DD280252A1

DD280252A1 - Verfahren und einrichtung zum steuern von kontinuierlich arbeitenden temperiermaschinen

Info

Publication number: DD280252A1
Application number: DD89326328A
Authority: DD
Inventors: Dieter Runge; Ernst-Friedrich Bruns
Original assignee: Nagema Veb K
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1990-07-04
Also published as: IT9047727A1; DK42390D0; IT9047727A0; DE4004491A1; IT1240082B; DK42390A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern von kontinuierlich arbeitenden Temperiermaschinen. Die Erfindung wird angewendet in Temperiermaschinen und betrifft ein Verfahren und eine Steuereinrichtung einer kontinuierlich arbeitenden Temperiermaschine, bei der die Temperierung der Schokoladenmasse in drei Stufen, zwei Kuehlstufen und einer Anwaermstufe erfolgt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Loesung zu finden, die bei minimalem regelungstechnischen Aufwand eine Optimierung der Prozessfuehrung ermoeglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die Abkuehlung in der 1. Kuehlstufe bei einer grossen Temperaturdifferenz zwischen Schokoladenmasse und Kuehlmittel von 20 K bis 40 K erfolgt und in der 2. Kuehlstufe die Temperaturdifferenz zwischen Kuehlmedium und Schokolade nur noch 6 K bis 14 K betraegt. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird angewendet in Temperiermaschinen und betrifft ein Vorfahren, bei dem die Temperierung der Schokoladenmasse in drei Stufen, zwei Kühlstufen und einer Anwärmstufe erfolgt, wobei durch intensive Durr.hrnischung und Abstreifender Schokoladenmasse an dor Wandung in der LKühlstiife die Schokoladenmasse bis zum Erreichen der Kristallbildungstemperatur gekühlt und in der 2. Kühlstufe in einem technologisch erforderlichen Temperaturbereich gehalten wird, um die notwendige Anzahl Kristalle zu erzeugen. In der Anwärmstufe wird die Schokoladenmasse auf Verarbeitungstemperatur gebrach;.

Die dazugehörige Einrichtung betrifft eine Steuerung, bestehend aus einem Wärmetauscher mit zwei Kühlstufen und einer Anwärmstufe, wobei ie ein separater Kühlmittelstrom für die Kühlstufen und die Anwärmstufe vorhanden ist und Stellglieder zur Beeinflussung des Kühlmi'teldurchsatzes und/oder der Kühlmitteltemperatur angeordnet sind.

Charakteristik der bekannten technischen '.ösungen'

Viele der bekannten kontinuierlich arbeitenden Temperiermaschinen bestehen aus 2 Kühlstufen und einer Anwärmstufe Eine derartige Lösung ist aus der DD-PS 136570 bekannt. Die erwärmte, flüssige Schokoladenmasse wird mittels Kühlmittels in einer öioßvolumigen Vorkühlzone bis zum Erreichen der Kristallbildungstemperatur gekühlt. In der 2. Kühlstufe wird diese zur Erzielung der technologisch erforderlichen Anzahl von Kristallen gehalten und anschließend in der letzten Kühlstufe auf die Verarbeitungstemperatur gebracht. Das erfolgt, indem die Masseteilchen durch einen kombinierten Förder- und Mischvorgang zwangsweise und kontinuierlich durch die einzelnen Temperierstufen hindurchgeführt werden. Im Temperaturbereich, wo ein Gleichgewichtszustand zwischen kristalliner und flüssiger Fettphase erreicht ist, muß die Schokoladenmasse zur Bildung der erforderlichen Anzahl Kristalle 1 bis 3 Minuten verharren. Das wird durch die Verlangsamung des Förderstroms und/oder durch die Verlängerung der Förderstrecke erreicht. Die Steuerung erfolgt, indem die in die separaten Temperierstufen und geschlossenen Kühlmittelkreisläufe eingebauten Temperaturmeßfühler in Verbindung mit Reglern und Stelleinrichtungen die konstante Schokoladentemperatur der jeweiligen Temperierstufen aufrechterhalten. Die Wahl dieser konstanten Temperatur erfolgt nach einem rezepturbedingten Temperatur-Zeit-Regime. Dieses Temperatur-Zeit-Regime beruht auf Erfahrungswerten.

Dm die Betriebssicherheit derartiger Temperiermaschinen zu erhöhen, werden von einigen Herstellern Maschinen mit mehr als den allgemein üblichen 3 Temperierstufen angeboten. Es existieren Anlagen, in denen 7 Stufen realisiert sind.

