Verfahren zur Herstellung von plastischen bis zähflüssigen Massen aus einzelnen Komponenten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von plastischen bis zählflüssigen Massen, vorzugsweise von Schokoladenmassen, aus einzelnen Komponenten in einer die Masse kontinuierlich ausstossenden Knetanlage. Als weitere Beispiele für derartige plastische bis zähflüssige Massen werden genannt: Marzipan, Zahnpasta, Beschichtungsmassen für Edelpapiere. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, zur Herstellung von plastischen bis zähflüssigen Massen aus einzelnen Komponenten automatisierte Chargen-Kneter in Form von nicht kippbaren Ausstossknetern zu verwenden, bei denen die Zugabeöffnung an der Oberseite und die Entleerungsöffnung an der Unterseite des Kneters vorgesehen ist. Diese Kneter enthalten eine untergebaute Waage, eine sog. Flurwaage, mit deren Hilfe alle Komponenten in die Knetmulde eingewogen werden können, unabhängig davon, ob die Komponenten in trokkenem oder in flüssigem Zustand vorliegen. Diese Kneter haben den Nachteil, dass es sich bei ihnen um intermittierend arbeitende Chargen-Maschinen handelt, während die von dem Kneter beschickten Walzwerke kontinuierlich arbeiten, also eine kontinuierliche Beschickung zweckmässig wäre.
U mdiese Diskontinuität der Beschickung etwas auszugleichen, ist es weiterhin bekannt, zwei automatische Chargen-Kneter hintereinander anzuorden, wodurch man einen ziemlich kontinuierlichen Fluss auf die Fördereinrichtung für die Walzwerke erhält. Bei diesen Tandemanlagen ist es von Nachteil, dass jeder Kneter auch eine Wiegeanlage benötigt. Werden die Tandemanlagen über Lochkarten gesteuert, sind weiterhin zwei Lochkartensteuerungen nötig oder eine Fernbetätigung von einem Zentralsteuerpult. Der Aufwand für derartige Tandemanlagen ist ziemlich erheblich.
Es ist weiterhin bekannt, zur kontinuierlichen Beschickung des Förderbandes Knetsysteme zu verwenden, die nach dem Rohr- oder Kanonen-Verfahren arbeiten. Bei diesen Verfahren werden auf der einen Seite die trockenen und die flüssigen Komponenten zugegeben, am Ende des Knetrohres, auf der anderen Seite, wird die fertig geknetete Masse ausgetragen.
Der Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, dass die trockenen Komponenten - für die Schokoladenherstellung Puderzucker und Milchpulver - mit kontinuierlichen Do sierbandwaagen abgewogen werden, deren Wiegefehler mit + 1 % relativ hoch ist.
Die Genauigkeit der Zugabe der Flüssigkomponenten - für die Schokoladenherstellung Kakaomasse und Kakaomasse und Kakaobutterist nicht viel grösser, da hier nach Volumen mit Hilfe von Flüssigkeitspumpen dosiert wird. Das tatsächlich zugegebene Gewicht ändert sich somit in Abhängigkeit von der jeweiligen Massetemperatur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen. Sie geht dabei aus von der Überlegung, dass beispielsweise eine Bunkerung der gekneteten Masse nicht in Betracht kommt, da die Masse bei weiterer Bewegung zu weich wird und damit nicht mehr optimal walzfähig ist. Die Komponenten der Masse sollen also sehr genau eingewogen werden und die geknetete Masse möglichst ohne Verzögerung auf das Förderband gelegt werden.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Programmgeber die Gewichte der einzelnen Komponenten vorgewählt und die Komponenten in vorbestimmter Reihenfolge in einer Vormischstufe gewogen und vorgemischt werden, dass nach Erreichen des eingestellten Gesamtgewichtes das Vormischen weitergeführt wird, bis nach Ablauf einer einstellbaren Zeit die Weitergabe der¯Masse an einen Hauptkneter erfolgt, der mehrere vorgeknetete Chargen aufnimmt und über einen einstellbaren Zeitraum den Hauptknetvorgang durchführt, und dass die Masse danach kontinuierlich in einen Nachkneter gegeben wird, in dem die Masse nachgeknetet und aus dem sie in Form eines Stranges auf ein Förderband ausgetragen wird.
