DE10031867A1

DE10031867A1 - Verteilerkopf zum Verteilen zähflüssiger Stoffe auf einer Oberfläche

Info

Publication number: DE10031867A1
Application number: DE2000131867
Authority: DE
Original assignee: Big Drum GmbH
Current assignee: Big Drum GmbH
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-17

Abstract

Es wird ein Verteilerkopf zum Verteilen zähflüssiger Stoffe auf einer Oberfläche mit einem Zufuhrkanal, durch welchen der zu verteilende Stoff zuführbar ist, beschrieben, welcher eine gleichmäßige Verteilung des zähflüssigen Stoffes ermöglichen soll, um insbesondere beim Backen von Waffeln bzw. Eiswaffeln eine punktuelle Auskühlung des Backeisens zu vermeiden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, wenigstens zwei Austrittskanäle vorzusehen, mit welchen der Zufuhrkanal in Strömungsverbindung steht und durch welche der zu verteilende Stoff ausbringbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verteilerkopf zum gleichmäßigen Verteilen zähflüssiger bzw. pastöser Stoffe, insbesondere von Teig zum Backen von Waffeln bzw. Eiswaffeln, auf einer Oberfläche, insbesondere auf einem Backeisen zum Backen von Waffeln bzw. Eiswaffeln.

Es ist bekannt, im Rahmen der industriellen Eiswaffelherstellung den zähflüssigen Waffelteig mit Hilfe eines Zufuhrrohres auf ein Backeisen aufzubringen. Dabei wird das im wesentlichen senkrecht ausgerichtete Zufuhrrohr mit gewissem Abstand über das waagerecht angeordnete, heiße Backeisen geführt, wobei der Teig ohne weiteres aus der nach unten weisenden Zufuhrrohrmündung austreten und auf das Backeisen gelangen bzw. fallen kann.

Der auf das Backeisen aufgebrachte Waffelteig verhält sich ähnlich wie Fließestrich und breitet sich in Abhängigkeit seiner Viskosität mehr oder weniger schnell auf dem Backeisen aus. Nachteilig ist dabei, dass das Backeisen punktuell an genau derjenigen Stelle, auf welche der einzige Teigstrahl aus dem Zufuhrrohr auftrifft, auskühlt, was einen inhomogenen Backprozeß sowie eine ungleichmäßige Bräunung des Waffelteiges zur Folge hat.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verteilerkopf zum Verteilen zähflüssiger Stoffe, insbesondere von Teig zum Backen von Waffeln bzw. Eiswaffeln, auf einer Oberfläche, insbesondere auf einem Backeisen, zu schaffen, welcher eine gleichmäßige Verteilung des zähflüssigen Stoffes ermöglicht, um insbesondere beim Backen von Waffeln bzw. Eiswaffeln eine punktuelle Auskühlung des Backeisens zu vermeiden bzw. in vertretbaren Grenzen zu halten.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Verteilerkopfes mit den Merkmalen gemäß An spruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Verteilerkopf zum gleichmäßigen Verteilen zähflüssiger bzw. pastöser Stoffe auf einer Oberfläche mit einem Zufuhrkanal, durch welchen der zu verteilende Stoff dem Verteilerkopf zuführbar ist, vorgeschlagen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der Zufuhrkanal in direkter oder indirekter Strömungs verbindung mit wenigstens zwei Austrittskanälen steht, durch welche der zu verteilende Stoff ausbringbar ist.

Der erfindungsgemäße Verteilerkopf weist wenigstens zwei, vorzugsweise fünf, parallel zueinander verlaufende Austrittskanäle zum Ausbringen des zähflüssigen Stoffes auf die Oberfläche auf. Beim Aufbringen von Teig auf ein Backeisen wird somit eine gleichmäßigere Verteilung des Teiges als beim Stand der Technik erreicht. Das gleichmäßigere Aufbringen vermeidet insbesondere eine punktuell konzentrierte Auskühlung des Backeisens und gewährleistet somit eine gleichmäßigere Bräunung des Teiges sowie einen homogeneren Backprozeß. Die Austrittskanäle sind vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen auf einem gemeinsamen Lochkreis angeordnet. Die Austrittskanäle können auch auf mehreren, zueinander konzentrischen Lochkreisen liegen.