Diese Maschinen haben den Nachteil, daß ein ungleich höherer maschinen- und regelungstechnischer Aufwand notwendig wird. Die Energiebilanz ist ungünstig, da keine intensive Bewegung des Kühlmittels erfolgt und demzufolge der Wärmeübergang relativ ungünstig ist. Hinzu kommt, daß die TemperaUirführung in den einzelnen Stufen von einer Bedienkraft nicht optimiert werden kann.

Aus der DD-PS 241009 ist eine Lösung bekannt, bei der diese Nachteile weitgehend vermieden werden. Die dort vorgestellte Temperiermaschine verfügt ebenfalls über 2 Kühlstufen und eine Anwärmstufe. Neu ist die regelungstechnische Verknüpfung der Kühlstufen untereinander und die Anordnung der dazu notwendigen zusätzlichen Meßwertgeber. Die Kühlmittelkreisläufe im Doppelmantel der Kühlstufen sind offen, d.h. das Kühlmittel zirkuliert nicht. Über den Kühlmittelzufluß wird auf die Temperatur der Schokoladenmasse eingewirkt.

am Eingang und Ausgang des vom Kühlmittel durchströmten Doppelmantels jeder Kühlstufe sind Vergleicher für die Temperaturv ugleiche zwischen den jeweiligen Eintritts- und Austrittstemperaturan angebracht. Vergleicher sind ebenfalls zwischen dem durch einen Meßwertgeber ermittelten Wert für den teilkristallinen Zustand und einem rezepturbedingten, vorgegebenen Sollwert in jeder Kühlstufe angeordnet. Zwischen den Kühlstufen ist ein koordinierender Ausgang vorgesehen und für die gesamte Einrichtung ist eine an sich bekannte zentrale Anzeige vorhanden. Dabei ist der koordinierende Ausgang über die Ausqabe mit einem Vergleicher zwischen Motorstrom und einem rezepturbedingten Sollwert verbunden. An der zentralen Anzeige sind die Meßwerte für das Kühlmittel, die Meßwerte für den teilkristallinen Zustand, die Meßwerte für den Motorstrom und die Meßwerte für die Temperatur in der Anwärmstufe sichter und die Sollwerte abrufbereit. Die Überschreitung der durch die Sollwerte gegebenen Grenzwerte ist auf der zentralen Anzeine sichtbar.

Nachteilig hierbei ist, daß der Aufwand für die zahlreichen Meßstellen und für die regelungstechnische Verknüpfung hoch ist. Die Energiebilanz gestaltet sich infolge des schlechten Wärmeübergangs in der 2. Kühlstufe relativ ungünstig.

Zu Vermeidung dieses Nachteiles wurde bereits vorgeschlagen, nur u.ne Kühlstufe anzuwenden. Damit entfällt ein erheblicher Teil des regelungstechrischen Aufwandes. Es ist jedoch nicht möglich, den Abkühl- und Kristallisationsprozeß optimal zu gestalten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den regelungstechnischen Aufwand zu senken und Energiebilanz zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, die bei minimalem regelungstechnischem Aufwand eine Optimierung der Prozeßführung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abkühlung in der 1. Kühlstufe bei einer großen Temperaturdifferenz zwischen Schokoladenrnasse und Kühlmittel von 20K bis 4OK erfolgt und in der 2. Kühlstufe die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Schokolade nur noch 6K bis 14K beträgt.

Die dazugehörige Steuereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleicher für die Schokoladentemperatur mit oinem Sollwert für die Schokoladentemperatur und einem Temperaturmeßgebor für die Austrittstemperatuf der Schokoladenmasse aus der zweiten Kühlstufe gekoppelt ist und über ein Zeitglied zeitverzögert mit einem Schriftsteller verbunden ist, der einen variablen Sollwert erzeugt, der wiederum über einen Vergleicher für die Temperatur des Kühlmittels mit dem Temperaturmeßgeber für die Kühlmitteltemperatur und dem Stellglied für das Kühlmittel verbunden ist. Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vortei¹, daß in der 1. Kühlstufe eine gute Ausnutzung der Wärmetauschflächen zu verzeichnen ist. Damit wird sehr frühzeitig ein Temperaturniveau erreicht, aus dem heraus bei geringer Absenkung der Schokoladentemperatur die Kristallisation beginnt. Für diesen in der 2. Kühlstufe stattfindenden Kristallbildungsprozeß bestehen günstige Voraussetzungen, da eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der gesamten Stufe vorliegt. Ein guter Wärmeübergang ist gewährleistet durch die Zirkulation des Kühlmittels und die Möglichkeit, eine optimale Kühlmitteltemperatur vorzugeben. Diese Temperatur kann so eingestellt werden, daß ein Gleichgewicht der Wärmebilanz erreicht wird, d. h., daß die Schokoladenmasse beim Verlassen der zweiten Kühlstufe die optimale Unterkühlungstemperatur und einen ausreichenden Kristallisationszustand erreicht hat.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen haben folgende Bedeutung:

Fig.¹: Prinzipdarstellung des Wärmetauschers der Temperiermaschine mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung Fig. 2: Blockschaltbild der Steuereinrichtung für die erste Kühlstufe Fig.3: Blockschaltbild der Steuereinrichtung für die zweite Kühlstufe Fig.4: Blockschaltbild der Steuereinrichtung für die Anwärmstufe.

Aus einem hier nicht dargestellten Vorrats- und Mischbehälter fördert eine nicht dargestellte Pumpe die untemperierte Schokoladenmasse über einen Einlauf 1 in den in Figur 1 dargestellten Wärmetauscher. Der Wärmetauscher besteht aus einer ersten Kühlstufe 2, einer zweiten Kühlstufe 3 und einer Anwärmstufe 4. Innerhalb des Wärmetauschers, der über seine gesamte Länge mit einem Doppelmantel 7 versehen ist, rotiert ein Mischorgan 5, das über einen Motor 6 angetrieben wird. Im Doppelmantel 7 strömt Kühlmittel, vorzugsweise Wasser. Dem Kühlmittelkreislauf jeder Kühlstufe 2,3 sowie der Anwäfmestufe 4 sind Stellglieder 13 zugeordnet.

Der Kühlmittelkreislauf der ersten Kühlstufe 2 ist offen, d. h., das Kühlmittel zirkuliert nicht. Der Volumenstrom und die niedrige Temporatur des Kühlmittels bewirken den Kühleffekt. Die Temperatur der Schokoladenmasse wird über einen Temperaturmeßgeber 9.1 erfaßt und über einen Vergleicher 14.1 (siehe auch Figur 2) mit dem technolo^icch vorgegebenen Sollwert 15.1 für die Schokoladentemperatur verglichen. Danach wird ein entsprechendes Signal an das Stellglied 13.1 ausgegeben, das das Kühlmittel einspeist.

In der zweiten Kühlstufe 3 kommt ein geschlossener Kreislauf des Kühlmittels zur Anwendung, d. h., im Leitungssystem 8.2 der zweiten Kühlstufe zirkuliert das Kühlmittel. Dazu sind außer einem Stellglied 13.2 für die zweite Kühlstufe im Leitungssystem 8.2 eine Zirkulationspumpe 11.1 und ein Temperaturmeßgeber 10.1 für die Temperatur des Kühlmittels eingebunden. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Regulierung der Temperatur des Kühlmittels und der Schokcladenmasse in der zweiten Kühlstufe 3 soll nunmehr an Hand von Figur 3 erläutert werden. Ein Vergleicher 14.2 vergleicht die von einem Sollwert 15.2 für die Schokoladentemperatur und einem Temperaturmeßgeber 9.2 für die Austrittstemperatur der Schokoladenmasse gelieferten Werte. Danach wird über einen Schrittsteller 17 eine Korrektur des Sollwertes 15.3 für die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Kühlstufe ausgegeben. Das geschieht zeitverzögert, was auf die Wirkung eines zwischen Vergleicher 14.2 und Schrittsteller 17 geschalteten Zeitgliedes 16 zurückzuführen ist. Dieser variable Sollwert 15.3 für die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Kühlstufe wird jetzt mit einem Temperaturmeßgeber 10.1 für die Temperatur des Kühlmittels durch einen Vergleicher 14.3 verglichen und das Stellglied 13.2 für die Kühlmitteleinspeisung in die zweite Kühlstufe angesteuert. Der variable Sollwert 15.3 wird so lange schrittweise verändert, bis der Temperaturmeßwert am Temperaturmeßgeber 9.2 mit dem Sollwert 15.2 für die Schokoladentemperatur in der 2. Kühlstufe übereinstimmt. In der Anwärmstufe 4 kommt ebenfalls ein geschlossener, aber bereits durch den Stand der Technik bekannter Kühlmittelkreislauf zur Anwendung. Zusätzlich zu dem Tempsraturmeßgeber 10.2 für die Temperatur des Kühlmittels, dem Stellglied 13.3 und der Zirkulationspumps 11.2 ist hier eine Heizung 12 in das Leitungssystem 8.3 eingebunden. Die Funktionsweise ist aus Figur 4 ersichtlich. Ein Sollwert 15.4 für die Temperatur des Kühlmittelsund ein Temperaturmeßgeber 10.2 für die Temperatur des Kühlmittels werden über einen Vergleicher 14.4 verglichen. Daraus folgt ein Signal an das Stellglied 13.3.