Durch das Verfahren nach der Erfindung wird erreicht, dass in dem Hauptkneter ein gewisses Gleichgewicht erzielt wird. Die von der Vormischstufe zukommende Masse hat etwa die gleiche Menge wie die von der Hauptstufe kontinuierlich weggehende Masse.
Da weiterhin z.B. die verschiedensten Sorten von plastischen bis zähflüssigen Massen, insbesondere Schokoladensorten unterschiedliChe Knetzeiten haben - bei- spielsweise benötigt eine Bitterschokolade nur eine Knetzeit von etwa 15 Minuten, eine Milchschokolade eine Knetzeit von 20 bis 25 Minuten-, kann bei der Erfindung zusätzlich die Knetintensität durch Variieren der Drehzahl verändert werden. Bei höherer Drehzahl steigt der Kneteffekt entsprechend an, so dass eine konstante Leistung bei verschiedenen Massen erzielt wird.
In weiterer Ausbildung des Verfahrens nach der Erfindung erfolgt eine Neueinwaage der Komponenten nach vorheriger Entleerung des Vorkneters. Die im Hauptkneter vorhandene Menge der Masse wird vorzugsweise über einen Niveauabstaster erfasst, der bei Über- oder Unterschreiten eines vorgewählten Niveauintervalls die Massenzufuhr vom Vorkneter drosselt oder erhöht. Die vom Hauptkneter an den Nachkneter in der Zeiteinheit weitergegebene Masse wird zweckmässigerweise in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Masse eingestellt. Abhängig von der dem Hauptkneter in den Nachkneter in der Zeiteinheit gegebene Masse wird vorzugsweise auch die vom Vorkneter in der Zeiteinheit an den Hauptkneter gegebene Masse verstellt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Vormischung ein Einwellenkneter mit kreisförmiger Mulde vorgesehen ist, dessen Mischerwelle über einen Getriebemotor mit dahinter liegendem Keuen- antrieb angetrieben ist. Hierbei ist vorzugsweise zur Hauptknetung ein Doppelwellenkneter mit kreisförmigen Mulden vorgesehen, bei dem die Drehkreise beider Knetwellen sich schneiden. Zur Nachknetung ist zweckmässigerweise eine Zweiwellenschnecke in Form einer Egalisierschnecke vorgesehen, deren Drehkreise sich schneiden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden anhand der Figuren geschrieben. Als Beispiel ist dabei ein Verfahren zur Herstellung einer Schokoladenmasse gewählt.
Es zeigt:
Fig. 1 das Ablaufdiagramm in den einzelnen Stufen des Verfahrens,
Fig. 2 ein Blockschaltbild, aus dem die Steuerung über ein Programm und die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Stufen hervorgeht,
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Vorder- und Seitenansicht teilweise im Schnitt,
Fig. 4 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Seitenansicht.
In Figur 1 sind die Mengen der Masse bzw. die Mengen pro Zeiteinheit für die einzelnen Stufen über der Zeit aufgetragen. Die mit Stufe I bezeichnete Vormisch- und Wiegestufe wird im Ausführungsbeispiel nacheinander von vier Komponenten gespeist. Dabei ist angenommen, dass die Vorstufe 100 kg Masse fassen kann. Zur Herstellung einer Schokoladenmasse werden beispielsweise zunächst mit einem Anteil von 20% Kakaobutter, dann mit einem Anteil von 12 % Kakaomasse, sodann mit einem Anteil von 22 % Milchpulver und schliesslich mit einem Anteil von 46 % Puderzucker zugegeben. Diese Anteile werden nacheinander in der Vormischstufe eingewogen, nach Ablauf von etwa 2 Minuten sind alle Komponenten in der Vormischstufe enthalten.
