „Lotus"-Walzen bekannt.

Zur Effizienzsteigerung bei der Zerkleinerung des Rohrs bzw. der Bagasse wird bekanntlich sowohl die obere als auch die untere Walze mit Rillen versehen, um so einen siebähnlichen Effekt zu erzielen.

Bekanntlich werden bei den unteren Walzen in der jeweils zweiten oder dritten Rille zusätzliche, bis zu etwa 25 mm tiefe Saftrillen eingekerbt, um das Abfließen des Saftes zu erleichtern. Die Saftrillen ermöglichen somit das Herausfließen des Saftes aus der Bruchmasse.

Der Nachteil dabei ist jedoch, dass der Saft entgegen der Walzenrichtung nach hinten abläuft. Dieser der Bewegung der Walzenoberfläche entgegengesetzte Fluss des Zuckersaftes beeinträchtigt die Effizienz der Entsaftung. Der Reibungswiderstand zwischen Walzenoberfläche und Saft verzögert den Saftfluss. Der Verzögerungseffekt steigt bei zunehmender Geschwindigkeit der Walzenoberfläche. Die möglichen Vorteile von Saftrillen werden daher aufgrund des verzögerten Flusses restringiert und eventuell vollständig aufgehoben, sobald die Oberflächengeschwindigkeit so weit angestiegen ist, dass der Saft nicht länger entgegen, sondern mit der Walze nach vorne fließt.

Dieser Effekt schränkt auch die Kapazität der Mühle schwerwiegend ein, die ja direkt abhängig ist von Walzenlänge, Walzendurchmesser sowie Walzengeschwindigkeit.

Die Erhöhung der Walzengeschwindigkeit bei herkömmlichen Mühlen auf über etwa 300 mm pro Sekunde kann zu einem drastischen Abfall der Extraktionseffizienz führen.

Es wurde auch versucht, zur Entfernung von Bagasse den Walzen tief in die Rillen eingreifende Schaber vorzulagern, doch wird infolgedessen der Saft unweigerlich von der Bagasse erneut absorbiert, was wiederum zu einer Abnahme der Extraktionseffizienz führt.

Während des Weitertransports des Zuckerrohrs von einer Mühle zur nächsten dehnt sich die Rohrmasse oftmals nach Austreten aus der einen Mühle aus, bevor es dann in der nächsten Mühle komprimiert und zerquetscht wird.

Um die Effizienz der Zuckersaftextraktion in der nächsten Mühle zu steigern, wird die Zuckerrohrmasse während des Ausdehnens bekanntlich mit Wasser oder verdünntem Saft versetzt. Dieser Prozess ist als „Imbibition" bekannt.

Der Nachteil, bei einem Zweiwalzwerk in dieser Phase Wasser oder verdünnten Saft zuzusetzen, liegt darin, dass die Zuckerrohrmasse ebenfalls in einem halbkomprimierten Zustand sein muss. Daher sind zwischen den einzelnen Zerkleinerungsstufen Verdichtungsrinnen positioniert, die die Zuckerrohrmasse oder Bagasse aufgrund der für den Weitertransport der Bagasse zur nächsten Stufe, in der sie dann horizontal weitertransportiert wird, erforderlichen Antriebskraft weiterhin in halbkomprimierter Form halten.

Allerdings dehnt sich die Bagasse aufgrund dessen, dass sie in halbkomprimiertem Zustand gehalten wird, nicht vollständig aus, was die erfolgreiche Imbibition beeinträchtigt.

Bei Zusatz der Imbibitionsflüssigkeit zu der halbkomprimierten Bagasse ergibt es sich nicht nur, dass die in nicht halbkomprimiertem Zustand größtmögliche Flüssigkeitsaufnahme nicht erreicht wird, sondern dass die Imbibitionsflüssigkeit aufgrund der horizontalen oder leicht geneigten Förderrichtung oben auf die Bagasse aufgesprüht oder aufgetragen wird und die Masse nur schwer durchdringt. Das Aufsprühen oder Auftragen der Flüssigkeit kann im Allgemeinen nicht an der Unterseite der Bagasse erfolgen, da die Schwerkraft bewirkt, dass die aufgesprühte oder aufgetragene Flüssigkeit nicht absorbiert wird, sondern einfach abfließt.

Weitherhin weisen bestehende Mühlen den Nachteil auf, dass sich der entgegen der nach unten gerichteten Bewegung des Zuckerrohrs nach oben gerichtete Fluss des Zuckersaftes beeinträchtigend auswirkt. Bei den herkömmlichen Dreiwalzwerken bzw. bei aus übereinander angeordneten Walzen bestehenden Zweiwalzwerken beispielsweise bewegt sich das Zuckerrohr bzw. die Bagasse im Allgemeinen entlang einer horizontalen Bahn fort, die allerdings in bestimmten Bereichen auch leicht geneigt verlaufen kann. Es stellt sich nunmehr heraus, dass der Zuckersaft bei der hohen Druckbeaufschlagung auf das Zuckerrohr zwischen den Zerkleinerungswalzen nach oben an die Oberfläche der Walzen fließt und folglich nicht effizient von dem Rohr abgetrennt werden kann. Dadurch werden die Walzen glatt und können die Bagasse nicht mehr so gut einziehen. Dieser Effekt ergibt sich aus der im Wesentlichen horizontalen Bewegung des Zuckerrohrs oder der Bagasse durch die Mühle.

Ein weiterer Nachteil bei gegenwärtigen Mühlenanordnungen besteht darin, dass bei mechanischem Defekt eines Walzenpaares der Betrieb der gesamten Linie eingestellt werden muss, da die fehlerhafte Stufe nicht umgangen werden kann.