Durch die oben beschriebene erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann ein neuartiges Verfahren realisiert werden. Die Temperaturführung ist aus Figur 6 ersichtlich.

Inder ersten Kühlstufe 2 wird von einer Ausgangstemperatur Ti auf eine Solltemperatur T₂ am Austritt aus der ersten Kühlstufe 2 abgekühlt. Dabei erfolgt eine rasche Abkühlung der Schokoladenmasse, d. h., es wird mit einer großen Temperaturdifferenz zwischen Schokoladenmasse und Kühlmittel gearbeitet. Die Temperaturdifferenz bewegt sich im Bereich von 20 K bis 40 K. In der Figur 5 kann man das aus dem steilen Abfall der Kurve ersehen. Dabei ist unerheblich, ob mit oder ohne Vorkühlung in vorgeschalteten Aggregaten oder Fördereinrichtungen gearbeitet wird.

Mit der Ausgangstemperatur T₂ !ritt die Schokoladenmasse in die zweite Kühlstufe ein. Innerhalb der zweiten Kühlstufe wird mit einem sehr geringen Temperaturgradienten gearbeitet, d. h., der Unterschied zwischen der Temperatur der Schokoladenmasse und der Temperatur des Kühlmittels ist sehr gering. Er sollte sich im Bereich zwischen 6 K und 14 K bewegen. Innerhalb der zweiten Kühlstufe 3 setzt beim Erreichen von Kristallbildungstemperatur T₃ die Kristallbildung ein. Am Ausgang der zweite Kühlstufe 3 ist die Solltemperaturt T₄ erteicht. Die Kristallbildung ist im wesentlichen abgeschlossen und die Schokoladenmasse wird nun wie üblich wieder leicht angewärmt, bis die Verarbeitungstemperatur T₅ erreic¹-" '«st. Damit steht eine für die Verarbeitung geeignete, temperierte Schokoladenmasse zur Verfügung.

Claims

1. Verfahren zum Steuern kontinuierlich arbeitender Temperiermaschinen, bei dem

• die Temperierung der Schokoladenmasse in drei Stufen,

• zwei Kühlstufen und

• einer Anwärmstufe erfolgt, wobei

• durch intensive Durchmischung

• und Abstreifen der Schokoladenmasse an der Wandung

• in der 1. Kühlstufe die Schokoladenmasse bis zum Erreichen der Kristallbildungstemperatur gekühlt und

• in der 2. Stufe in einem technologisch erforderlichen Temperaturbereich gehalten wird, um die notwendige Anzahl Kristalle zu erzeugen und

• in der Anwärmstufe auf Verarbeitungstemperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• die Abkühlung in der 1. Kühlstufe bei einer großen Temperaturdifferenz zwischen Schokoladenmasse und Kühlmittel von 20K bis 4OK erfolgt und

• in der 2. Kühlstufe die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Schokolade nur noch 6K bis 14K beträgt.

2. Einrichtung zum Steuern kontinuierlich arbeitender Temperiermaschinen, bestehend aus einem

• Wärmetauscher mit ·· zwei Kühlstufen und ·· einer Anwärmstufe, wobei je

• ein separater Kühlmittelstrom für die Kühlstufen und die Anwärmstufe vorhanden ist und

• Stellglieder

·· zur Beeinflussung des Kühlmitteldurchsatzes und/oder der Kühlmitteltemperatur sind, gekennzeichnet dadurch, daß

• ein Vergleicher (14.2)

·· für die Schokoladentemperatur mit

• einem Sollwert (15.2)

·· für die Schokoladentemperatur und

• einem Temperaturmeßgeber (9.2)

·· für die Austrittstemperatur der Schokoladenmasse aus der zweiten Kühlstufe gekoppelt ist und über

• ein Zeitglied (16) ·· zeitverzögert mit

• einem Schrittsteller (17) verbunden ist, der einen

• vai iablen Sollwert (15.3) erzeugt, der wiederum

• über einen Vergleicher (14.3)

·· für die Temperatur des Kühlmittels mit

• dem Temperaturmeßgeber (10.1) ·· für die Kühlmitteltemperatur und

• dem Stellglied (13.2)

·· für das Kühlmittel verbunden ist.