Ein zusätzliches Mischen kann im Anfahrzustand unterbleiben, da aus der Hauptknetstufe in die Nachknetstufe erst Masse abgegeben wird, nachdem die Hauptknetstufe vollständig gefüllt ist. Dies ist im gewählten Beispiel der Fall, nachdem aus der Vormischstufe fünfmal in die Hauptknetstufe entleert wurde, was etwa nach insgesamt 15 Minuten der Fall ist. In der Hauptknetstufe befinden sich von diesem Zeitpunkt an immer 400- 500 kg. Masse. Für die Nachknetstufe ist die in der Zeiteinheit ausgestossene Masse aufgetragen. Diese beträgt von der 15. Minute an, das ist der Augen blick, an dem aus der Hauptknetstufe erstmalig in die Nachknetstufe geliefert wird, da in diesem Zeitpunkt die Hauptknetstufe zum ersten Mal vollständig gefüllt ist, etwa 2000 kg/Std. Wird, was im Beispiel von der 24.
Minute an dargestellt ist, in der Vormischstufe noch ein zusätzliches Mischen durchgeführt, von dem angenommen wird, dass es etwa 1 · Minuten dauert, sinkt naturgemäss die Leitung der Nachknetstufe, da in der Zeiteinheit nicht mehr so viel Masse zugeführt wird, wie am Anfang. Die von der Nachknetstufe ausgetragene Masse ist somit in Abhängigkeit von der Zeit, die das Mischen in der Vorstufe dauert, veränderlich.
Anhand des Schemas in der Fig. 2 soll im folgenden der Ablauf des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben werden. Durch Einfülltrichter 1 wer den nacheinander die zu der Masse notwendigen Komponenten in die Stufe I, Wiege- und Vormischstufe, eingegeben. Das Eingeben erfolgt dabei so, dass zunächst die erste Komponente in die Stufe I gegeben wird, mit Hilfe einer schematisch dargestellten Waage 2 erfolgt in der Messstufe I das Abwiegen der Komponente 1 und bei Erreichen der im Programmgeber vorgewählten Menge das Schliessen des ersten Schiebers 3, der die Zufuhr der ersten Komponente steuert, gleichzeitig das Öffnen des Schiebers, der die zweite Komponente in die Stufe I eingibt.
Es erfolgt über die Waage die Summierung von Komponente 2 zur Komponente 1 und bei Erreichen der vorgegebenen Menge für die Komponente 2 das Schliessen des zu der zweiten Komponente gehörenden Schiebers und das Öffnen des zur dritten Komponente gehörenden Schiebers usw. Der Ablauf der Steuerung ist durch gestrichelte Linien mit Pfeilen für die Wirkrichtung dargestellt. Nachdem über die Waage 2 die für die Füllung der Stufe I notwendige Menge erfasst wurde, erfolgt, ebenfalls aus dem Programmgeber gesteuert, das Öffnen des Schiebers 4 und die Weitergabe der in Stufe I gewogenen und vorgemischten Masse in die Stufe II, die Hauptknetstufe. Dabei ist es möglich, nach Erreichen der für die Stufe I vorgewählten Menge das Verstellen des Schiebers 4 zeitverzögernd durchzuführen, so dass in der Stufe I noch ein zusätzliches Vormischen erfolgt, bevor an die Stufe II weitergegeben wird.
Die Gesamteinfüllzeit in die Stufe I und das Weitergeben an die Stufe II dauert etwa 3-6 Minuten, bei einem Fassungsvermögen des Vormischers von etwa 100 kg.
In der Stufe II erfolgt das Hauptkneten, wobei das Füllvolumen der zweiten Stufe ein Mehrfaches des Volumens der Stufe I beträgt, etwa das Fünf- bis Sechsfache. In dieser Stufe wird die Masse intensiv und über einen längeren, regulierbaren Zeitraum verarbeitet. Beim Anfahren bleibt die Masse solange in der Stufe I1, bis diese vollständig gefüllt ist, d.h. bis etwa fünf bis sechsmal aus der Stufe I in Stufe II entleert wurde. Ist die Hauptknetstufe einmal vollständig gefüllt, erfolgt eine Niveauregelung über einen schematisch dargestellten Niveauregler 5.
