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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zum Kneten von Teig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effizienz einer derartigen Bearbeitungsvorrichtung beim Kneten sowie gegebenenfalls beim Mischen des Teigs zu steigern.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Bearbeitungsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich über eine Einstellung des Spaltmaßes zwischen dem Knetwerkzeug und der nächstliegenden Knetbottich-Innenwand die Kneteffizienz steigern lässt. Von diesem Spaltmaß hängt die vom Knetwerkzeug in den Teig eingebrachte Knetkraft in hohem Maß empfindlich ab. Es wurde erkannt, dass es abhängig vom jeweiligen Teigzustand und gegebenenfalls auch abhängig von der Knetdauer sowie gegebenenfalls von der Teigtemperatur jeweils ein optimales Spaltmaß gibt. Das optimale Spaltmaß kann zudem abhängig vom jeweiligen Teigtyp und abhängig von der Teigrezeptur sowie der Zugabe bestimmter Additive sein. Über die Einstelleinrichtung lässt sich das Spaltmaß an diese Teig- und Knetparameter sowie gegebenenfalls auch an das verwendete Knetwerkzeug anpassen. Das eingestellte Spaltmaß kann während der gesamten Knetbearbeitung des Teiges konstant gehalten werden oder kann auch während eines Bearbeitungszyklus verstellt werden. So kann es die Effizienz der Knet- und gegebenenfalls der Mischbearbeitung steigern, wenn zu Beginn eines Knet- und gegebenenfalls auch Mischvorgangs das Spaltmaß zunächst gering gehalten wird und mit zunehmender Knetdauer vergrößert wird. Das Spaltmaß kann alternativ oder zusätzlich auch abhängig von der Knetbearbeitungszeit variabel vorgegeben werden.
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Eine Lagerung des Knetwerkzeugs nach Anspruch 2 ist eine mögliche Variante zur Einstellung des Spaltmaßes. Alternativ ist es auch möglich, die Position des Knetbottichs über eine entsprechende Bottichlagerung zu verändern. Schließlich ist es möglich, sowohl das Knetwerkzeug als auch den Knetbottich zur Einstellung des Spaltmaßes zu verlagern.
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Eine Linearführung nach Anspruch 3 ist eine Lagerungsmöglichkeit, über die eine präzise Spaltmaßeinstellung möglich ist.
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Eine Schwenklagerung nach Anspruch 4 lässt sich konstruktiv einfach realisieren.
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Eine Exzenterlagerung nach Anspruch 5 ermöglicht eine Feineinstellung des Spaltmaßes. Das Knetwerkzeug kann fest mit einem inneren Exzenterring verbunden sein, der dreh- oder schwenkbar in einer äußeren Exzenteraufnahme, die ebenfalls ringförmig gestaltet sein kann, aufgenommen ist. Die äußere Exzenteraufnahme kann dann gleichzeitig ein Antriebsrad eines Knetwerkzeug-Antriebs darstellen. Eine solche Anordnung gewährleistet eine Spaltmaßeinstellung, bei der die Antriebskomponenten des Knetwerkzeug-Antriebs nicht verlagert werden müssen.
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Eine angetriebene Verlagerungseinrichtung nach Anspruch 6 ermöglicht eine Spaltmaßvorgabe während eines Knet-Betriebszyklus der Bearbeitungsvorrichtung. In den Spaltmaß-Vorgabewert können Parameter der Bearbeitungsvorrichtung und/oder Teigparameter eingehen.
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Eine Regeleinrichtung nach Anspruch 7 ermöglicht es, die jeweilige Teigkonsistenz bei der Spaltmaß-Vorgabe während eines Knet-Betriebszyklus zu berücksichtigen. Die Regeleinrichtung kann auch so gestaltet sein, dass sie zusätzliche Parameter der Bearbeitungsvorrichtung und/oder des zu knetenden Teigs berücksichtigt, zum Beispiel die Knetdauer, die Art des Knetwerkzeugs, die Art des Teigs, die Rezeptur des Teigs oder die Teigtemperatur. Dabei können sowohl Ist-Werte einer Knetkraft auf das Knetwerkzeug als auch des momentanen Spaltmaßes als Eingangsgrößen für die Regeleinrichtung verwendet werden.
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Eine passive Knetkraft-Vorgabeeinrichtung nach Anspruch 8 kommt ohne eine Steuer- oder Regeleinrichtung aus.
