DE3744437A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer knet- und mischmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Knet- und Mischmaschine, gegebenenfalls mit den ihr zugeordneten Auslaßvor­ richtungen der die Zutaten enthaltenden Silos, insbesondere für Mehle und Wasser, zur automatisierten Teigherstellung für Brot oder Gebäck unterschiedlichster Rezepturen, wobei die Knet- und Mischmaschine zur Programmierung ihrer verschiedenen Geschwindigkeitsbereiche mit einem Zeitschaltsystem versehen ist und Sensoren zur Messung von Teig­ zustandsgrößen aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung des Verfahrens, bestehend aus einer Knet- und Mischmaschine, einem integrierten oder als selbständige Einheit arbeitenden Rechner sowie Sensoren, welche die Zustandsgrößen der Zutaten und des Teiges während des Knet- und Mischprozesses kontinuierlich messen.

Es ist seit langem das Bestreben, die Herstellung von Teigen für Brot oder Gebäck zu automatisieren. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es erforderlich, daß möglichst wenige Veränderliche den Herstellungsprozeß beeinflussen. Hierzu zählen besonders die Eigenschaften der Zutaten und ihr unterschiedliches Verhalten durch äußere Bedingungen, wie Feuchtig­ keit und Temperaturen der Bearbeitungsräume.

Mehle verhalten sich nicht nur unterschiedlich hinsichtlich ihrer Art, wie Roggen- oder Weizenmehl, sondern bei gleicher Art sind die Eigen­ schaften noch abhängig vom Herkunftsort und vom Jahrgang. Um das unterschiedliche Verhalten möglichst zu reduzieren und zu normieren, stellen die Mühlen Verschnitte her, so daß definierte Mehleigenschaften vorliegen. Durch Typenbezeichnungen, wie beispielsweise Roggenmehl Typ 997 oder 1150 oder Weizenmehl Typ 1050, kann sichergestellt werden, daß die verwendeten Mehle unabhängig vom Herstellungsort und Jahrgang sind und definierte Eigenschaften besitzen, welche einem automatischen Herstellungsprozeß zugrundegelegt werden können.

Zur Reduzierung der Beeinflussung des Herstellungsprozesses durch äußere Bedingungen, wie Luftfeuchtigkeit und Raumtemperatur, ist es bekannt, den Herstellungsprozeß in klimatisierten Räumen durchzuführen. Dies ist mit einem erheblichen Aufwand verbunden, welcher praktisch nur von Großbetrieben wirtschaftlich aufgebracht werden kann.

So ist es bereits bekannt, für die komplexen Funktionsabläufe bei der Teigherstellung in Großbetrieben mit klimatisierten Räumen Rechner bzw. Computer zur Steuerung der gesamten Anlage einzusetzen. Danach werden beispielsweise die einzelnen Mehlsorten automatisch aus den Silos abgerufen, abgewogen und gefördert und die entsprechend temperierte Wassermenge beigegeben. Von dem zentralen Rechner wird der Ablauf des Misch- und Knetprozesses gesteuert, wobei alle Funktionen in der richtigen Reihenfolge ablaufen. Hierfür werden spezielle Pumpen in Verbindung mit Trockenstoffdosiereinrichtungen verwendet. Die Dosierung der flüssigen Bestandteile übernehmen Dosierpumpen und Dosierbandwaagen oder Waagen mit Kippbebältern geben die pulverförmigen Stoffe zu. Die Dosiergeräte können verschiedenen Teigsorten bzw. Rezepturen beispiels­ weise durch Vorwahleinstellung angepaßt werden.