Ein gleichmässiges Niveau in der Stufe II ist nämlich für die Durchknetung der Masse von erheblicher Bedeutung. Überoder unterschreitet das Niveau in der Hauptknetstufe bestimmte Grenzen, wird dies dem Programm weitergegeben, der die Verstellung des Schiebers 4 bewirkt, so dass aus der Stufe I in die Stufe II entweder mehr oder weniger Masse zufliesst, je nachdem, ob in der Stufe II das Niveau die vorgegebene Grenze unterschritten oder überschritten hat.
Zur endgültigen Knetung und zum kontinuierlichen Austrag ist der Stufe II die Stufe III, die sog. Austrag- und Nachknetstufe nachgeordnet. Nach einer einstellbaren Zeit gelangt aus der Stufe II Masse über einen Schieber 6 in die Stufe III, wo noch einmal die Masse durchgeknetet und dann auf ein Förderband 7 gelegt wird. Die Stellung des Schiebers 6 wird ebenfalls über den Programmgeber dem Schieber 4 mitgeteilt, wodurch die Zufuhr aus Stufe I über Schieber 4 auch abhängig von der Stellung des Schiebers 6 ist, der den Austrag aus Stufe II in Stufe III steuert. Am Ende der Stufe III ist ein Mundstück vorgesehen, durch welches ein egalisierter Strang auf das Förderband 7, im allgemeinen ein Stahlband, gelegt wird.
Da die Leistung der nachgeordneten, nicht dargestellten Walzen in Abhängigkeit von den zu verarbeitenden Massen unterschiedlich ist, muss der Schieber 6 verstellbar sein. Hier wird über den Programmgeber in Abhängigkeit von der Art der Masse der Schieber 6 verstellt, so dass je nach seiner Stellung die Menge von Stufe 1I nach Stufe III gelangt. Über das Förderband 7 gelangt die Masse dann an die Walzen zur weiteren Bearbeitung.
Die Figur 3 stellt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dar, die sowohl in der Seiten- als auch in der Vorderansicht teilweise im Schnitt dargestellt ist. Als Vorwiege- oder Vormischstufe, Stufe I, ist eine Einwellenmaschine 8 mit kreisförmiger Mulde 9 vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass bei automatischen Chargen-Knetern in Doppelwellenausführung durch die hin- und hergehende Masse die Wiegung nachteilig beeinflusst wurde. Die Unruhe und damit die Wiegeungenauigkeit kann so gross werden, dass die Maschine nicht mehr ordnungsgemäss zu arbeiten vermag. Die nach der Erfindung vorgesehene Einwellenanlage mit kreisförmiger Mulde drückt dagegen die Masse nicht mehr hin und her, lässt sie nicht hochsteigen und beeinflusst daher die Waage nicht.
Durch das geringe Gewicht der Vormischmaschine, das nicht grösser als das fünf- bis maximal sechsfache des Inhaltes der Maschine sein soll, wird eine weitere Genauigkeitssteigerung erzielt. Soll die Stufe I mit Dampf oder mit Wasser vorbeheizt werden, ist es möglich, hier eine Doppelwand vorzusehen. Vorzugsweise besteht jedoch die Stufe I nur aus einer Wand, da in dieser Stufe nicht mehr intensiv geknetet werden muss. Es ist zweckmässig, die Maschine sehr gedrungen und niedrig zu bauen, um den niedrigsten Schwerpunkt zu erzielen. Dadurch wird ein Kippmoment so gut wie ausgeschaltet. Da weiterhin ein schnellaufender Riementrieb das Wiegegehänge beeinflussen könnte, ist die erste Stufe vorzugsweise mit einem Getriebemotor 8 und einem dahinter liegenden langsam laufenden Kettentrieb zum Antrieb der Mischerwelle ausgestattet.
Alle diese Punkte geben die höchst mögliche Genauigkeit in der Einwiegung, deren Fehler den Wert von t 0,3% nicht übersteigt.
