DE2906082C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Bearbeiten von teigigen Massen nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem des Anspruchs 6.
Die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Vorrichtung bearbeiteten Teige sind Teige
für Bäckereiprodukte, wie Brot oder Kuchen, wobei die
Erfindung insbesondere für die Bearbeitung von Brotteigen
verwendet wird.
Bei der Mischung und Bearbeitung eines Brotteiges ergeben
sich vier verschiedene Zustände, die nicht in genau
definierten Stufen erzielt werden. Diese Zustände sind
das Mischen, die Hydratisierung, eine erste und eine
zweite Entwicklungsstufe.
Das Mischen der Bestandteile erfolgt mechanisch zum
Zwecke der gleichmäßigen Verteilung der einzelnen
Partikel oder Molekel. Bei der Hydratisierung wird
das in der Mischung vorhandene Wasser durch die
beschädigten Stärkekörnchen des Mehles absorbiert,
da sämtliche geeignete Mehle einen bestimmten
Anteil an beschädigten Stärkekörnchen besitzen,
so daß sie in der Lage sind, Wasser in dieser Weise
zu absorbieren. Die nicht beschädigten Stärkekörnchen
absorbieren etwas Wasser sehr viel langsamer.
Die erste Entwicklungsstufe des Teiges besteht
in der Aufschließung der klebrigen Molekel des
Mehles, die auch als klebriges Fibrill bezeichnet
werden. Die klebrigen Molekel liegen ursprünglich
in dicht gepackter, enger Spiralform vor und
können zu reinen kurzen Spiralen mit Kreuzbindungen
aufgeschlossen werden.
Die zweite Entwicklungsstufe des Teiges besteht
in dem Brechen und der Wiederanfügung der Kreuzbindungen.
Diese Kreuzbindungen werden sehr leicht
aufgebrochen, und die gebrochenen Enden können
wieder aneinandergefügt werden in jeder beliebigen
Kombination. Während des Aufbrechens und der Wiederanfügung
werden freie Atome, beispielsweise Sauerstoff
oder Stickstoff, zwischen die gebrochenen Enden
eingebracht, was zur Bildung einer Teigmasse mit
langen Molekeln führt, die sich dehnen und Gasblasen
einschließen können. Die Wiederanfügung der Kreuzbindungen
wird im Wege der Katalyse erzielt durch
Enzyme, die im Mehl natürlich vorhanden sind.
Die Entwicklung eines Teiges in der ersten und
zweiten Stufe kann festgestellt werden durch seine
Elastizität; der Teig wird elastischer je weiter
die Entwicklung fortschreitet, und der Grad der
Entwicklung kann durch Abfühlen des Teiges
beurteilt werden. Der Teig kann jedoch auch
überentwickelt werden, wenn er zu zäh ist, um
durch die während des Backens entstehenden Gase
in ausreichendem Maße aufgetrieben zu werden, und
daher ist eine optimale Entwicklung des Teiges
anzustreben, bei der allgemein gesehen die maximale
Volumenvergrößerung beim Backen entsteht.
Die Theorie und mikroskopischen Änderungen, die sich
bei den vorgenannten vier Zuständen ergeben,
sind vorstehend zur Erläuterung aufgezeigt worden;
trotzdem diese Erläuterungen wahrscheinlich richtig
sind, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.
Eine Abhandlung der Entwicklung des Teiges ist in
dem Anhang zum Report No. 13 (März 1968) of the
Fluor Milling and Baking Research Association, veröffentlicht
bei Chorleywood, England, enthalten.
Die Ausdrücke "Roh-Scheren" (gross shear) und
"Nutz-Scheren" (nett shear) werden hier benutzt.
Unter dem Begriff "Roh-Scheren" wird die Deformierung
der Teigmasse durch Quetschung und Druck verstanden,
die entstehen, wenn der Teig einer Kompression oder
einer Streckung unterworfen wird, wobei ein Gleiten
zwischen einer großen Zahl von einzelnen Glutein-
Molekeln sich ergibt, da viele Molekel übereinander
gleiten, wobei insbesondere Gluteine mit langen
Ketten entstehen in Vorbereitung für ihre Rückbildung
in eine mehr zellengleiche Struktur.