Ein weiterer Nachteil bei bestehenden Mühlenanordnungen ist die ziemlich kleine Eintragszone, d. h. der Querschnittsbereich, wo die Walzen die Bagasse einzuziehen beginnen, am Zufuhrende eines Walzenpaares. Eine möglichst große Eintragszone, über die hinweg sich Zuckerrohr bzw. Bagasse in die Walzen vorschiebt, ist wünschenswert. Eintragswalzen vergrößern bekanntlich den Querschnittsbereich der Eintragszone, erhöhen jedoch auch die Gerätekosten erheblich.

Ein weiterer Nachteil bei herkömmlichen Mühlen ist deren hoher Energieverbrauch aufgrund der großen Anzahl an für ein akzeptables Saftextraktionsniveau erforderlichen Walzen.

Großes Augenmerk wurde auch auf Design und Herstellung der für das Zerkleinern des Zuckerrohrs eingesetzten Zerkleinerungswalze gelegt.

Zerkleinerungswalzen sind in der Zuckerrohrindustrie bestens bekannt und finden in Zuckerrohrzerkleinerungsmühlen weitverbreiteten Einsatz für die der Klärung, Verdampfung und Kristallisation des Zuckers aus dem Saft vorgeschalteten Extraktion von Zuckerrohrsaft.

Umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind der Effizienzsteigerung der Zuckersaftextraktion gewidmet worden. Das Maß für die Effizienz sind die für den Betrieb der Zerkleinerungswalzen benötigte Energie, der Durchsatz von Zuckerrohr und die Effizienz bei der Zuckersaftextraktion aus dem Rohr.

Bekanntlich kann die Extraktionseffizienz durch Rillen im Zerkleinerungswalzenumfangsbereich und durch dahinter angeordnete Saftaustragskanäle verbessert werden. Beispiele derartiger Walzen finden sich in der Patentliteratur bzw. veranschaulichen die folgenden Patentschriften die gegenwärtigen Walzen: australische Patentanmeldungen 74789/81, 89046/82, 34686/84, 10919/88; US-PSen 3,536,002, 4,077,316, 4,220,288, 4,378,253, 4,168,660, 4,420,863, 4,804,418; die britische Patentanmeldung 2,025,260; französische Patentschriften 2,251,622, 2,569,608; deutsche Patentschriften 2,716,666, 2,657,232, 3,427,418.

Die Saftkanäle erstrecken sich in Längsrichtung im Inneren der Walze, unmittelbar unter der Umfangs- bzw. Zerkleinerungsfläche der Walze. Bei den Saftkanälen handelt es sich für gewöhnlich um in der Walze ausgebildete Röhren kleineren Durchmessers. Diese Röhren stehen in Fließverbindung mit der Walzenoberfläche, wie in der Technik bekannt, und die Aufgabe der Saftkanäle besteht in der verbesserten Trennung der Flüssigkeit von dem zu zerkleinernden Material. Die Saftkanäle stehen untereinander nicht in Verbindung, sondern verlaufen in ziemlich großer Anzahl getrennt in paralleler Richtung entlang der gesamten Walzenrundung.

Die Saftkanäle selbst sind mit einem Auslass verbunden, so dass der Saft durch den Kanal in den Auslass fließen kann, von wo er für die Weiterverarbeitung abgeleitet wird. Der Auslass kann gewünschtenfalls ein Ventil aufweisen. Auslässe können an beiden oder aber auch nur an einer Seitenfläche der Walze vorgesehen werden. Die Auslässe stehen mit der Seitenfläche der Walze sowohl in Schiebe- als auch Dichtungseingriff, so dass während der Drehbewegung der Walze aus den einzelnen Saftkanälen nacheinander der Saft an dem Auslass abfließen kann. Der Auslass kann sich zwar ganz um die Walze herum erstrecken, erstreckt sich gewöhnlich aber nur über einen Abschnitt der Walzenseitenfläche, und zwar jenen, wo der Saft in die Saftkanäle hineinfließt.

Bekanntlich führt eine Vergrößerung des Walzendurchmessers zu einer Verbesserung der Zerkleinerungseffizienz. Design und Geometrie herkömmlicher Walzwerke mit 3, 4, 5 oder 6 Walzen erlauben jedoch keinen Walzendurchmesser, der mehr als etwa die halbe Walzenlänge ausmacht. Dieses Verhältnis von Durchmesser zu Länge hat sich als sinnvoller Kompromiss zwischen Kapazität, Extraktionseffizienz und Walzengewicht erwiesen.

Nach herkömmlicher Denkweise und Lehre wird eine Effizienzsteigerung der Walze durch Veränderung der Form der Umfangs-Rillen, durch Ausstattung der Walze mit Austragskanälen, durch Anlegen von Gegendruck an die Walze und durch die Verengung des Walzenspaltes erzielt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zerkleinern von Zuckerrohr zwecks Saftextraktion, die die zuvor genannten Nachteile nicht länger aufweisen oder der breiten Öffentlichkeit eine nützliche bzw. kommerziell nutzbare Alternative bieten mögen.

