DieEgreniermaschine (englischCotton Gin, deutsch auchEntkörnungsmaschine) ist eineMaschine zumEntkörnen,Egrenieren oderGinnen vonBaumwolle, das heißt zur Abtrennung derBaumwollfasern von den Samenkernen.[1][2] Das Entkörnen findet in der Regel direkt nach derErnte statt, die erzeugtenKuppelprodukte sind zuBallen gepresste Baumwollfasern, Baumwollsamen undLinters. Bei den heute eingesetzten Maschinen unterscheidet man zwei Bauarten, wobei die Sägezahn-Egreniermaschine deutlich häufiger eingesetzt wird.
Historisch war das Entkörnen ein so aufwändiger Prozess, dass dieNaturfaser Baumwolle nur dort in größerer Menge verarbeitet wurde, wo einfacheWerkzeuge und Maschinen bekannt waren, die die Arbeit erleichterten. Ein Zentrum dieser Entwicklung war der SüdenAsiens. Ende des 18. Jahrhunderts wurde in denVereinigten Staaten die Sägezahnmaschine entwickelt, die einen wesentlichen Fortschritt darstellte und dort den Baumwollanbau zu einem wesentlichen Wirtschaftsfaktor machte. Seit dem späten 19. Jahrhundert wurde Baumwolle zunehmend industriell in eigenenFabriken entkörnt.
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Das Entkörnen findet nach der Ernte in den Anbauregionen statt.[3] Je nachdem, wie verunreinigt die geerntete Roh-, Samen- oder Saatbaumwolle ist, muss sie vorher von Pflanzenteilen befreit werden.[4]
Beim Entkörnen werden die langen Fasern (Lint) von den Samen abgerissen.[5] Sehr kurze Fasern, Linters oder Grundwolle genannt, bleiben am Samen.[6][7] Aus einer Kapsel mit etwa 4 g Samenbaumwolle bleiben nach dem Entkörnen 1,5 g Fasern übrig.[4]
Mit sogenannten Lintermaschinen, Lintergins oder Entwollmaschinen wird die Grundwolle von den Samen entfernt. Sie wird vor allem zurPapierherstellung, alsFilz oder als Polstermaterial verwendet.[5][8][9][10] Aus den alsNebenprodukt anfallenden Baumwollsamen gewinnt manBaumwollsamenöl oderFette für die Herstellung vonSeifen oderKerzen.[4] DerPresskuchen kann zu Viehfutter oder Düngemittel verarbeitet werden.[5]
Bei den Entkörnungsmaschinen (Gins) unterscheidet man zwei verschiedene Bauarten:[4]
Die Sägezahnmaschine arbeitet aufgrund ihrer weiterentwickeltenMechanisierung undAutomatisierung wirtschaftlicher als die Walzenmaschine.[4] Es werden bis zu 8000 kg pro Stunde und Anlage vor allem Kurz- und Mittelstapel-Baumwolle verarbeitet, allerdings werden die Fasern mit diesem Mechanismus stark beansprucht, so dass es zu Faserschädigungen und höheren Staub- und Kurzfaseranteilen kommt.[11] Die schonendere Walzenmaschine wird für besonderslangstapelige Baumwolle eingesetzt.[5] Allerdings liegt die Produktivität nur bei 500 bis 1000 kg pro Stunde und Anlage.[12]
Entkörnungs- oder Egrenieranlagen für Baumwolle heißen imenglischenCotton Gin. Das Wort Gin hat hier keine Beziehung zu dem GetränkGin, sondern stammt von dem altenmittelenglischen Wortgin ‚Vorrichtung, Falle‘, eineKurzform des ursprünglichaltfranzösischenengin‚ (Kriegs-)Maschine, Gerät, Erfindung. In der Verbindung mit Baumwollentkörnung ist es imamerikanischen Englisch seit Ende des 18. Jahrhunderts verbreitet.[13][14]
Baumwolle wird seit derJungsteinzeit in denTropen angebaut, sowohl alsNaturfaser als auch alsÖlfrucht. Nur bei der Neuwelt-ArtGossypium barbadense, die inSüdamerika heimisch war und in derKaribik verbreitet wurde, konnten dieBaumwollfasern einfach mit der Hand vom Samen getrennt werden. Die Menschen in Südamerikazüchteten die Art so, dass die Samen zusammenwuchsen und sich leicht ablösen ließen.[15]