Allgemein gesprochen, entsteht ein Roh-Scheren durch
ein Mischelement, das keine Schneid- oder Scherwirkung
ausübt. Das Nutz-Scheren ergibt sich, wenn
der Teig geschnitten oder zerrissen wird durch
ein mit hoher Geschwindigkeit betätigtes Messer
oder eine Schere, wobei sich ein hohes Brechen
der Molekülketten ergibt. Das Nutz-Scheren kann
erzielt werden durch ein Bearbeitungselement, das
eine Schneidwirkung ausübt und mit feststehenden
Elementen zusammenarbeitet, um eine Scherwirkung
nach Art einer Schere zu erzielen. Das Rohrscheren
und das Nutzscheren stehen auch in Beziehung
zu der Energieaufnahme des Teiges oder zum Drehmoment
und zur Geschwindigkeit der Knetvorrichtung
des Teiges.
Die Ausdrücke "hohe Energie", "niedrige Energie"
und "kritische Energiehöhe", die hier ebenfalls
benutzt werden, beziehen sich auf die Größe der
dem Teig verliehenen Energie. Wenn der Teig durch
ein Bearbeitungselement deformiert wird, unterliegt
er sowohl einer plastischen als auch einer elastischen
Deformierung, und aufgrund seiner elastischen Eigenschaften
erhält der Teig seine Form bis zu einem
gewissen Grad zurück, was als Relaxation bezeichnet
wird. Die anfängliche Relaxation erfolgt sehr schnell,
eine vollständige Relaxation benötigt jedoch eine
lange Zeit, die auch abhängt von dem stoßartigen
Aufschlag des Arbeitselementes auf den Teig.
Wenn ein sich wiederholendes Schlagen oder Rühren
stattfindet, wie es bei allen mechanischen Teig-
Knetvorrichtungen der Fall ist, wird niedrige Energie
in den Teig gegeben, wobei eine wesentliche Relaxation
zwischen aufeinanderfolgenden Schlägen entsteht;
bei hoher Energie erfolgt keine wesentliche
Relaxation, und die kritische Energiehöhe ist diejenige,
bei der die hohe Energie in die langsame
Energie übergeht oder umgekehrt, wobei zu bemerken
ist, daß diese Höhe nur näherungsweise
bestimmbar ist und von Teig zu Teig sich ändert.
Wenn ein Teig lediglich unterhalb der kritischen
Höhe bearbeitet wird, wird wahrscheinlich niemals
eine optimale Entwicklung erreicht.
Die übliche kommerzielle Methode zur Vorbereitung
des Brotteiges bestand darin, daß die Bestandteile
durch geringe Energie in der Masse bei einem
Rohscheren zusammengemischt wurden, daß die Mischung
ca. drei Stunden lang in der Masse fermentieren
gelassen wurde, und daß dann die Mischung zum
Backen unterteilt wurde. Während des Fermentationsstadiums
veranlaßten die natürlichen Enzyme des
Mehls den Ablauf der Entwicklung.
Um das Jahr 1963 fand in England eine Umstellung statt,
die bekannt wurde als "Chorleywoodprozeß" oder als
"mechanische Teigentwicklung". In diesem Prozeß
wurde ein Oxidationsmittel, wie Ascorbinsäure der
Mischung zugegeben, und die Bestandteile wurden gemischt,
die Mischung hydratisiert und durch kurze
Perioden hoher Energie in der ersten und zweiten
Stufe entwickelt bei einer Nutz-Scher-Mischung in
einem mit rotierenden Messern ausgestatteten Mischer
zur Erzielung einer kräftigen mechanischen Wirkung,
wobei die intermolekularen Kreuzbindungen aufgebrochen
und freie Sauerstoff- oder Stickstoffmoleküle
aus der Luft inkorporiert wurden.
Eine alternative vorgeschlagene Methode bestand
darin, die Bestandteile in einem üblichen mit
niedriger Energie betriebenen Grobschermischer
zu mischen, und dann die Hydratisierung und die
Entwicklung erster und zweiter Stufe der Mischung
in einem mit hoher Energie betriebenen Nutz-
Schermischer durchzuführen. Eine weitere alternative
Methode bestand darin, das Mischen, die
Hydratisierung und die zweistufige Entwicklung
unter Benutzung einer einzigen mit hoher Energie
betriebenen Vorrichtung durchzuführen zur gleichzeitigen
Rohscherung und Nutzscherung.