Bei einer Form besteht die Erfindung in einer Vorrichtug zum Extrahieren von Saft aus Zuckerrohr, wobei die Vorrichtung ein Paar Gegendrehrollen mit einem Zerkleinerungsbereich zwischen den Rollen aufweist, in welchem das Rohr zerquetscht wird, mindestes einer der Rollen einen Umfangs-Saftkanal aufweist, der um die Rolle verläuft und in welchen Zuckersaft fließen kann, wobei der Kanal so ausgelegt ist, dass er im Betrieb in einem oberen Abschnitt des Kanals zum Halten des Saftes einen Verschlusspfropfen aus ausgepresstem Zuckerrohr mit einem offengelassenen unteren Abschnitt des Kanals, eine Einrichtung zum Entfernen des Pfropfens aus ausgepresstem Zuckerrohr bildet, um den Pfropfen aus ausgepresstem Zuckerrohr zu entfernen, nachdem sich das ausgepresste Zuckerrohr durch den Zerkleinerungsbereich bewegt hat, um dem Saft zu ermöglichen, an einer Stelle von dem Kanal abzufließen, wo der Saft mit der zerquetschten Rohrmasse nicht in Berührung kommt.

In einer anderen Form besteht die Erfindung in einer Mühle mit einer Vielzahl von beabstandeten Gegendrehrollenpaaren, zwischen welchen das Zuckerrohr hindurchtritt und zerquetscht wird, die Rollen so angeordnet sind, dass das Rohr zwischen den Rollen in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung hindurchtritt, mindestens einige der Rollenpaare einen Umfangs-Saftkanal aufweisen, welcher um die Rolle verläuft und in welchen Zuckersaft fließen kann, wobei der Kanal so ausgelegt ist, dass er in einem oberen Abschnitt des Kanals einen Verschlusspfropfen aus ausgepresstem Zuckerrohr mit einem offengelassenen unteren Abschnitt des Kanals zum Halten des Saftes, eine Einrichtung zum Entfernen des Pfropfens aus ausgepresstem Zuckerrohr bildet, um den Pfropfen aus ausgepresstem Zuckerrohr zu entfernen und dem Saft zu ermöglichen, an einer Stelle von dem Kanal abzufließen, wo der Saft mit der zerquetschten Rohrmasse nicht in Berührung kommt.

In einer weiteren Form besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Extrahieren von Saft aus Zuckerrohr, welches aufweist: Zerkleinern des Rohrs zwischen einem Paar beabstandeter Gegendrehrollen, Weiterleiten des extrahierten Saftes in einen Saftkanal an mindestens einer der Rollen, Verschließen der Kanalöffnung mit einer Schicht aus in dem Zerkleinerungsbereich der Rollen verdichtetem, ausgepresstem Zuckerrohr, Drehen der Rolle, um den verschlossenen Kanal von dem Zerkleinerungsbereich weg und in einen Saftauffangbereich zu bewegen und das in dem Kanal nach dem Zerquetschen ausgepresste Zuckerrohr zu entfernen, um zu ermöglichen, dass der Kanal entleert wird.

Es hat sich herausgestellt, dass Vorrichtung und Verfahren bei geringerem Energieverbrauch und viel einfacherem Design ein zufriedenstellendes Saftextraktionsniveau bereitstellen.

Die Gegendrehrollen bzw. Gegenlaufwalzen können verschiedene Durchmesser und Längen aufweisen und aus unterschiedlichen Materialien, in der Regel aus Gusseisen, hergestellt werden.

In der Regel stehen die Walzen seitlich nebeneinander, wobei sich die Drehachse horizontal erstreckt, so dass das Zuckerrohr bzw. die Bagasse in wesentlich vertikaler Richtung zwischen den Walzen hindurchtritt.

Generell sind die Walzen voneinander beabstandet, so dass die Walzenoberflächen der gegenläufigen Walzen Zuckerrohr bzw. Bagasse zerquetschen können. Eine der beiden Walzen kann zum einfacheren Zerkleinern Rillen aufweisen.

Zumindestens weist eine, bevorzugt jedoch beide der Walzen Saftkanäle zum Auffangen des beim Zerkleinern von Zuckerrohr bzw. Bagasse zwischen den Walzen austretenden Saftes.

Bevorzugt erstrecken sich die Saftkanäle über die gesamte Walze, so dass der Saft leichter in den Saftkanal hineinfließen und wieder daraus abfließen kann.

Der Saftkanal kann unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Eine Art von Saftkanal kann „flaschenförmig" sein, wobei er am Boden der Rille einen engeren Halsabschnitt aufweist, welcher sich in einen größeren Kanalabschnitt öffnet. Durch diese Verjüngung kann ein Eindringen von Rohr oder Bagasse erschwert oder verhindert werden.

Bei einer weiteren Form kann der Saftkanal im Wesentlichen U-förmig sein und parallele Seitenwände aufweisen, wobei der Kanal eine Tiefe hat, welche größer ist als die Rillen in einer herkömmlichen Rolle. Augenscheinlich gleitet das Zuckerrohr bzw. die Bagasse über den Kanal hinweg oder nur teilweise in ihn hinein, füllt ihn aber nicht zur Gänze aus.

Bei einer weiteren Form kann wenigstens eine der Walzen mit herkömmlichen Rillen versehen sein, in deren Boden mit den innen liegenden Saftkanälen verbundene Öffnungen ausgebildet sind, um den Saft aus dem Zerkleinerungsbereich zwischen den Walzen abzuleiten.

Bei einer weiteren Form umfasst die Erfindung eine Mühlwalze, deren Durchmesser ohne Beeinträchtigung des Gesamtgewichts der Walze erheblich größer sein kann als vormals möglich. Somit ist es möglich, – ohne dabei Gefahr zu laufen, die maximale Traglast zu überschreiten – die Walze mit einem Kran zu entfernen. Mit dem größeren Durchmesser der Walze vergrößert sich auch die Eintragszone, d. h. jener Bereich über dem Einlass, wo das Rohr von den Walzen erfasst und zwischen diese hinein gezogen wird.