Außerhalb Südamerikas erfanden die Menschen einfacheWerkzeuge zum Entkörnen. Diese ersten Gins bestanden aus einer eisernen Handwalze (später auch mit den Füßen bedient) und einem flachen Sockel, ähnlich einemMahlstein. Die älteste bekannte Darstellung dieser Technik ist eine Malerei aus dem5. Jahrhundert in den indischenAjanta-Höhlen. Die Werkzeuge waren inAsien um denJangtsekiang und denIndus, inAfrika amNiger und im vorkolonialenSüdwesten der Vereinigten Staaten bekannt.[15] Der Prozess war aber so aufwändig, dass die Baumwolle alsTextilfaser nur eine untergeordnete Rolle spielte.[5]
In Indien und China wurden bessere Techniken zur Entkörnung erfunden. Die frühen Roller-Gins waren einfacheMaschinen mit zwei gegenläufigen Walzen ausHartholz oder Eisen, die von Hand angetrieben wurden. Eine Variante dieser Walzenmaschine, die indische Churka (auchcharkha oderbelna) mit einemSchneckengetriebe, verbreitete sich von Indien bis in dieLevante und nachSüdostasien. In China setzten sich zwei andere Typen von Walzenmaschinen durch.[15] Im Laufe der Zeit wurden der Antrieb und die Art der Walzen verbessert. Ein anderes Gerät reinigte die entkörnte Baumwolle mit Hilfe einer gespannten Saite, die in Schwingung versetzt wurde und Verunreinigungen wegschleudert.[5]
Es wird vermutet, dass handbetriebene Walzenmaschinen etwa fünf Mal effizienter als Handwalzen waren und schon imMittelalter die meiste Baumwolle so entkörnt wurde. Die Churka wurde seit Mitte des 18. Jahrhunderts auch auf denPlantagen in den amerikanischenSüdstaaten eingesetzt. Sie wurde für den dortigen Gebrauch angepasst und Roller-Gin genannt. Größere Anlagen wurden von Tieren oderWasserkraft angetrieben.[16][17]
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Nach demAmerikanischen Unabhängigkeitskrieg hatten die USA sich von Textilimporten aus England weitgehend unabhängig gemacht. Gleichzeitig wuchs durch die Verbreitung derSpinnmaschinen die weltweite Nachfrage nach Baumwolle. Die Hochland-Baumwolle (Gossypium hirsutum), die in den Südstaaten am besten gedieh, musste aber aufwändig entkörnt werden.[19][20][21] Um die Menge an entkörnter Baumwolle wesentlich zu erhöhen, kamen in den 1780er Jahren erste Ideen zur Nutzung von gezahnten Egreniermaschinen auf. Es wurden sogenannte Erfindungsvorbehalte (Caveats of Invention) durch das Kriegsministerium vergeben, da es noch keinPatentamt in den USA zu dieser Zeit gab. Der Erfinder hatte einen Schutz von 5 Jahren für seine Erfindung. Diese Möglichkeit nutzte auchHogden Holmes für seine Arbeiten an einer Sägezahnegreniermaschine, die er 1787 begann und für die er am 14. März 1789 einen Erfindungsvorbehalt erhielt. Ein Patent hatte er aber bis dahin nicht angemeldet, so dassEli Whitney für seine Erfindung einer Egreniermaschine, die er 1793 einreichte, genau am Tag des Auslaufens von Holmes Erfindungsvorbehalt am 14. März 1794 ein Patent erhalten konnte.[22][18] Holmes meldete später seine Erfindung ebenfalls beim Patentamt an, das ihm am 12. Mai 1796 unter dem US-Patent X115 gewährt wurde.[23] Daher wird die Erfindung häufig Whitney zugeschrieben, der damals aufCatharine Littlefield Greenes Plantage arbeitete, derMulberry Grove Plantation (heute beiPort Wentworth imChatham County).[17][19][20] Umstritten ist auch, welchen Anteil Greene an seiner Erfindung hatte. Sie soll die Arbeit von Whitney finanziert haben.Matilda Joslyn Gage schrieb 1883, dass Greene ihm außerdem vorschlug, statt den unzureichenden Zähnen aus Holz solche aus Draht zu verwenden.[24]
Whitney und sein Geschäftspartner Phineas Miller wollten die Gins an Plantagen vertreiben und für die Nutzung eine Gebühr verlangen. Da die Maschine aber mechanisch relativ einfach war, begannen viele, selber ähnliche Maschinen zu bauen. Whitney und Miller konnten sich dagegen nicht wehren und machten so mit der Erfindung keinen großen Profit.[17][19][25][26] Um die Patentprozesse zu finanzieren, hat Greene sogar ihre Plantage verkauft.[27] Zudem hatte Holmes’ Maschine den Vorteil, dass sie durchgehend betrieben werden konnte, während bei Whitneys Erfindung die Samen zwischendurch entfernt werden mussten.[21]