Der Chorleywoodprozeß ergab einen wesentlichen
wirtschaftlichen Vorteil insoweit, als er in
weniger als fünf Minuten mit einer Gesamt-Energieaufnahme
von ca. 5 Watt pro Stunde und pro Pfund
des Teiges durchgeführt wurde, wobei eine Fermentationsstufe
nicht erforderlich war. Die Qualität des
Teiges war gut, und es konnte ein Mehl mit
niedrigerem Proteingehalt von beispielsweise
11,5% w/w bis 12% w/w verwendet werden bei der
traditionellen Fermentationsmethode. Das erforderliche
Volumen des gebackenen Gutes war jedoch nicht
erreichbar mit schwachem Mehl von 9% w/w Protein
und weniger. Bei dieser Methode mußte starkes, d. h.
höher proteinhaltiges Mehl, aus importiertem
harten Weizen benutzt werden. Ein weiterer Nachteil
bestand darin, daß der Teig sich aufheizte, und
daher gekühltes Wasser zugegeben werden mußte.
Ein bei dem Chorleywoodprozeß auftretendes Problem
liegt darin, daß zur Ausnutzung seiner Leistungsfähigkeit
zwei verschiedene Mischer verlangt werden.
Die Notwendigkeit der Überführung des Teigs von
einem Mischer zum anderen erhöht die gesamte
Prozeßzeit in starkem Maße.
Aus der US 13 84 383 ist eine Vorrichtung zum Herstellen
von Kuchen, Konfekt und insbesondere zum
Mischen und Belüften von Teig beschrieben. Dabei ist
ein halbkugelförmiges Gefäß vorgesehen, in dem ein
Schläger rotiert. Dieser Schläger hat bei jedem
Mischvorgang immer die gleiche Bewegung. Die Maschine
weist eine konstante Geschwindigkeit auf, wobei sie
für ihren Antrieb eine obenliegende Zwischenwelle
verwendet. Obwohl die Maschine geeignet ist, einfache
Drehbewegungen und eine Planetenbewegung durchzuführen,
ist die Umstellung nur durch Handbetätigung möglich,
so daß eine Stellungsveränderung langsam und umständlich
ist. Außerdem ist die Eingangsleistung für eine
einfache Drehbewegung geringer als für eine planetenförmige
Bewegung. Wenn der Schläger eine einfache
Drehbewegung ausführt, steht er senkrecht und der
Teig im oberen Teil des Gefäßes wird nicht geschlagen.
Dies bewirkt, daß nur ein Teil des Teiges sich entwickelt
und ein anderer nicht, wodurch ein großer
Nachteil entsteht. Die US 14 75 978, die GB 11 29 244
und das DE-GM 19 20 402 offenbaren Mischer, mit
denen nur planetenförmige Bewegungen möglich sind.
Wenn derartige Mischer für den Chorleywoodprozeß
verwendet werden, muß der Teig in einen anderen Mischer
überführt werden, damit seine Entwicklung vollendet
werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten
von teigigen Massen zu schaffen, mit denen der
Chorleywoodprozeß in wirtschaftlicher Weise und in
kurzer Zeit durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
und bei der Vorrichtung durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der
Chorleywoodprozeß schnell und mit bestmöglichen
Ergebnissen in kostengünstiger Weise durchgeführt
werden. Die Größe der Geschwindigkeit und der
Energie während der ersten Behandlungsstufe liegt
unterhalb der kritischen Höhe oder unterhalb des
für die endgültige strukturelle Entwicklung erforderlichen
Minimums oder sogar unterhalb des
Minimums für jede substantielle Entwicklung nach
dem Verfahren. Die kritische Höhe für jeden einzelnen
Teig kann durch Bearbeiten nacheinanderfolgender
Teigmengen bei unterschiedlichen Energieaufnahmen
in der Hydrationsstufe, durch Vervollständigung
der Bearbeitung, durch Prüfen und durch Backen des
Produkts ermittelt werden. Da sich die Energieaufnahme
bei aufeinanderfolgenden Teigmengen erhöht,
ergibt sich ein plötzlicher Abfall in dem gebackenen
Volumen, wenn die Energieaufnahmerate die kritische
Höhe überstiegen hat.