Walzen mit größerem Durchmesser können folglich ohne Kapazitätseinbußen eine geringere Länge aufweisen. Die sich aus dem größeren Walzendurchmesser ergebende größere Eintragszone kann ferner zu einer Extraktionssteigerung führen, da im Zerkleinerungsbereich der Walzen höhere Faserdichten erzielt werden können.

Die Mühlwalze kann einen mittigen Nabenteil mit einer ersten Länge, einen sich davon nach außen hin erstreckenden ringförmigen Stegteil mit einer erheblich unter der ersten Länge liegenden Dicke und einen für den Reibungskontakt mit dem Material ausgelegten Umfangsrandteil umfassen.

In der wie oben ausgeführten Konfiguration weist die Mühlwalze im Vergleich zu den herkömmlichen massiven Walzen ein viel geringeres Materialvolumen auf und ist daher auch kostengünstiger herzustellen.

Durch die erhebliche Verringerung des Walzengewichts kann die Walze nunmehr einen im Vergleich zu bisherigen Möglichkeiten viel größeren Durchmesser und/oder eine viel größere Länge aufweisen, ohne die durch die Traglast des Krans definierte Gewichtsgrenze zu überschreiten. Damit kann wiederum eine wesentliche Erhöhung der Zerkleinerungskapazität und Saftextraktion herbeigeführt werden.

Durch die Nabe der Walze kann sich ein mittiges Bohrloch erstrecken, was die Montage der Walze auf einer Welle ermöglicht. Dabei kann die Welle ein mehr oder weniger herkömmliches Design aufweisen und eine Stahlwelle umfassen, wie sie gewöhnlich für die Montage bekannter Mühlwalzen eingesetzt wird.

Die Walze selbst kann aus einem beliebigen zweckmäßigen Material geformt sein. In der Regel werden Mühlwalzen aus einer speziellen Sorte Gusseisen hergestellt, das sich bei der Zerkleinerung von Zuckerrohr als effektiv erwiesen hat, weshalb die Walze aus einem ähnlichen Material geformt sein kann. Stahl, andere Metalle oder Legierungen kommen hier als Möglichkeiten in Betracht. Die Umfangsoberfläche der Walze kann mit Rillen versehen sein, die den im Bereich der Rohrzerkleinerung bereits bekannten und Einsatz findenden Rillen ähneln. Sie können oberflächengehärtet sein oder mittels eines beliebigen der hinreichend bekannten Beschichtungs- oder Abscheidungsverfahren mit abnutzungsbeständigen Materialien ausgerüstet werden.

Die Außenfläche der Walze kann mit Öffnungen versehen sein, durch die der extrahierte Zuckersaft in die Saftaustragskanäle im Inneren der Walze laufen kann.

Die Nabe weist eine erste Länge auf, die für die feste Anbringung der Nabe an der Welle ausreicht. Die Länge der Nabe kann allerdings variieren und wird mehr oder weniger durch die gewünschte Länge der Mühlwalze selbst und/oder ihren Durchmesser festgelegt.

Der Umfangsrandteil weist eine Außenfläche auf, die mit dem Zuckerrohr in Reibkontakt steht. Der Randteil kann innenliegende Kanäle zum Ableiten des extrahierten Zuckersaftes aufweisen. Die Länge des Randteils kann, wie dies beim Nabenteil der Fall ist, variieren, um der gewünschten Länge und/oder dem Durchmesser der Mühlwalze Rechnung zu tragen. Bevorzugt sind Randteil und Nabenteil in etwa gleich lang.

Der ringförmige Stegteil erstreckt sich zwischen dem Randteil und dem Nabenteil und dient als Verbindung zwischen den beiden. Bevorzugt ist der Stegteil ungefähr mittig zwischen Nabenteil und Randteil angeordnet, so dass die Walze symmetrisch ist.

Zur Verringerung des Gewichts der Mühlwalze ist die Dicke des Stegteils bedeutend kleiner als die Länge des Nabenteils und beträgt vorzugsweise mindestens die Hälfte oder sogar weniger als die Hälfte der Länge des Nabenteils.

Weiterhin bevorzugt sind Stegteil und Nabenteil ungefähr gleich dick, und der Randteil ist ungefähr gleich dick oder nur geringfügig dünner als der Nabenteil.

Die Entwicklung einer weiteren Form der vorliegenden Erfindung beruht auf der erstaunlichen Entdeckung, dass viele der mit bekannten Mühlen verbundenen Nachteile durch Bereitstellung eines Systems aus aus einem Paar einander gegenüberliegender Walzen bestehenden Mühlen, die übereinander angeordnet sind, so dass sich das Zuckerrohr oder die Bagasse von einem Walzensatz zum nächsten in der Regel vertikal weiterbewegt, ausgemerzt oder zumindest gemildert werden können.

Bei einer anderen Form besteht die Erfindung daher in einer Mühle zum Extrahieren von Flüssigkeit aus einem flüssigkeitshaltigen Material. wie Zuckerrohr, das zwischen den mehreren Paaren einander gegenüberliegender Zerkleinerungswalzen, die die Mühle umfasst, hindurchlaufen kann, wobei diese Paare einander gegenüberliegender Walzen übereinander beabstandet angebracht sind und ein im Allgemeinen vertikales Austragsende aufweisen, so dass das Material sich in der Regel von dem Austragsende des einen Walzenpaares zu dem Zufuhrende eines darunter angeordneten Walzenpaares vertikal fortbewegt.

Bevorzugt ergibt sich aus der Anordnung der Walzen eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung sowohl des Zufuhrendes als auch des Austragsendes.