Aus der EP-A2 01 91 288 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Teigbereitung für Brot oder Feingebäck bekannt, bei dem ein Mischer verwendet wird, dem Zutaten zugeführt werden, welche zu einem Teig verarbeitet werden, dessen Zustand überprüft und durch Zugabe eines Hauptbestandteils periodisch geändert wird. Hierbei wird bei der Eingabe in den Mischer ein Hauptbestandteil in einer Menge eingegeben, die anteilsmäßig unterhalb einer Mindestmenge liegt, welche unter Berücksichtigung veränderlicher Materialeigenschaften anzusetzen ist. Die Eigenschaft des Teiges bzw. sein Zustand wird in einem ersten Meßzeitpunkt anhand einer Sonde ermittelt, welche als Spezialsonde ausgebildet ist und die Temperatur des Teiges und einen Wert bestimmt, mit dem auf die vorhandene Viskosität geschlossen wird. Durch Messungen in bestimmten Intervallen werden die noch fehlenden Mengen an be­ stimmten Zutaten ermittelt und zugegeben.

Dieses Verfahren nähert sich asymptotisch dem Sollwert, in dem zu bestimmten Zeitpunkten jeweils reduzierte Mengen an Zutaten, vornehm­ lich Wasser, zugegeben werden.

Eine solche Teigbereitung setzt neben allgemeinen Erkenntnissen für jedes Rezept und für jede zu bearbeitende Menge eine große Zahl von Kennlinienfelder oder Datenfelder voraus, die den Meßwerten in den entsprechenden zeitlichen Phasen zuzuordnen sind und welche in Pilot­ projekten unter gleichen oder vergleichbaren Zuständen vorbestimmt werden müssen.

Dieses bekannte Verfahren ist wegen der aufwendigen Voraussetzungen äußerst kompliziert und mögliche Störungen in den Intervallen zwischen den festgelegten Meßzeiten können als solche nicht erkannt und berück­ sichtigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, insbesondere für Bäcke­ reien der herkömmlichen Art, d.h. für nichtklimatisierte Backstuben ge­ ringen Außmaßes, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, mit dessen Hilfe eine automatische Teigbereitung einer großen Anzahl von Rezepten in einfacher Weise durchgeführt werden kann, wobei eine Knet- und Mischmaschine als zentrale Steuereinheit oder ein separater Rechner eingesetzt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Erfindung dadurch, daß in das als programmierbarer Rechner mit Eingabetastatur ausgebildete Zeitschaltsystem zum Aufruf eines gespeicherten Rezepts und seines Herstellprogrammes eine Kennung eingegeben wird, wodurch mit Hilfe des angewählten Programmes die erforderlichen Zutaten hinsichtlich ihrer Menge und ihrer notwendigen Zustandsgrößen angezeigt oder durch Ansteuerung entsprechender Schaltkreise von den Auslaßvorrichtungen der betreffenden Silos angefordert und in vorgegebener Menge unter program­ mäßiger Berücksichtigung ihrer fortlaufend gemessenen und dem Rechner zugeführten Eingangszustandsgrößen dem Knetbottich zugegeben werden, wobei ferner während des gesamten Misch- und Knetprozesses im Bottich durch mindestens einen Sensor aufgenommene Temperaturwerte dem Rechner fortlaufend zugeleitet werden, welcher diese zur Erzielung programmäßig vorgegebener Sollwerte des Teigzustandes in der Knetphase auswertet und Steuerbefehle zur Anpassung des Misch- und Knetprozesses an die Knetmaschine abgibt.

Danach werden sämtliche Zutaten nach dem gewählten Rezept und in der vorgegebenen Menge in den Knetbottich gegeben, wobei die Temperatur des erforderlichen Wassers aufgrund der Temperaturwerte der Zutaten errech­ net und vorbestimmt wird. Mit Hilfe der fortlaufend gemessenen Tempe­ ratur des Teiges wird das Zeitschaltsystem der Knet- und Mischmaschine gesteuert, so daß beispielsweise bei Erreichen des Sollwertes der Knetvorgang automatisch beendet wird.

Die Temperaturen des Teiges werden vorteilhaft an seiner Oberfläche im Bottich der Knet- und Mischmaschine während des gesamten Misch- und Knetprozesses gemessen und dem Rechner zur Auswertung und konti­ nuierlichen Steuerung der Knet- und Mischmaschine zugeführt. Der Rechner legt die Laufzeiten der Geschwindigkeitsstufen der Knet- und Mischmaschine aufgrund der fortlaufend aufgenommenen Temperaturmeßwerte fest und steuert diese während des gesamten Herstellungsprozesses.