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Eine passive Knetkraft-Vorgabeeinrichtung nach Anspruch 9 lässt sich konstruktiv mit relativ geringem Aufwand realisieren. Die passive Knetkraft-Vorgabeeinrichtung kann auch über ein Federelement realisiert werden, welches das Knetwerkzeug mit einer vorgegebenen Federkraft in Richtung der Innenwand des Knetbottichs drückt. Bei zunehmender Festigkeit bzw. Viskosität des zu knetenden Teigs erzeugt dieser beim Kneten eine Gegenkraft, die das Knetwerkzeug von der Innenwand des Knetbottichs entgegen der Andrückkraft des Hubzylinders oder der Feder unter Vergrößerung des Spaltmaßes verlagert. Abhängig von der Teigkonsistenz ergibt sich so eine passive Einstellung bzw. Nachführung des Spaltmaßes.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 eine Ausführung einer Bearbeitungsvorrichtung zum Kneten von Teig in einer teilweise interne Details preisgebenden und teilweise geschnittenen Seitenansicht;
- 2 die Bearbeitungsvorrichtung nach 1 in einer ebenfalls teilweise interne Details preisgebenden Aufsicht;
- 3 eine weitere Ausführung der Bearbeitungsvorrichtung in einer zu 1 ähnlichen Darstellung;
- 4 die Ausführung nach 3 in einer zu 2 ähnlichen Darstellung;
- 5 eine weitere Ausführung der Bearbeitungsvorrichtung in einer zu 1 ähnlichen Darstellung;
- 6 die Ausführung nach 5 in einer zu 2 ähnlichen Darstellung.
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Anhand der 1 und 2 wird nachfolgend eine erste Ausführung einer Bearbeitungsvorrichtung 1 zum Mischen und Kneten von Teig beschrieben. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 hat einen Tragrahmen innerhalb eines Maschinengehäuses 2 mit einem Ständer 3 und einem Arm 4. Ein Bottich 5 der Bearbeitungsvorrichtung 1 dient zur Aufnahme des zu knetenden und zu mischenden Teiges.
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An einer Rahmenplatte 6 des Tragrahmens, die innerhalb des Arms 4 verläuft, gelagert ist ein Knetwerkzeug 7 in Form einer vertikalen Knetwendel, die auch als Knetspirale bezeichnet ist. Das Knetwerkzeug 7 ragt in einer Arbeitsstellung, die in der 1 dargestellt ist, ausgehend von einem über den Ständer 3 überstehenden Kopfabschnitt 8 des Arms 4 von oben her in den Bottich 5 hinein.
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Ein Volumen innerhalb des sich drehenden Bottichs 5, das beim Betrieb des Knetwerkzeugs 7 von diesem geknetet und gemischt werden kann, gibt eine Knetzone 9 vor. Außerhalb der Knetzone 9 liegt der zu knetende und zu mischende Teig in einer Ruhezone 10 vor. Zwischen der Knetzone 9 und einer vertikalen Rotationssymmetrieachse 11 des Bottichs 5 ist ein Leitkörper 12 zum Leiten einer Bewegung des Teiges im Bottich 5 angeordnet. Am Leitkörper 12 ist ein Temperaturfühler 13 des Typs Pt100 angebracht, der in direktem thermischen Kontakt mit dem Teig im Bottich 5 steht. Zwischen dem Leitkörper 12 und der Ruhezone 10 bildet sich im Betrieb der Bearbeitungsvorrichtung 1 eine vertikal verlaufende Luftsäule 14 innerhalb des Bottichs 5 aus.
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Der Bottich 5 wird im Betrieb der Bearbeitungsvorrichtung 1 motorisch in an sich bekannter Weise um die Rotationssymmetrieachse 11 gedreht. Weiterhin wird das Knetwerkzeug 7 um eine zentrale, ebenfalls vertikal verlaufende Knetwendelachse 15, die beabstandet zur Bottich-Rotationssymmetrieachse 11 verläuft, motorisch angetrieben. Die Wendelachse 15 stellt gleichzeitig eine Knet-Drehachse dar, um die sich das Knetwerkzeug 7 beim Kneten dreht. Hierzu ist das Knetwerkzeug 7 drehfest mit einem Antriebsrad 16 verbunden. Um einen Teil des Umfangs des Antriebsrads 16 verläuft ein Antriebsriemen 17, über den das Antriebsrad 16 kraftschlüssig mit einer Antriebswelle 18 eines Knetantriebsmotors 19 verbunden ist. Auch der Knetantriebsmotor 19 ist an der Rahmenplatte 6 angebracht. Die Antriebswelle 18 verläuft parallel zur Wendelachse 15, also ebenfalls vertikal. Das Antriebsrad 16 und der Antriebsriemen 17 sind im Arm 4 des Maschinengehäuses 2 untergebracht. Der Knetantriebsmotor 19 ist im Ständer 3 des Maschinengehäuses 2 untergebracht.