Vorteilhaft ist auch die Ausbildung einer Staukammer in dem erfindungsgemäßen Verteilerkopf. Diese ist zwischen dem Zufuhrkanal und den Austrittskanälen angeordnet. Sie stellt eine diffusorartige Aufweitung des Zufuhrkanals dar und weist eine stromabwärts angeordnete Prallwand auf, auf welche der aus dem Zufuhrkanal strömende Stoff- bzw. Teigstrom zunächst auftrifft und dadurch gestaut wird. Anschließend gelangt der Stoffstrom in einen radial weiter außen liegenden Bereich der Staukammer, aus welchem er schließlich über die Austrittskanäle austritt. Insbesondere mit Hilfe der Staukammer wird dem durch den Zufuhrkanal strömenden Massenstrom an zähflüssigem Stoff bzw. Teig die Wucht genommen, die einen der Faktoren für die punktuell konzentrierte Auskühlung des Backeisens darstellt.

Das Vorsehen der Staukammer führt zu einer indirekten Strömungsverbindung des Zufuhrkanals mit den Austrittskanälen. Im Gegensatz dazu kann erfindungsgemäß eine direkte Strömungsverbindung verwirklicht werden, wenn man die Austrittskanäle unmittelbar von dem Zufuhrkanal abzweigt.

Der erfindungsgemäße Verteilerkopf kann in vorteilhafter Weise zweiteilig, nämlich aus einem Zufuhrteil und einem Austrittsteil, hergestellt werden. Dabei ist das Aus trittsteil lösbar an dem Zufuhrteil befestigt, so dass Zufuhr- und Austrittsteil jederzeit, beispielsweise zum Zwecke der Innenreinigung des Verteilerkopfes, voneinander ge löst werden können. Vorzugsweise erfolgt die Teilung des Verteilerkopfes senkrecht zur Strömungsrichtung des zähflüssigen Stoffes, so dass der Zufuhrkanal an dem Zufuhrteil ausgebildet ist und die mehreren Austrittskanäle an dem Austrittsteil ausgebildet sind.

Um zu vermeiden, dass auch nur ein Teil des aus dem Zufuhrkanal kommenden Stoffstromes mehr oder weniger geradlinig den erfindungsgemäßen Verteilerkopf durchströmt, schneidet die Projektion der Strömungsquerschnittsfläche des Zufuhr kanals in Strömungsrichtung vorzugsweise keine der Strömungsquerschnittsflächen der Austrittskanäle. Dies bedeutet, dass der Zufuhrkanal nicht einmal teilweise mit einem oder mehreren der Austrittskanäle fluchtet.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verteilerkopfes besteht darin, dass das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Austrittskanäle derart eingestellt bzw. gewählt werden kann, dass nach dem Stoppen des Stoffstromes ein Nachtropfen von in dem Verteilerkopf befindlichem, zähflüssigem Stoff aufgrund entsprechender Kapillarwirkung vermieden wird. Bei einem Waffelteig mit einer Durchschnittstemperatur von ca. 24°C und einer dynamischen Viskosität von 0,06- 0,08 kg/ms, vorzugsweise 0,065 bis 0,075 kg/ms, liegt das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Austrittskanäle im Bereich von 1,25 bis 3,75, vorzugsweise im Bereich von 1,875 bis 2,375.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilerkopfes beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des Austrittsteils eines erfindungsgemäßen Verteilerkopfes von unten;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht gemäß Schnitt A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines teilweise geschnittenen Zufuhrteils eines erfindungs gemäßen Verteilerkopfes;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines teilweise geschnittenen, erfindungsgemäßen Vertei lerkopfes, der aus dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Austrittsteil und dem in Fig. 3 gezeigten Zufuhrteil besteht; und

Fig. 5 einen Meßaufbau zum Messen der Viskosität eines zähflüssigen Stoffes, welcher mittels des erfindungsgemäßen Verteilerkopfes verteilt werden soll.

Ein in der Art einer Teigdüse wirkender, erfindungsgemäßer Verteilerkopf 1 zum Verteilen von Waffelteig auf der Backfläche eines Backeisens ist in Fig. 4 gezeigt. Er besteht aus dem Zufuhrteil 5 und dem Austrittsteil 6.

Das Austrittsteil 6 ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Es wird aus dem Vollen gefräst und besteht beispielsweise aus 1.4305 CrNiSt. Neben diesem Stahl sind auch andere le bensmitteltaugliche, temperaturresistente Werkstoffe denkbar. Bei Bedarf kann das Austrittsteil 6 auch zwei- oder mehrteilig ausgebildet werden.