Die Zustandsgrößen der Zutaten werden dem Rechner gemäß der Erfindung direkt eingegeben oder werden von den Meßsonden automatisch abgerufen und dem Rechner zugeführt.

Die Temperaturmessung der Oberfläche des Mischgutes und Teiges erfolgt in Weiterbildung der Erfindung im Bottich der Knet- und Mischmaschine mit Hilfe eines als Strahlungssonde ausgebildeten Sensors, deren Meßstrahl auf die Teigoberfläche gerichtet ist.

Gemäß der Erfindung sind in dem Rechner der Knet- und Mischmaschine eine Vielzahl von Rezepturen mit Mengenangaben und Zustandsgrößen sowie funktionalen Abhängigkeiten zwischen diesen veränderbaren Größen gespeichert, so daß bei Vorgabe einer bestimmten Menge einer Zutat die Mengen der davon abhängigen weiteren Zutaten und ihre Zustandgrößen als Steuergrößen vorliegen und funktional wirksam sind.

Die Meßwerte der von der Knet- und Mischmaschine entfernt liegenden Sensoren können vorteilhaft auch drahtlos übertragen und dem Rechner zugeführt werden, so daß sich eine Verkabelung erübrigt.

Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist das Zeitschalt­ system nach der Erfindung als programmierbarer Rechner mit Eingabe­ tastatur und einer optischen Anzeigevorrichtung (Display) ausgebildet, wobei in dem Rechner eine ausreichende Speicherkapazität vorgesehen ist, so daß eine Vielzahl Rezepte und ihre Herstellprogramme ge­ speichert werden können. In dem Knetbottich ist vorteilhaft ein Temperatursensor angeordnet, dessen Meßwerte dem Rechner zuführbar sind.

In Weiterbildung der Erfindung ist der programmierbare Rechner als zentrale Steuereinheit ausgebildet und ist von der Knet- und Misch­ maschine mechanisch getrennt jedoch elektrisch verbunden angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der programmierbare Rechner mit dem Zeitschaltsystem der Knet- und Mischmaschine integriert und im Kopfteil derselben angeordnet.

Der in dem Knetbottich angeordnete Temperatursensor ist vorteilhaft als Strahlungssonde ausgebildet, so daß die Temperatur der Teigoberfläche in dem sich drehenden Bottich entlang einer Kreislinie kontinuierlich während des gesamten Herstellungsprozesses gemessen werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Teig- und Knetmaschine in Seitenansicht, und

Fig. 2 eine Konsole mit einer Anzeige- und Bedienungsvorrich­ tung.

In Fig. 1 ist ein rotierbarer Bottich 1 auf einem fahrbaren Getriebe- bzw. Maschinengehäuse 2 befestigt. In den Bottich 1 ragen Knetwerkzeuge 3, die in dem Turm 4 des Getriebe- bzw. Maschinengehäuses 2 geführt werden. Das Schutzgitter 5 ist um den Drehpunkt 6 schwenkbar gelagert und innerhalb des Gehäuses mit einem nicht näher dargestellten Schalter mechanisch verbunden. Die Betätigungsorgane befinden sich an der Frontseite 7 des Turmes 4, welche anhand der Fig. 2 näher beschrieben werden. In der hier dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Rechner mit seinen Speichern und Prozessoren in dem Turm 4 angeordnet.

Die Fig. 2 zeigt die Bedienungskonsole 8 mit den Anzeigeelementen und Tastaturen für die Eingabe. Die Anzeigefelder 9 bis 14 bestehen bei­ spielsweise aus mehrstelligen Flüssigkristallanzeigen. So zeigt das Feld 9 die Laufzeit an, während das darunter befindliche Feld 15, welches aus Halbleiterleuchtdioden aufgebaut ist, die dazugehörigen Geschwindigkeitsstufen angibt. Das Feld 10 ist für die Anzeige der Temperatur der Teigoberfläche im Bottich 1 vorgesehen. Durch diese Anzeige ist neben der automatischen Funktion auch eine Überwachung des Arbeitsprozesses durch die Bedienungsperson möglich.