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Mit einer Einstelleinrichtung 20 der Bearbeitungsvorrichtung 1 kann ein Spaltmaß X, also ein Abstand zwischen dem Knetwerkzeug 7 und einer dem Knetwerkzeug 7 nächstliegenden Innenwand 21 des Bottichs 5 verstellt und eingestellt werden. Ein Bestandteil der Einstelleinrichtung 20 ist eine Lagerung des Knetwerkzeugs 7 am gehäusefesten Tragrahmen der Bearbeitungsvorrichtung 1 in Form einer Linearführung 22. Mit der Lagerung kann die Position des Knetwerkzeugs 7 im Bottich 5 verstellt werden. Hierzu hat die Rahmenplatte 6 insgesamt vier Langlöcher 23, die horizontal längs des Armes 4 verlaufen. In jedes der Langlöcher 23 greift eine Verbindungsschraube 24 ein, über die die Rahmenplatte 6 längs der Langlöcher 23 linear beweglich und randseitig geführt mit dem Tragrahmen 2 verbunden ist. Die Langlöcher 23 geben einen Verstellbereich einer linearen Verstellbewegung der Randseite 6 relativ zum Tragrahmen vor. Über die Linearführung 22 kann eine Position des Knetwerkzeugs 7 im Bottich 5 und damit das Spaltmaß X verstellt werden. Hierzu greift an der Rahmenplatte 6 ein Kolben 25 eines doppelt wirksamen Arbeitszylinders 26 an, der gehäusefest angeordnet ist. Der Kolben 25 verläuft horizontal parallel zu den Langlöchern 23, also längs der Linearführung 22. Bei einer Betätigung des Arbeitszylinders 26 wird der Kolben 25 ein- bzw. ausgefahren, so dass die Rahmenplatte 6 relativ zum sonstigen Tragrahmen längs der Linearführung 22 verlagert wird.
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Das Spaltmaß X kann beispielsweise im Bereich zwischen 5 mm und 20 mm und insbesondere zwischen 8 mm und 16 mm einstellbar sein.
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Anstelle des Kolbens 25 kann auch eine Spindel 25 eingesetzt sein, die in ein hierzu komplementär ausgeführtes Innengewinde der Rahmenplatte 6 eingreift. Im Falle des Einsatzes der Spindel 25 wird anstelle des Arbeitszylinders 26 ein die Spindel 25 drehender Servomotor 26 eingesetzt.
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Bei der Verstellung mittels der Linearführung 22 und dem Arbeitszylinder bzw. dem Servomotor 26 werden das Knetwerkzeug 7, die Rahmenplatte 6 und der Knetantriebsmotor 19 gemeinsam linear verlagert.
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Der Arbeitszylinder oder Servomotor 26 steht mit einer Steuereinrichtung 27 der Bearbeitungsvorrichtung 1 in Signalverbindung. Die Steuereinrichtung 27 wirkt mit dem Arbeitszylinder oder Servomotor 26, also mit einer angetriebenen Verlagerungseinrichtung, als Bestandteil der Einstelleinrichtung 20 zur gesteuerten Vorgabe des Spaltmaßes X zusammen.
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Eine Temperaturmessung über den Temperaturfühler 13 kann dazu genutzt werden, während des Knetens die über den Temperaturfühler gemessene Teigtemperatur bei der Vorgabe des Spaltmaßes X mit heranzuziehen. Wenn mithilfe des Temperaturfühlers 13 beispielsweise erfasst wird, dass eine Zunahme der Teigtemperatur innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, beispielsweise pro Minute, zu groß wird, dann kann über die Steuereinrichtung 27 und den Arbeitszylinder oder Servomotor 26 das Spaltmaß X vergrößert werden.