Wie in den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, umfaßt das Austrittsteil 6 einen Staukam merbereich 7 mit kreisförmiger Aussenkontur, der aus einer Ringwand 8 und einer sich an diese unten anschließenden Wand 9 besteht. Zur lösbaren Verbindung mit dem Zufuhrteil 5 weist die Ringwand 8 ein Außengewinde auf. Der Staukammer bereich 7 begrenzt die Staukammer 4 mittels der Wand 9 nach unten sowie mittels der Ringwand 8 zur Seite.

Bei der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich insgesamt fünf Austrittskanäle 3 von der Wand 9 aus nach unten und verbinden die Staukammer 4 mit der Umge bung. Die fünf Austrittskanäle 3 sind als Durchgangsbohrungen ausgebildet, welche in gleichmäßigen Winkelabständen von 72° auf einem gemeinsamen Lochkreis 10 liegen. Alternativ können auch zwei, drei, vier oder mehr als fünf Austrittskanäle 3 vorgesehen werden. Ebenso alternativ ist denkbar, die Austrittskanäle 3 in ungleich mäßigen Winkelabständen auf dem Lochkreis 10 anzuordnen. Im Rahmen einer weiteren Alternative können die Austrittskanäle 3 auch auf unterschiedlichen Loch kreisen angeordnet werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verteilerkopfes 1 kann in vorteilhafter Weise vermieden werden, dass nach dem Abschalten der Teigzufuhr aufgrund der Schwerkraftwirkung noch weiterer Teig aus den Austrittskanälen 3 nachtropft. Hierzu werden Länge L sowie Durchmesser D der Austrittskanäle 3 derart gewählt, dass sich das Geometrieverhältnis L/D (siehe Fig. 2) innerhalb bestimmter Bereiche bewegt. Bei einem Waffelteig mit einer Durchschnittstemperatur von ca. 24°C und einer dynamischen Viskosität von 0,06-0,08 kg/ms, vorzugsweise 0,065 bis 0,075 kg/ms, liegt das erforderliche Geometrieverhältnis L/D im Bereich von 1,25 bis 3,75, vorzugsweise im Bereich von 1,875 bis 2,375. Bei der gezeigten Ausführungsform betragen L = 8,5 mm und D = 4 mm, so dass sich ein Geometrieverhältnis L/D von 2,125 ergibt. Bei Einhaltung der angegebenen Wertbereiche für das Geometrie verhältnis L/D ist bei einem Waffelteig mit der oben genannten Viskosität eine Kapillarwirkung gewährleistet, welche ein Nachtropfen aus den Austrittskanälen 3 verhindert.

Fig. 5 zeigt den Meßaufbau zum Messen der Viskosität eines Waffelteiges, welcher den Verteilerkopf 1 durchströmen bzw. welcher mit dem Verteilerkopf 1 auf der Backfläche des Backeisens verteilt werden soll. Der Meßaufbau umfaßt eine Grund- oder Tischplatte 100, ein Gestell 101, ein Becherglas 102 sowie einen Probenbehälter 103. Der Probenbehälter 103 weist einen kreiszylindrischen Querschnitt mit einem Innendurchmesser von d_i = 80 mm auf. Die Innenhöhe des Probenbehälters 103 beträgt h_i = 100 mm. Im Boden des Probenbehälters 103 befindet sich eine Durchgangsbohrung 104 mit einem Durchmesser von 8 mm.

Zur Bestimmung der Viskosität wird zunächst der Probenbehälter 103 randvoll mit Waffelteig gefüllt. Die Durchgangsbohrung 104 wird dabei mit einem Finger zugehalten. Anschließend wird der Probenbehälter 103 in das Gestell 101 eingehängt, so dass sich zwischen dem Boden des Probenbehälters 103 und der Oberseite der Grundplatte 100 bzw. dem Boden des Becherglases 102 eine Fallhöhe von H = 300 mm einstellt. Anschließend wird die Durchgangsbohrung 104 freigegeben und die Zeit gemessen, welche von dem Zeitpunkt der Freigabe der Durchgangsbohrung 104 an verstreicht bis ein Volumen von 300 ml des Waffelteiges in das Becherglas 102 geflossen bzw. gefallen ist.