Es hat sich herausgestellt, dass sich bei einem vertikalen Zufuhrende der Querschnittsbereich, über den hinweg sich das Zuckerrohr oder Bagasse in die Walzen vorschiebt, vergrößert. Aufgrund der größeren Menge an Zuckerrohr oder Bagasse, die aus dem im Vergleich zu bisherigen Möglichkeiten viel größeren Querschnittsbereich (auch als „Eintragszone" bezeichnet) hineingezogen werden kann, lassen sich aus einem einzigen Walzenpaar höhere Komprimierung und verbesserte Saftextraktion erzielen.

Bevorzugt sind die Zerkleinerungswalzen so angeordnet, dass ihre Drehachse entlang einer horizontalen oder nahezu horizontalen Ebene ausgerichtet ist. Gewünschtenfalls kann das oder jedes Paar einander gegenüberliegender Walzen mit Eintragswalzen, langen Rinnen, Plattenbandaufgebern oder anderen bekannten Vorrichtungen, die die Dichte der Bagasse in der Eintragszone zu erhöhen in der Lage sind, verbunden sein.

Ein vertikaler Austrag von den auf horizontaler bzw. nahezu horizontaler Ebene angeordneten Walzen erleichtert die Zufuhr von Bagasse von einem Satz Walzen zum nächsten maßgeblich. In der Regel können vier, fünf oder sechs Zerkleinerungsstufen eingesetzt werden, wobei bei dem als „Imbibition" bekannten Prozess der Bagasse gegenläufig Saft zugesetzt wird.

Bevorzugt erstreckt sich das vertikale Austragsende eines Paares einander gegenüberliegender Walzen vertikal über dem Zufuhrende eines darunter angeordneten Walzenpaares.

Dies läßt sich dadurch erreichen, dass man die Walzenpaare im Wesentlichen vertikal übereinander zu einer turmähnlichen Anordnung anbringt.

Bei dieser Anordnung erübrigen sich Fördermittel, Senkrechtförderer oder Verdichtungzufuhrrinnen. Daher kann die vertikale Anordnung im Vergleich zu einem herkömmlichen System, bei dem die horizontal angeordneten Walzen zwischen den einzelnen Stufen Trägermittel oder Senkrechtförderer aufweisen, mechanisch viel einfacher ausgeführt sein.

Aufgrund der vertikalen Anordnung der Walzenpaare und der fehlenden Notwendigkeit von Verdichtungsrinnen zwischen den einzelnen Stufen kann sich die Bagasse mehr als bisher ausdehnen, was den Imbibitionsprozess viel effektiver macht.

Die vertikale Anordnung birgt den weiteren Vorteil, dass die Imbibitionsflüssigkeit der Bagasse auf beiden Seiten zugesetzt werden kann und auch beidseitig aufgenommen wird. Damit unterscheidet sie sich von der Verdichtungsrinnenanordnung, bei der das Besprühen der Bagasse-Masse mehr oder weniger nur auf deren Oberseite erfolgen kann.

Ein weiterer Vorteil der vertikalen Anordnung liegt darin, dass bei mechanischem Defekt eines beliebigen Walzenpaares dieses einfach außer Betrieb genommen wird und sich die Bagasse-Masse ohne weiteres Zutun unter der Wirkung der Schwerkraft zu dem unter dem defekten Walzensatz befindlichen Walzensatz weiterbewegt. Somit kann der Betrieb der Mühle aufrechterhalten werden, wenngleich mit einem Satz Walzen weniger.

Wie zuvor erwähnt, kann bei einem schwerkraftunterstützten System die aus einem Austragsende eines Walzensatzes austretende Bagasse vollständig dekomprimiert werden, um das Untermischen der Imbibitionsflüssigkeit zu verbessern. Weiterhin können mechanische Rührer und Flüssigkeitsstrahlen Einsatz finden, um die Zerkleinerung von massiven Bagasse-Klumpen in die kleineren Bestandteile zu fördern.

Ein weiterer Vorteil des wie oben beschriebenen Mühlen-„Turm"-Designs ist der im Vergleich zu herkömmlichen Mühlen geringe Standflächenbedarf.

Bei einer Ausführungsform ist ein Paar von nebeneinander horizontal angeordneten Walzen mit radialen und axialen Löchern versehen. Während des Zerkleinerungsvorganges fließt der Saft durch die Löcher und wird gut von der Bagasse getrennt. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Löchern dann auf Höhe des Walzenbodens ein wesentlicher Anteil des Saftes herausläuft.

Bei einer anderen Ausführungsform veränderte man die Walzen dahingehend, dass in jeder Umfangsrille am Boden über die gesamte Länge hinweg ein schmaler Schlitz verlief. Der Schlitz erweiterte sich dann auf ungefähr 12 mm und führte radial nach innen zu der Innenkante der axialen Löcher. Der sich über den gesamten Umfang erstreckende Schlitz stellte im Vergleich zu den einzelnen radialen Schlitzen für den in den Komprimierungsbereich (Zerkleinerungsbereich) einfließenden Saft einen größeren Querschnittsbereich bereit, ebenso für das Abfließen von Saft in Richtung des Walzenbodens.

Der schmale Zugang diente als Hindernis für eindringende Bagasse, der sich aufweitende Abschnitt für das leichtere Entfernen von eingedrungenen Zuckerrohrstücken. Der Rückfluss von Saft in die Bagasse, in die Ausdehnungszone hinter dem Walzenspalt, wurde durch den schmalen Abschnitt des Schlitzes verhindert.

Die obigen Walzen mit den sich über den gesamten Umfang erstreckenden Saftkanälen erbrachten eine außerordentliche Verbesserung der Leistung. Die Menge an nach oben fließendem Saft war sehr gering und der Saft floss großteils nach unten in Richtung des Walzenbodens.