Bei der Hauptknetstufe handelt es sich um eine an sich bekannte Doppelwellen-Knetmaschine 11. Um jedoch zu vermeiden, dass insbesondere bei Weicherwerden der Masse das Gut aus der hinteren Mulde nicht mehr restlos nach vorne übergeschaufelt wird, sind bei der Vorrichtung nach der Erfindung die Drehkreise so angeordnet, dass sie sich schneiden, wodurch die untere Spitze der Mulde nicht hoch steht.
Wenn man in weiterer Ausbildung der Erfindung die Knetmulde in dem Seitenständer der Maschine noch um etwa 150 schräg legt, bleibt kaum noch Masse in der hinteren Knetmulde zurück. In der Stufe II ist die Niveauhaltung von besonderer Bedeutung: Einmal muss vermieden werden, dass die erste Stufe die 100 kg Portionen in zu schneller Reihenfolge der zweiten Stufe zugibt und diese Haupt-Knetmaschine überläuft. Wenn also eine Menge von 500 bis 550 kg in der zweiten Stufe ist, muss die erste Stufe in der Zuförderung abgebremst werden. Durch Gleit schuhe 5, die über der hinteren Mulde rechts und linns an der Seitenwand angeordnet sind, wird diese Begrenzung erreicht.
Zum anderen muss dafür gesorgt werden, dass bei zu niedrigem Füllvolumen in der zweiten Stufe, wodurch der Kneteffekt zurückgeht, die Beschickung aus der ersten Stufe schneller erfolgt Auch diese Steuerung erfolgt über beide Gleitschuhe, deren Stellung über den Programmgeber den Schieber 4 verstellt.
Um die Masse nochmals nachzukneten, ist in der Nachknet- und Austragsstufe - Stufe rn - eine Zwei welleuschnecke 12 vorgesehen. Auch bei dieser Schnecke schneiden sich die Drehkreise. Die Nachverarbeitung der Masse in der Nachknetstufe gewährleistet, dass das auf das Förderband 7 gelangende Gut 13 in Form eines kontinuierlichen Stranges auf jeden Fall gut durchgeknetet ist. Anstelle des am Auslauf vorgesehenen Schiebers in bekannten Anordnungen werden bei der Vorrichtung nach der Erfindung Austrag- und Egalisierschnecken an die Kneter angebaut, da hierdurch das Verschmutzen der Stahlbänder völlig vermieden wird.
Sollte die Deckenhöhe zum Aufstellen einer Dreistufen-Knetanlage nicht ausreichen, kann die dritte Knetstufe schräg angeordnet werden, wodurch die Gesamthöhe absinkt. Es ist dann aber nicht mehr möglich, das Förderband unter der Knetanlage durchzuführen. Die Knetanlage muss dann parallel zum Förderband aufgestellt werden. Der maximale Winkel der ansteigenden dritten Stufe kann bis zu 450 gewählt werden. Eine derartige Vorrichtung ist in Fig. 4 in Seitenansicht dargestellt. Komponentenangabe, Programmsteuerung über Programmgeber, Vormischen in der Stufe I, Wiegen mit der Waage 2, Hauptkneten in der Stufe II, Nachkneten in der Stufe m erfolgen wie bei der Vorrichtung nach Figur 3.
Bei der Ausführung nach Figur 4 ist jedoch die Nachknetstufe gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet, und zwar maximal bis zu einem Winkel von 450. Dadurch kann die gesamte Vorrichtung niedriger gebaut werden. Die Masse gelangt abschliessend auf das Förderband 7.
Abschliessend sei die elektrische Steuerschaltung für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben: Das Anfassen der Knetvorrichtung beginnt bei Stufe II. Stufe -II und Stufe I sind so gegeneinander verriegelt, dass nur in der Reihenfolge II-I eingeschaltet werden kann. Die Überstromschalter der einzelnen Stufen sind in Reihe geschaltet, damit bei Ausfall einer Stufe alle anderen automatisch abschalten. Beim Abschalten der dritten Stufe über Austaster schalten ebenfalls die ersten beiden Stufen ab. Die Steuerspannung für die Waage ist erst nach Einschaltung der ersten Stufe vorhanden, da sonst eine Einwiegung bei stehender Maschine möglich wäre.