Der den Verteilerkopf durchströmende Teig weist vorzugsweise eine Viskosität auf, welche bei einer Teigtemperatur von 22 bis 24°C einer Fallzeit von 1 Minute ±12 Sekunden Toleranz entspricht. In anderen Worten ausgedrückt dauert es bei dem Teig mit der genannten Temperatur 1 Minute ±12 Sekunden bis 300 ml des Teiges in das Becherglas 102 geflossen sind.

In Fig. 3 ist das das Austrittsteil 6 aufnehmende Zufuhrteil 5 gezeigt. Es weist einen Anschlußstutzen 11 auf, an welchem sich in Strömungsrichtung R ein tellerfeder förmiger Übergangsbereich 12 anschließt. Am Außenumfang des Übergangsbereichs 12 ist eine Ringwand 13 mit Innengewinde vorgesehen. Der Zufuhrkanal 2 ist als den Anschlußstutzen 11 durchsetzende Durchgangsbohrung ausgebildet und weist ein Innengewinde zur lösbaren Verbindung mit einem nicht gezeigten Zufuhrrohr auf, durch welches der zu verteilende Teig dem Verteilerkopf 1 bzw. dem Zufuhrteil 5 zugeführt wird. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, verbindet der Zufuhrkanal 2 die Mündung des nicht gezeigten Zufuhrrohrs mit der Staukammer 4.

In Fig. 4 ist der montierte Verteilerkopf 1 dargestellt, wobei das an der Ringwand 8 des Austrittsteils 6 vorgesehene Außengewinde in das an der Ringwand 13 des Zufuhrteils 5 vorgesehene Innengewinde eingreift. Die lösbare Verbindung zwischen Zufuhrteil 5 und Austrittsteil 6 kann jedoch auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise mittels elastischer Rastelemente an einem der Teile, welche in ent sprechende Aussparungen in dem anderen der Teile eingreifen.

Denkt man sich den in Fig. 4 gezeigten Verteilerkopf 1 um 90° im Uhrzeigersinn ge dreht, so erhält man die Betriebsstellung des erfindungsgemäßen Verteilerkopfes 1. Die Strömungsrichtung R, in welcher der Teig zugeführt wird, verläuft in dieser Stellung von oben nach unten. Nachdem der Teig den Zufuhrkanal 2 durchströmt hat, gelangt er in die Staukammer 4, welche von dem Staukammerbereich 7, umfassend die Ringwand 8 sowie die Wand 9, und dem Übergangsbereich 12 des Zufuhrteils 5 begrenzt wird. Bei der gezeigten Ausführungsform setzt sich die Staukammer 4 somit im wesentlichen aus einem kreiszylindrischen bzw. scheibenförmigen Raum sowie einem kegelstumpfförmigen Raum zusammen, wie in Fig. 4 zu erkennen ist. Anschließend trifft der Teig auf die in den Fig. 2 und 4 gezeigte Prallwand 14 auf, welche von dem mittleren Bereich der Wand 9 des Austrittsteils 6 gebildet wird. An dieser Prallwand 14 wird der Teig gestaut und aufgrund der Wirkung des durch den Zufuhrkanal 2 nachströmenden Teiges in den radial äußeren Ringbereich der Staukammer 4 verdrängt. Von dort tritt er durch die Austrittskanäle 3 aus und gelangt auf die Oberfläche des Backeisens bzw. wird auf diese aufgebracht.

In Fig. 4 ist gut zu erkennen, dass sich die in Strömungsrichtung R projizierte Querschnittsfläche des Zufuhrkanals 2 mit keiner der Querschnittsflächen der fünf Austrittskanäle 3 schneidet, d. h. dass der Zufuhrkanal 2 nicht einmal teilweise mit den Austrittskanälen 3 fluchtet. In anderen Worten ausgedrückt, deckt sich die Projektion der Querschnittsfläche des Zufuhrkanals 2 in Fig. 4 nach rechts vollständig mit der Prallwand 14. Dadurch wird vermieden, dass ein Teil des durch den Zufuhrkanal 2 eintretenden Teigstromes den Verteilerkopf 1 geradlinig durchströmen kann.