Das Feld 11 gibt das Teiggewicht in Kg an, welches dem im Feld 13 angezeigten Programm oder der eingegebenen Vorgabe entspricht. Das Feld 12 ist, ähnlich wie das Feld 9, mit einem Leuchtdiodenfeld 16 gekoppelt, so daß das Feld 12 die Menge und das Feld 16 die spezifische und dazugehörige Substanz bzw. Zutat durch Aufleuchten anzeigt. Das Feld 14 gibt die Teigausbeute in Prozent an.

Bei den Feldern 17, 18 und 19 handelt es sich um Tastaturen zur Betätigung und Steuerung der Vorrichtung sowie zur Eingabe von Werten der verschiedensten Art, wie aus der Symbolik ersichtlich ist.

Die Tastatur besteht dabei aus einer Folientastatur, welche in der staubhaltigen Luft in der Backstube besonders gut geeignet ist. Eine solche Tastatur läßt sich auch sehr leicht reinigen.

Die Steuerung weist als potentialfreie Kontakte die folgenden Ausgänge auf, nämlich die Drehzahl I in der niedrigen Stufe, die Drehzahl II in der hohen Geschwindigkeitsstufe, die Laufrichtung links, die Laufrich­ tung rechts, die Mehlsiloanforderung, die Wasserdosierungsanforderung und die Eingänge, nämlich für den Sicherheitsschalter vom Schutzdeckel 5, für das Strahlungsthermometer, welches als Pyrosor ausgebildet ist. Die Temperaturmessung erfolgt damit berührungsfrei, so daß keine Temperaturbeeinflussung durch Reibung am Thermometer und damit Verfälschung der Messung auftreten kann.

Das gesamte Steuer- und Rechnerprogramm wird von einem Mikroprozessor geführt.

Die Eingabe neuer Programme oder die Anderung bereits eingegebener Programme erfolgt durch Betätigung der Taste PROGR im Tastenfeld 18 und Eingabe eines vorgegebenen Codes. Der Aufruf eines gespeicherten Pro­ grammes geschieht durch Betätigung der Taste PROGR im Feld 18 und Eingabe einer vorgegebenen Programmnummer im Tastenfeld 19. Durch Betätigung der Starttaste im Feld 17 läuft das gewählte Programm ab.

In einer einfachen Ausführungsform zeigt die Anzeige die erforderlichen Werte der Zutaten und ihrer Temperaturen an, wobei die Misch- und Knetmaschine vom Prozessor automatisch gesteuert wird.

In einer erweiterten Ausführungsform der Erfindung ist die Knet- und Mischmaschine als zentrale Steuereinheit ausgebildet, welche die Silos und den Wasseraufbereiter und Mischer regelt und die entsprechenden Zutaten programmgemäß abruft, welche über nicht näher dargestellte Mittel, wie Bänder und Zuführungsrutschen oder Röhren dem Bottich zugeführt werden.