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Anstelle der zentralen Steuereinrichtung 27 kann auch eine Regeleinrichtung vorgesehen sein. Im Falle des Einsatzes der Regeleinrichtung 27 weist die Bearbeitungsvorrichtung 1 eine zusätzliche Knetkraft-Messeinrichtung als Bestandteil der Einstelleinrichtung 20 auf. Die Knetkraft-Messeinrichtung kann durch eine Drehmomentmessung des Knetantriebsmotors 19 realisiert sein. Die Regeleinrichtung 27 kann mit der Verlagerungseinrichtung, also mit dem Arbeitszylinder oder dem Servomotor 26, zur geregelten Vorgabe des Spaltmaßes X abhängig von einer vorgegebenen Soll-Knetkraft zusammenwirken, so dass beim geregelt eingestellten Spaltmaß X die von der Knetkraft-Messeinrichtung gemessene Ist-Knetkraft mit der vorgegebenen Soll-Knetkraft übereinstimmt.
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Die Knetkraft kann beispielsweise über eine Stromaufnahme eines dann als Elektromotor ausgeführten Knetwerkzeug-Antriebsmotors gemessen werden.
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Es ist auch möglich, die Knetkraft mittels einer separaten Knetkraft-Messeinrichtung zu erfassen.
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Zusätzlich oder alternativ kann auch das momentane Spaltmaß X ermittelt und als Ist-Wert an die Regeleinrichtung 27 übermittelt werden. Das Spaltmaß X kann beispielsweise mittels induktiver und/oder kapazitiver Sensoren ermittelt werden, die beispielsweise in einer Wand des Bottichs 5 untergebracht sein können. Es ist auch möglich, die elastische Deformation des Knetwerkzeugs 7 mittels Dehnungsmessstreifen oder piezo-elektrischer Sensoren zu erfassen und daraus eine Veränderung des Spaltmaßes X zu bestimmen. Die elastische Deformation des Knetwerkzeugs 7 kann dazu führen, dass eine Ist-Rotationsachse des Knetwerkzeugs 7 von der Knetwendelachse 15 abweicht.
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Anstelle der Steuereinrichtung oder der Regeleinrichtung 27 kann auch eine passive Knetkraft-Vorgabeeinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung 1 vorgesehen sein, die in den 1 und 2 nicht dargestellt ist. Die passive Knetkraft-Vorgabeeinrichtung dient zur passiven Verlagerung des Knetwerkzeugs 7 relativ zum Tragrahmen und damit relativ zur Innenwand des Bottichs 5, so dass eine vorgegebene Knetkraft beim Kneten des Teigs durch das Knetwerkzeug 7 nicht überschritten wird. Die passive Knetkraft-Vorgabeeinrichtung kann durch einen Hubzylinder realisiert sein, der einen konstanten Anlagedruck des Knetwerkzeugs 7 an der Innenwand 21 des Bottichs 5 während des Knetens des Teigs sicherstellt. Anstelle des Hubzylinders kann auch ein diese Funktion übernehmendes Federelement eingesetzt sein.
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Bei einem Knetvorgang mit dynamischer Spaltmaßverstellung kann berücksichtigt sein, dass die Knetkraft während des Knetens mit der Zeit ansteigt, bis die Knetkraft nach einer gewissen Zeit des Knetens wieder sinkt, was unter dem Stichwort „Überkneten“ bekannt ist. Beim Kneten kann mit einem kleinstmöglichen Spaltmaß X gestartet werden, was zu einer kurzen Mischzeit der Teigkomponenten führt. Sobald sich aus den zugegebenen Teigkomponenten ein Teig ausbildet, wird, vorgegeben über die Steuereinrichtung oder die Regeleinrichtung 27, das Spaltmaß X je nach den voreingestellten Knetparametern oder je nach einer gemessenen Knetkraft, ggf. unter Berücksichtigung der Teigtemperatur, vergrößert. Das Spaltmaß X wird in einem Einstellbereich zwischen 5 mm und 20 mm dabei verändert.