Im Progrsunmgeber erfolgt das Einstellen von Impulszählern, und zwar für die Anzahl der Chargen für den Anlauf der Maschine, für die Gesamtanzahl der Chargen; ein dritter Impulszähler wird auf Null gestellt, damit der Austrag pro Tag, Woche, o.ä. festgestellt werden kann. Die erstgenannten Zähler zählen bei jedem Impuls rückwärts, der letzte Zähler vorwärts. Dann wird die Wiegeeinrichtung in bei Lochkartensteuerungen an sich bekannter Weise eingestellt.
Der Anlauf der Waage erfolgt nach Betätigung der Starttaste. Die Wiegung beginnt, das Schütz für eine Speiseschnecke wird über die Lochkartensteuerung eingeschaltet. Nach Einwiegen der Komponente 1 erfolgt die Umschaltung von Komponente 1 nach 2 durch den Programmgeber; z.B. in Form einer Lochkartensteuerung. Nach Zufuhr der letzten Komponente wird der Schieber von Stufe I nach Stufe II durch den Programmgeber, z.B. eine Lochung am Ende der Karte für das Füllgewicht geöffnet. Der Schieber fährt bis in die Endstellung und wird durch einen am Schieber angebrachten Endschalter zum Stillstand gebracht.
Der Schiebermotor erhält bei völliger Entleerung der Stufe I einen Impuls zum Schliessen. Der geschlossene Schieber gibt über einen Endschalter an der Waage das Kommando für das zweite Einwiegen. Nach Ablauf von vier bis sechs Chargen - die Anzahl wird am Impulszähler eingestellt - bleibt die Wiegeeinrichtung stehen. Die Vormischung ist beendet. Die Stufe II ist mit Masse ganz gefüllt und das Mischgut inzwischen gut durchgeknetet.
Es wird dann die Stufe III eingeschaltet: Erst jetzt ist es möglich, den Schieber an der Stufe II zu öffnen, die Öffnung des Schiebers geschieht über einen Tipptaster. Die Öffnungsweite des Schiebers ist beliebig und richtet sich nach dem Bedarf an den Walzwerken.
Der Schieber ist ausserdem gekoppelt mit Endschaltern, die im bestimmten Abstand voneinander vorgesehen sind. Alle Endschalter sind jeweils mit einer Nocke eines Programmschaltwerkes verbunden.
Das Programmschaltwerk bestimmt die Abrufzeit von der Vormischstufe. Von der öffnungsweite des Schiebers zwischen II und m ist also direkt das Zeitintervall, in dem der Schieber zwischen I und II geöffnet wird, abhängig. Die Stufe m bringt die gut durchgeknetete Masse am Ende als Strang etwa in der Grösse 100 x 60 mm heraus. Der Strang fällt direkt auf das laufende Band, die Bandgeschwindigkeit wird dabei so gesteuert, dass der Strang bei einer Länge von ca. 50 cm abreisst.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung haben den Vorteil, dass die Knetzeit der Masse je nach der verarbeiteten Masse - Bitterschokolade benötigt z.B: 10 bis 15 Minuten Knetzeit, Milchschokolade eine solche von 25 bis 30 Minuten - eingestellt werden kann. Die Masse wird nicht zu flüssig und auch nicht zu fest, vielmehr befindet sie sich jeweils in dem für die Walzen günstigsten Zustand. Diesen Vorteil bringt das Verfahren nach der Erfindung dadurch, dass die Knet- bzw. Verweilzeit in der zweiten Stufe gesteuert werden kann.
Ausserdem ist es bei dem Verfahren nach der Erfindung möglich, auch Massen mit einem Fettgehalt bis herunter zu 20 bis 21 % Gesamtfettgehalt zu bearbeiten, während mit den bekannten kontinuierlichen Verfahren nur Massen ab 26 % Fettgehalt verarbeitet werden konnten. Dar über hinaus ist die Genauigkeit, mit der die Komponenten eingewogen werden, erheblich günstiger als bei bekannten Verfahren.