Bei einer weiteren Ausführungsform wurde eine Walze aus herkömmlichem Gusseisenmaterial hergestellt und unter Verwendung herkömmlicher Werkzeuge mit Rillen versehen. Dadurch konnten im Vergleich zu dem für die Bereitstellung von Walzen mit nach innen aufgeweitetem, sich über den gesamten Umfang erstreckendem Saftkanal eingesetzten Verfahren die Herstellungskosten gesenkt werden.

Bei der herkömmlichen Gusseisenwalze war ein Saftkanal als paralleler, ungefähr 5 mm breiter und 50 mm tiefer Schlitz ausgebildet. Wenngleich bei herkömmlichen Walzen mit Zufuhr von unten Saftkanäle bekannt sind, weisen herkömmliche Saftkanäle nicht das oben angeführte Tiefe/Durchmesser-Verhältnis auf, das für das Abfließen des Saftes aus dem Kanal entsprechend gewählt wird.

Man nahm an, dass ein offener Schlitz als Saftkanal hinter dem Zerkleinerungsbereich zu beträchtlicher Rückresorption von Saft aus dem Kanal in die Bagasse, in die Ausdehnungszone führen würde.

Völlig überraschend war jedoch keine oder nur eine sehr geringe Leistungsverringerung zu beobachten. Trotz der Tatsache, dass der Kanal als offener Schlitz ausgebildet war, zeigte sich keine signifikante Rückresorption in die Bagasse. Es sammelte sich nachweislich bei der Walze mit den breiten, parallelen Kanälen in etwa ebenso viel Saft an wie bei der oben beschriebenen Walze mit den schmalen Kanalöffnungen.

Ohne an theoretische Ansätze gebunden sein zu wollen, scheint die in den oberen Teil des Saftkanals hineingerammte Bagasse diesen zu verschließen. Diese Annahme wird durch die Beobachtung untermauert, dass die Bagasse-Masse in der Ausdehnungszone in zwei Teile zerfällt, die jeweils an der gerillten Oberfläche der Walze anhaften. Die Bagasse befand sich in äußerst verdichtetem Zustand und erwies sich bei Permeabilitätsmessungen als weitgehend undurchdringlich, was folglich die Rückresorption von Saft aus dem Kanal verhinderte. Der „Pfropfen" aus undurchdringlicher Bagasse hält somit den Saft in dem sich über den gesamten Umfang erstreckenden Saftkanal bis weit hinter dem Schaber.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist die Steigerung des Saftaustrags, weil der Saft in derselben Richtung fließt wie die Masse aus Zuckerrohr bzw. Bagasse.

Bei herkömmlichen Walzen bewirkt eine Erhöhung der Walzengeschwindigkeit einen drastischen Abfall der Extraktionseffizienz. Mit derartigen Einschränkungen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht behaftet, bei der die Walzen im Wesentlichen horizontal angeordnet werden können und dadurch der Saft zu gleichen Teilen über die beiden Walzen und auch in Richtung der Walzenbewegung in Kanälen abfließen kann.

In Tabelle 1 ist die Saftextraktion bei einer herkömmlichen Mühle und bei den Walzen nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform als Prozentanteil im Hinblick auf die Walzengeschwindigkeit aufgeführt.

Bei der obigen Tabelle zerkleinerten die Mühlen jeweils fein vorverarbeitetes Zuckerrohr. Das Komprimierungsverhältnis betrug bei der herkömmlichen Mühle 3,5 und bei der erfindungsgemäßen Mühle 3,1. Die Güte der Saftextraktion nimmt mit höherem Komprimierungsverhältnis zu. Die Ergebnisse zeigen deutlich die Vorteile des erhöhten Saftaustrags bei der vorliegenden Erfindung. Nicht nur ist die Saftextraktion bei geringerem Komprimierungsverhältnis zusehends besser, auch die nachteilige Auswirkung der höheren Geschwindigkeit ist viel geringer ausgeprägt.

Die Möglichkeit bei höheren Geschwindigkeiten zu arbeiten stellt ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung dar, da Kapazität und Walzengeschwindigkeit direkt zueinander in Beziehung stehen. Ebenso auch Kapazität und Walzenlänge bzw. -durchmesser. Bei der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass zwei Walzen mit annähernd standardmäßiger Geometrie in etwa die gleiche Kapazität aufweisen wie ein herkömmliches Fünf- oder Sechswalzwerk, wenn die beiden Walzen bei etwa doppelt so hoher Geschwindigkeit wie die herkömmlichen Walzen betrieben werden. Durch die Reduzierung auf zwei Walzen wird eine wesentliche Einsparung an Herstell- und Installationskosten erzielt.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Saft im Gegensatz zu herkömmlichen Zerkleinerern, bei denen der Saft hauptsächlich nur von der unteren Walze abfließt, zu gleichen Teilen über die beiden Walzen abfließen kann.

Weiterhin wurde die den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung darstellende Mühle mit bekannten gewerblichen Geräten verglichen; die Ergebnisse dazu sind in Tabelle 2 aufgeführt. Von einer Zuckerfabrik wurde vorbearbeitetes Rohr beschafft und gleichzeitig eine Probe von aus der ersten Mühle der Fabrik ausgetragener Bagasse genommen. Bei dieser Mühle handelte es sich um einen herkömmlichen Zerkleinerer mit sechs Walzen. Das vorbearbeitete Rohr und die Bagasse, sowohl aus der gewerblichen Mühle als auch der den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung darstellenden Mühle, wurden analysiert und die Extraktion basierend auf Pol über den selben Komprimierungsverhältnisbereich hinweg verglichen. Die Pol-Extraktion bei einer beliebigen ersten Mühle liegt ein wenig höher als die Saftextraktion (die Grundlage für den vorhergehenden Vergleich zwischen zwei Testeinheiten). Pol ist ein Maß für den Saccharosegehalt.