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Anhand der 3 und 4 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer Bearbeitungsvorrichtung 28 zum Kneten und Mischen von Teig beschrieben. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Bei der Ausführung nach den 3 und 4 weist eine Lagerung des Knetwerkzeuges 7 eine Schwenk-Lagerplatte 29 auf. Diese ist um eine vertikale Schwenklagerachse 30, die parallel und beabstandet zur Wendelachse 15 verläuft, schwenkbar am gehäusefesten Tragrahmen der Bearbeitungsvorrichtung 28 angelenkt. Das Knetwerkzeug 7 ist an der Schwenklagerplatte 29 gelagert. Auf der im Bezug auf die Wendelachse 15 der Schwenklagerachse 30 gegenüberliegenden Seite des Knetwerkzeugs 7 hat die Schwenklagerplatte 29 ein in Umfangsrichtung um die Schwenklagerachse 30 verlaufendes Langloch 31. In dieses greift eine Verbindungsschraube ein, die die Schwenklagerplatte 29 um die Schwenklagerachse 30 um einen definierten Spaltmaß-Schwenkbereich schwenkbar mit dem gehäusefesten Tragrahmen verbindet. Benachbart zum Langloch 31 und auf Höhe des von diesem vorgegebenen Umfangs um die Schwenklagerachse 30 greift wiederum ein Hubkolben bzw. eine Spindel 32 eines Arbeitszylinders bzw. eines Servomotors 33 an, der wiederum am gehäusefesten Tragrahmen festgelegt ist. Durch Betätigung des Arbeitszylinders oder des Servomotors 33 wird das Knetwerkzeug 7 mit der Schwenklagerplatte 29 um die Schwenklagerachse 30 verschwenkt. Da der Bottich 5 nicht mitgeschwenkt wird, sondern seine Position relativ zum gehäusefesten Tragrahmen nicht ändert, ändert sich durch die Verschwenkung des Knetwerkzeugs 7 das Spaltmaß X.
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Der Arbeitszylinder oder der Servomotor 33 steht wiederum mit der Steuereinrichtung oder der Regeleinrichtung 27 in Signalverbindung.
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Damit der Kraftschluss des Antriebsriemens 17 bei der Schwenklager-Ausgestaltung nach den 3 und 4 erhalten bleibt, ist der Antriebsriemen 17 elastisch ausgeführt. Der Antriebsriemen 17 kann als Gummi-Keilriemen ausgestaltet sein. Der Antriebsriemen 17 kann bei der Ausgestaltung nach den 3 und 4 mithilfe einer nicht dargestellten Gegenlaufrolle unter Spannung gehalten werden.
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Anhand der 5 und 6 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer Bearbeitungsvorrichtung 34 zum Kneten und Mischen von Teig beschrieben. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Bei der Bearbeitungsvorrichtung 34 ist die Lagerung des Knetwerkzeuges 7 als Exzenterlagerung ausgeführt. Diese hat einen Exzenterring 35 mit horizontal verlaufender Ringebene. In dem Exzenterring 35 ist das Knetwerkzeug 7 drehbar gelagert. Zwischen einer Rotationssymmetrieachse 36 des Exzenterrings 35 einerseits und der Wendelachse 15, also der Drehachse des Knetwerkzeugs 7 andererseits liegt eine Exzentrizität E vor, die ein Maß für die Verstellbarkeit des Spaltmaßes X bei der Bearbeitungsvorrichtung 34 ist. Der Exzenterring 35 kann um die Rotationssymmetrieachse 36 innerhalb einer am gehäusefesten Tragrahmen festgelegten Exzenterringaufnahme 37 verdreht werden. Hierzu dient ein Exzenterringantrieb 38 mit einem Hubkolben bzw. einer Spindel 39, die an einem drehfest mit dem Exzenterring 35 verbundenen Radial-Fortsatz 40 des Exzenterrings 35 angreift.
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Die Exzenterringaufnahme 37 stellt gleichzeitig das Antriebsrad für den Knetwerkzeugantrieb mit dem Knetantriebsmotor 19 dar.
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Durch Betätigung des Exzenterringantriebs 38, der wiederum als Arbeitszylinder oder als Servomotor ausgeführt sein kann, wird der Exzenterring 35 in der Exzenterringaufnahme 37 verdreht, so dass sich entsprechend die Wendelachse 15 um die Rotationssymmetrieachse 36 des Exzenterrings 35 dreht. Hierdurch verändert sich je nach Stellung des Exzenterrings 35 das Spaltmaß X zwischen dem Knetwerkzeug 7 und der Innenwand 21 des Bottichs 5.
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Der Exzenterringantrieb 38 steht wiederum mit der Steuereinrichtung oder der Regeleinrichtung 27 in Signalverbindung.