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Die Sägezahn-Egreniermaschine besteht aus einer Kombination aus einem Rost und kleinen Drahthaken bzw. Kreissägeblättern, die die Baumwollfasern durch die engen Öffnungen des Rosts ziehen, während die Samen zurückbleiben. Bürsten entfernen dabei kontinuierlich die losen Baumwollfasern, um Verstopfungen zu verhindern.[25][28] Kleine Cotton Gins arbeiteten mit Handantrieb, während größere mit Pferde- oder Wasserkraft betrieben wurden.[17][20]
Erst die Erfindung der Egreniermaschine machte in denSüdstaaten der USA den Baumwollanbau erst wirklich profitabel und beförderte den Einsatz vonSklaven. Dies wiederum zog eine enorme Ausdehnung der Anbauflächen nach sich und machte Baumwolle zu einem der wichtigsten Exportgüter der USA.[17][19][20][25][26] Die Sklavenwirtschaft in den durchAgrarproduktion geprägten Südstaaten brachte diese im Laufe des19. Jahrhunderts zunehmend in Konflikt mit den industriell geprägtenNordstaaten und führte schließlich zumAmerikanischen Bürgerkrieg.
Etwa ab 1820 entstanden die erstenFabriken, die erfolgreich Gins bauten.[17] Die Funktionsweise der Maschinen wurde kontinuierlich weiterentwickelt. Wichtige Schritte waren etwa die Erfindung der ersten mechanischen Aufgabeeinheit im Jahr 1834[21] und Verbreitung von Ballenpressen ab 1840.[29] Spätere Fortschritte betrafen vor allem die Vorbehandlung: Trocknungs- und Säuberungsgeräte für die Saatbaumwolle setzten sich in den USA in der Mitte des 20. Jahrhunderts durch, vor allem nachdem das Pflücken von Hand durchBaumwollernter ersetzt wurde, bei denen die Rohbaumwolle stärker verunreinigt war.[21]
Auch nach der Erfindung der Saw-Gin wurde extralangstapelige Baumwolle weiter mit den Churkas und ihren Weiterentwicklungen egreniert. 1840 erfandFones McCarthy eine effizientere Roller-Gin, die sich auch für langstapelige Baumwolle gut eignete.[30][31] Die MacCarthy-Maschine arbeitet mit einer Walze, die mit aufgerautem Leder bezogen ist, und zwei Messern. Die Rohbaumwolle wird gegen die Walze gedrückt, die Samen schlüpfen unter das auf der Walze liegende obere Messer. Mit beweglichen Untermessern werden die Fasern dann vom Samen abgeschnitten. Die Walzen-Egreniermaschine wurde vor allem in England weiterentwickelt und in denbritischen Kolonien eingesetzt, etwa ab 1857 inÄgypten.[5] Um 1960 wurde in den Vereinigten Staaten eine Walzenegrenieraschine mit rotierenden Messern entwickelt, die sich dort durchgesetzt hat.[31]
Zunächst betrieb jede Baumwollplantage eine Entkörnungs- und Pressanlage. Dann ging man dazu über, die Anlagen zuzentralisieren und mitDampfkraft zu betrieben.[5] In den USA setzte dieser Prozess nach dem Bürgerkrieg und dem Ende der Sklaverei ein.Robert S. Munger entwickelte Mitte der 1880er-Jahre die Entkörnungsanlagen zur System-Ginnerei (englischsystem gin) mit mehreren Gins (englischgin stands) weiter. Mit derautomatischen Beschickung der Maschinen und einer Ballenpresse war die vorindustrielle Entkörnung endgültig veraltet.[17]
In modernen Entkörnungs- oder Egrenierfabriken (ginnery oderginning mill) stehen meist mehrere Egreniermaschinen nebeneinander, die von Flugkanälen oder anderen Fördersystemen beschickt werden. Für eine Vorreinigung kann ein Öffner eingesetzt werden. ZumWeitertransport wird die entkörnte Baumwolle zuBallen gepresst, mit Bändern gesichert und in Stoff oder Plastik verpackt.[5]