Die erfindungsgemäße Mühle, die aus einem Paar horizontal einander gegenüberliegender Walzen besteht, zeigt einen deutlichen Vorteil bei der Extraktionsleistung innerhalb desselben Komprimierungsbereichs. Bei der vorliegenden Erfindung werden durch das Abfließen des Saftes von der Basis der Walzen die mit dem Eindringen des Saftes in die die Walzen drehbar stützenden Lager verbundenen Probleme, die sich häufig bei herkömmlichen Mühlen stellen, vermieden. Dies ist auch der Reinhaltung der Mühle zuträglich.

Der Energieverbrauch der erfindungsgemäßen Mühle liegt ferner wesentlich unter der von herkömmlichen Sechs-, Fünf-, Vier- und Dreiwalzwerken zum Zerkleinern pro Tonne Rohr benötigten Energiemenge. Fünf- und Sechswalzwerke weisen zwei Verdichtungszufuhrplatten und eine Wendestange auf, die aufgrund des Reibungswiderstandes Energie verbrauchen. Die Verdichtungszufuhrplatten und die Wendestange sind auch mit Schabern zur Beseitigung von in den gewinkelten Rillen der Walzenoberfläche festgesetzter Bagasse ausgestattet. Im Grunde genommen benötigen alle Walzen Schaber, so dass für jede zusätzliche Walze wegen des zusätzlichen Schabers zusätzlicher Energieverbrauch anfällt.

Bei der vorliegenden Erfindung hat die Notwendigkeit der Beseitigung von Bagasse aus den markant tiefen Saftkanälen von Bagasse zur Entwicklung neuartiger Schaber und Hilfsanordnungen geführt.

Bevorzugt wird das Ausschaben der Bagasse in zwei Stufen durchgeführt. Bei der ersten Stufe bilden die Schaber den vorderen Rand der Austragsrinne. Herkömmliche Schaber sind aus Stahlplatten hergestellt und die Zähne sind entsprechend den gewinkelten Rillen in der Walze gefräst. Hat sich die Bagasse am Grund der Rille dick festgesetzt, so unterliegen die Schaberzähne übermäßiger Abnutzung. Bei der vorliegenden Erfindung bewegen sich Bagasse und Saft in dieselbe Richtung – die Bagasse innerhalb des gewinkelten Abschnittes der Rille und der Saft im inneren, parallelen Kanal. Natürlich sollte der Schaber nicht zu weit in den parallelen Abschnitt vordringen, jedoch ist das geringfügige Vordringen der Zahnvorderkante erwünscht, damit darunter liegende, nicht so kompakte Bagasse herausgehoben werden kann und dabei nicht die mit dem Durchschneiden von verklumpter Bagasse einhergehende Abnutzung zum Tragen kommt. Es wurde ein verbesserter Schaber entwickelt, bei dem in jeder parallelen Rille eine Klinge aus Federstahl oder einem anderen geeigneten Material geführt wird. Die Klingen sind auf einer Schaberplatte mit entsprechend geformten Zähnen geträgert. Die Funktion der Platte besteht jedoch darin, die durch die Klinge gelockerte Bagasse in die Austragsrinne zu schieben. Die Klinge ragt daher weit über den Plattenabschnitt hinaus. Die Spitze kann sich in der Nähe des Walzenspaltes befinden. Bei der Klinge kann es sich um ein auswechselbares Element handeln, das in einem Schlitz oder mittels anderer geeigneter Mittel in der Platte befestigt ist.

Der zweite Schaber ähnelt jenen für die Reinigung der Saftrillen mit geringer Tiefe. Die Schaber können jedoch, indem man sie vertikal hinunterhängen läßt und eine geeignet geformte Klinge verwendet, auf einer runden oder anders geformten Stange angebracht werden, so dass sie sich ungehindert seitlich und somit auch zu einem gewissen Maße innerhalb und außerhalb der Rille bewegen können. Die auf diese Weise befestigten Schaberklingen werden durch die Bewegung der Walze sowie die geringe Einwirkung der austretenden Bagasse in der Rille gehalten.

Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen folgt nun unter Bezugnahme auf die nachstehenden Zeichnungen. Es zeigen:

1 einen Längsquerschnitt einer Mühlwalze gemäß einer ersten Ausführungsform,

2 einen Längsquerschnitt einer Mühlwalze gemäß einer zweiten Ausführungsform,

3 eine Endansicht der Mühlwalze nach 2,

4 eine als vertikaler Turm angelegte Mühle nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, mit einem vertikal angeordneten Satz von einander gegenüberliegenden Doppelwalzen, zwischen die verstellbare Rinnen eingefügt sind,

5 eine Schnittansicht einer auf einer Welle montierten Mühlwalze nach einer Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf die Figuren stellt zunächst 1 einen Längsquerschnitt einer Einzelwalze dar.

Die Walze besteht aus auf einer mittleren Welle 2 mit Hilfe herkömmlicher Mittel montierten parallelen kreisrunden Platten 1. Die Ausformung der Platten bildet eine gewinkelte, sich über den gesamten Umfang erstreckende Rille 8, die sich radial einwärts zu einem sich über den gesamten Umfang erstreckenden Schlitz 5 verjüngt und sich dann zu einem sich über den gesamten Umfang erstreckenden Kanal 6 auf weitet. Der Kanal 6 kommt über den axialen Löchern 9 zu liegen. Die Spitze und Kante der gewinkelten Rillen können mit einer harten, rauen Beschichtung 7 versehen sein. Während des Betriebs wird das safthaltige Rohr bzw. die Bagasse von der gegenüberliegenden horizontalen Walze in die Rillen gedrückt. Die verklumpte Bagasse kann nicht weiter als bis zu dem gewinkelten Rillenabschnitt 8. Der Saft kann ungehindert radial in den sich über den gesamten Umfang erstreckenden Kanal hinein- und darin bis zu den radialen Löchern hinunterfließen, aus denen er dann herausströmt. Praktisch führt der Weg des geringsten Widerstands nach unten, und durch die axialen Löcher fließt nahezu kein Saft.