Da sich der erfindungsgemäße Verteilerkopf 1 im Betrieb in einem Abstand von ca. 3 bis 10 cm von dem Backeisen befindet, kann er durch Strahlungswärme derart erhitzt werden, dass der zu verteilende Teig an den Innenwandungen der Austrittskanäle 3 und/oder der Staukammer 4 anbackt und den Verteilerkopf 1 somit verstopft. Um dem entgegenzuwirken, wird der Verteilerkopf 1 möglichst dünnwandig ausgebildet, so dass er eine möglichst geringe Wärmekapazität aufweist und dementsprechend wenig Wärme speichern kann. Eine geringe Wärmespeicherung bringt nämlich den Vorteil mit sich, dass der Verteilerkopf 1 von dem ihn durchströmenden Teigstrom selbst hinreichend gekühlt werden kann, um solche Temperaturen an seinen Innenwandungen zu vermeiden, welche zu einem Anbacken des Teiges führen.

Da besonders das Austrittsteil 6 von dem Aufheizen durch Strahlungswärme be troffen ist, werden vorzugsweise dessen Wandungen möglichst dünnwandig ausgebildet. Wie in den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, weist das Austrittsteil 6 hierzu eine mittige Aussenkung 15 bzw. ein mittiges Sackloch auf, welches zum einen die Dicke d₁ der Prallwand 14 erheblich verringert und zum anderen verhältnismäßig dünne, radial innen liegende Wandungsbereiche der Austrittskanäle 3 schafft. Um auch die radial weiter außen liegenden Wandungsbereiche der Austrittskanäle 3 möglichst dünnwandig zu halten, kann die in Fig. 1 zu erkennende, sternförmige Kontur der die Austrittskanäle 3 begrenzenden Wandungen vorgesehen werden. Die Radienüber gänge der sternförmigen Kontur sind in Fig. 2 mit den beiden Linien gekennzeichnet, welche unmittelbar rechts neben der strichpunktierten Symmetrielinie verlaufen.

Dünnwanding im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass das Verhältnis der Dicke d₁ der Wand 9 bzw. der Prallwand 14 zum Außendurchmesser d₃ der Ringwand 8 und das Verhältnis der Dicke d₂ der jeweils einen Austrittskanal 3 radial nach außen begrenzenden Wandung zu dem Außendurchmesser d₃ der Ringwand 8 kleiner als 1/12, vorzugsweise kleiner als 1/16, ist. Bei der gezeigten Ausführungsform beläuft sich das Verhältnis d₁/d₃ auf 1/24 und das Verhältnis d₂/d₃ auf 1/18.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand einer Ausführungsform für die Verteilung von Teig auf einem Backeisen erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass der erfin dungsgemäße Verteilerkopf 1 in Verbindung mit all solchen zähflüssigen, pastösen Stoffen Verwendung finden kann, bei deren Verteilung auf einer Oberfläche ähnliche Anforderungen gestellt werden, wie bei der Verteilung von Waffelteig auf einem Backeisen.

Claims

1. Verteilerkopf zum Verteilen zähflüssiger Stoffe auf einer Oberfläche mit einem Zufuhrkanal (2), durch welchen der zu verteilende Stoff zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrkanal (2) in Strömungsverbindung mit wenigstens zwei Austrittskanälen (3) steht, durch welche der zu verteilende Stoff ausbringbar ist.

2. Verteilerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrkanal (2) in eine Staukammer (4) mündet, in welcher der zu verteilende Stoff gestaut wird und aus welcher er durch die Austrittskanäle (3) austritt.

3. Verteilerkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittskanäle (3) auf einem gemeinsamen Lochkreis (10) angeordnet sind.

4. Verteilerkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittskanäle (3) auf unterschiedlichen Lochkreisen angeordnet sind.

5. Verteilerkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittskanäle (3) auf dem Lochkreis (10) oder auf den Lochkreisen in gleich mäßigen Winkelabständen angeordnet sind.

6. Verteilerkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Austrittskanäle (3) vorgesehen sind.

7. Verteilerkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Zufuhrteil (5) und ein Austrittsteil (6) umfaßt, welches lösbar mit dem Zufuhrteil (5) verbindbar ist, wobei der Zufuhrkanal (2) an dem Zufuhrteil (5) vorgesehen ist und die Austrittskanäle (3) an dem Austrittsteil (6) vorgesehen sind.

8. Verteilerkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion des Strömungsquerschnitts des Zufuhrkanals (2) in Strömungsrichtung (R) nicht die Strömungsquerschnitte der Austrittskanäle (3) schneidet.

9. Verteilerkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Länge (L) zu Durchmesser (D) der Austrittskanäle (3) im Bereich von 1,25 bis 3,75 liegt, so dass eine ein Nachtropfen vermeidende Kapillarwirkung gewährleistet ist.