Schließlich läßt sich der Prozessor auch außerhalb der Knet- und Mischmaschine anordnen, so daß dieser sich für weitere Zwecke verwenden läßt. In diesem Fall ist die Knet- und Mischmaschine galvanisch mit dem Rechner verbunden, so daß seine Steuerung durch den entfernt liegenden Prozessor gegeben ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung einer Knet- und Mischmaschine, gegebe­ nenfalls mit den ihr zugeordneten Auslaßvorrichtungen der die Zutaten enthaltenden Silos, insbesondere für Mehle und Wasser, zur automatisierten Teigherstellung für Brot oder Gebäck nach unterschiedlichsten Rezepturen, wobei die Knet- und Misch­ maschine zur Programmierung ihrer verschiedenen Geschwindig­ keitsbereiche mit einem Zeitschaltsystem verbunden ist und Sensoren zur Messung von Teigzustandsgrößen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in das als programmierbarer Rechner mit Eingabetastatur ausgebildete Zeitschaltsystem zum Aufruf eines gespeicherten Rezepts und seines Herstellprogrammes eine Kennung eingegeben wird, wodurch mit Hilfe des angewählten Programmes die erforderlichen Zutaten hinsichtlich ihrer Menge und ihrer notwendigen Zustandsgrößen angezeigt oder durch Ansteuerung entsprechender Schaltkreise von den Auslaßvorrichtungen der betreffenden Silos angefordert und in vorgegebener Menge unter programmäßiger Berücksichtigung ihrer fortlaufend gemessenen und dem Rechner zugeführten Eingangszustandsgrößen dem Knetbottich zugegeben werden, und daß ferner während des gesamten Misch- und Knetprozesses im Bottich durch mindestens einen Sensor aufgenommene Temperaturwerte dem Rechner fortlaufend zugeleitet werden, welcher diese zur Erzielung programmäßig vorgegebener Sollwerte des Teigzustandes in der Knetphase auswertet und Steuerbefehle zur Anpassung des Misch- und Knetprozesses an die Knetmaschine abgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bottich der Knet- und Mischmaschine während des gesamten Misch- und Knetprozesses Temperaturen der Teigoberfläche gemessen und dem Rechner zur Auswertung und kontinuierlichen Steuerung der Knet- und Mischmaschine zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner die Laufzeiten der Geschwindigkeitsstufen der Knet- und Mischmaschine aufgrund der fortlaufend aufgenommenen Tempe­ raturmeßwerte festlegt und steuert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsgrößen der Zutaten dem Rechner eingegeben oder automatisch abgerufen und dem Rechner zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessung der Oberfläche des Mischgutes und Teiges im Bottich der Knet- und Mischmaschine mit Hilfe eines als Strahlungssonde ausgebildeten Sensors erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung der Soll­ werte des Teigzustandes in der Endphase des Knetvorganges vom Rechner Steuerbefehle zur ergänzenden Zuführung einer aus temperiertem Wasser bestehenden Zutat ausgehen oder diese Zutat durch Ansteuerung der Auslaßvorrichtung des betreffenden Wasser­ behälters in der vom Rechner ermittelten Temperatur dem Bottich der Knet- und Mischmaschine zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rechner der Knet- und Mischmaschine eine Vielzahl von Rezepturen mit Mengenangaben und Zustandsgrößen sowie funktionalen Abhängigkeiten zwischen diesen veränderbaren Größen gespeichert sind, so daß bei Vorgabe einer bestimmten Menge einer Zutat die Mengen der davon abhängigen weiteren Zutaten und ihre Zustandgrößen als Steuer­ größen vorliegen und funktional wirksam sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte der von der Knet- und Mischmaschine entfernt liegenden Sensoren drahtlos übertragen und dem Rechner zugeführt werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 mit einer Knet- und Mischmaschine, welche gegebenenfalls mit den ihr zugeordneten Auslaßvorrichtungen der Silos, insbe­ sondere für Mehle und Wasser, zur automatisierten Teigher­ stellung für Brot oder Gebäck unterschiedlichster Rezepturen, mit einem Zeitschaltsystem verbunden ist und Sensoren zur Messung von Teigzustandsgrößen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitschaltsystem als programmierbarer Rechner mit Eingabetastatur (17, 18, 19) und einer optischen Anzeigevor­ richtung (Display) (9 bis 16) ausgebildet ist, wobei in dem Rechner eine Vielzahl Rezepte und ihre Herstellprogramme gespeichert sind und daß in dem Knetbottich (1) ein Temperatur­ sensor angeordnet ist, dessen Meßwerte dem Rechner konti­ nuierlich zuführbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der programmierbare Rechner als zentrale Steuereinheit ausgebildet und von der Knet- und Mischmaschine getrennt angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der programmierbare Rechner mit dem Zeitschaltsystem der Knet- und Mischmaschine integriert und im Kopfteil derselben angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Knetbottich angeordnete Temperatursensor als Strahlungssonde ausgebildet ist.