2 stellt den Längsquerschnitt einer zweiten Form einer Zerkleinerungswalze dar, die in ihrer Herstellung billiger ist, leichter gereinigt werden kann und verbessertes Abfließen des Saftes bietet. Die Walze kann aus einem oder mehreren Stücken 10 aus massivem Gusseisen, Gusseisen mit Kugelgraphit, Stahl oder anderen geeigneten Materialien als in geeigneter Weise an einer mittleren Welle 12 befestigte Ummantelung hergestellt sein. Darin sind sich über den gesamten Umfang erstreckende, gewinkelte Rillen 13 ausgebildet, und in deren Boden jeweils ein sich über den gesamten Umfang erstreckender paralleler Kanal 14. Während des Betriebs wird die Bagasse von der gegenüberliegenden horizontalen Walze in die gewinkelten Rillen 13 und die äußeren Abschnitte der parallelen Kanäle 14 gedrückt. Der Saft kann ungehindert radial in die parallelen Saftkanäle 14 hinein- und darin bis zum Boden der Walze hinunterfließen, wo er dann herausströmt.

3 stellt den axialen Querschnitt von Walze 10 durch die Mittelebene einer der sich über den gesamten Umfang erstreckenden gewinkelten Rillen bzw. parallelen Saftkanäle dar. Der primäre und der sekundäre Schaber sowie der Saftauffangschacht sind ebenfalls im Querschnitt zu sehen. Der Schaber entfernt verklumpte Bagasse aus der gewinkelten Rille 13 und dem äußeren Abschnitt des parallelen Saftkanals 14. Die Klingen 15 sind derart positioniert, dass deren vordere Spitzen bis unter die verklumpte Bagasse in den parallelen Saftkanal 19 eingreifen. Während der nach unten gerichteten Bewegung von Walze und Bagasse schieben die Klingen 15 das Zuckerrohr aus der Rille nach rechts zu einer Austragsrinne. Der Saft kann ungehindert durch den sich über den gesamten Umfang erstreckenden Kanal 19 bis zum Boden der Walze und dort in Saftauffangschächte 16 abfließen. Die Klingen 15 sind ein wenig schmäler als der parallele Saftkanal 19 breit ist. Die Klingen 15 sind auf einer Platte 17 geträgert, deren gewinkelte Oberfläche lose Bagasse zu der dafür vorgesehenen Austragsrinne umlenkt.

In 4 nunmehr ist eine als vertikaler Turm angelegte Mühle 20 dargestellt, die aus fünf Paaren einander gegenüberliegender Gegenlaufwalzen 21–25 besteht. Jedes Walzenpaar 21–25 besteht aus zwei Gegenlaufwalzen, zwischen denen die hindurchlaufende Rohrmasse 26 zerquetscht wird. Kurze Zuckerrohrstücke, zerquetschtes Rohr bzw. zu kleinen Schnitzeln verarbeitetes Rohr wird über einen herkömmlichen Zufuhrtrichter dem obersten Walzenset 21 zugeführt. Der von den Walzen ablaufende Saft wird mittels Einspritzpumpe zu der vorhergehenden Rinne zurückgeführt. Die Walzen an sich können unterschiedlicher Art sein, entsprechen jedoch vorzugsweise den Austragswalzen in 2 und 3. Bei der Ausführungsform wird jedes Paar sich gegenüberliegender Walzen durch eine separate Antriebsanordnung angetrieben. Die Rohrmasse durchläuft jedes Walzenpaar vertikal, was gegenüber einer horizontalen Bewegungsrichtung der Rohrmasse verschiedene Vorteile mit sich bringt.

5 nunmehr stellt eine in Zuckerrohrfabriken eingesetzte, aus Gusseisen hergestellte Walze 50 dar, die an einer drehbaren Welle 52 angebracht ist. Die Walze ist derart montiert, dass sie sich gegenüber der Welle 52 drehfrei bewegen kann.

Die Walze weist einen Nabenteil 51, einen sich nach außen erstreckenden Stegteil 56 mit einer erheblich geringeren Dicke als der Nabenteil 51 und einen Randteil 57 auf. In dem Randteil 57 sind Rillen 53 der in der Technik bekannten Art ausgebildet. Die in dem Randteil ausgebildeten Löcher und/oder Schlitze sind mit den länglichen Saftkanälen 54 verbunden, um die extrahierten Zuckersäfte abzuleiten.

Die beiden in der Walze gut sichtbaren, tiefen, kreisförmigen Aussparungen 58 zur Gewichtsreduzierung ergeben sich aus der verhältnismäßig dünnwandigen Konstruktion des Stegteils 56. Diese Aussparungen verringern das Gewicht der Walze erheblich, wodurch diese bedeutend länger oder im Durchmesser viel größer dimensioniert sein kann, als dies bisher möglich war.

Dies wiederum führt zu effizienterer Zerkleinerungskapazität und Saftextraktion.

Es versteht sich, dass die beschriebenen Ausführungsformen verschiedentlich verändert und modifiziert werden können, ohne dabei vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.