In der Praxis wurde gefunden, daß eine Erhöhung
der Energieaufnahmerate durch Verwendung eines
Arbeitselementes mit höherer Geschwindigkeit erreicht wurde,
die die zweite Entwicklung einleitet und einen
größeren Widerstand des Teiges gegen die Bewegung
des Arbeitselementes bewirkt.
Die Erfindung führt zu gebackenen Produkten mit
vergrößertem Volumen bei gleichem Teiggewicht,
was offensichtlich auf die größere Gasaufnahme
aufgrund einer verbesserten Zellstruktur und
aufgrund einer verbesserten Struktur für den
Widerstand gegen die erhöhte Gasexpansion zurückzuführen
ist. Bei Verwendung der gleichen Bestandteile
wie bei dem Chorleywoodprozeß kann der gebackene
Laib 25 mm größer in der Höhe und 15 mm
größer hinsichtlich des Volumens werden, ohne
daß eine mikroskopische Änderung in der Struktur
oder in dem Aussehen feststellbar war. Ein oxidierendes
Mittel kann wie bei dem Chorleywoodprozeß
erforderlich sein, aber es sind keine besondere
Atmosphäre oder keine besonderen Zutaten notwendig.
Bei der Berechnung des Volumens nach dem Backen
wurde die Kruste mitberücksichtigt, obwohl sie dichter
ist als die Mitte. Da die Kruste jedoch dünn ist,
hat dies keinen großen Einfluß.
Unter Verwendung des Verfahrens nach der vorliegenden
Erfindung ist es möglich, ein Brot aus einem
8 bis 13 Gew.-% Protein enthaltenden Mehl herzustellen,
das nach dem Backen ein Volumen, das praktisch gleich
oder größer war als ein Standardbrot aus Weizenmehl
mit einem Proteingehalt von 8,5 Gew.-% und einem
Backvolumen von 4 cm³/g und aus einem 11,8 Gew.-% Protein
enthaltenden Mehl mit einem Backvolumen von 4,2 cm³/g
oder mehr aufwies.
Es wurde gefunden, daß Backvolumina von ungefähr
4,1 cm³/g und ungefähr 4,3 cm³/g bei Benutzung
des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Mehlen
mit einem Proteingehalt von 8,5 und 11,8 Gew.-%
und in besonderem Fall bei einem Standard-Weizenbrot
erzielt wurden. Bei Zulassung von normalen
Toleranzen von 0,1 cm³/g ist anzunehmen, daß
entsprechende Backvolumina von 4 cm³/g und 4,2 cm³/g
oder mehr in üblichen Bäckereien aus den beiden vorerwähnten
Mehlen erreicht werden können. Außerdem
ist anzunehmen, daß eine definierbare Beziehung
zwischen dem Proteingehalt des Mehles und dem
Volumen nach dem Backen besteht. Es ist weiter anzunehmen,
daß entsprechende Backvolumina für
andere Mehle und für Rollen oder Brotlaibe mit
anderen Abmessungen berechnet werden können.
Ein Stadardbrot wiegt 0,878 kg, besitzt ein
Backvolumen von 4 cm³/g, ist kubisch mit einer
Länge von 20,2 cm und einer Breite von 12,6 cm
und besitzt eine leichte Kruste. Bisher wurde es
als unmöglich angesehen, ein Standard-Backvolumen
mit einem weniger als 11,5 Gew.-% Protein enthaltenden
Mehl zu erreichen; demgegenüber führt
die Erfindung zu einem Brot, das aus einem
weniger als 11,5 Gew.-% Protein enthaltenden Mehl
hergestellt wurde, und das ein Backvolumen von
4 cm³/g oder mehr besitzt.
Das Verfahren nach der Erfindung kann mit einer
einzigen Vorrichtung gemäß der Erfindung durchgeführt
werden. Mit einer einfachen Drehbewegung
beaufschlagt die Vorrichtung den Teig mit Nutz-
Scherung, in der der Teig nicht gedrückt oder
gequetscht wird, sondern geschnitten oder zerrissen
und mit der planetenförmigen Bewegung bringt
die unterschiedliche Beziehung zwischen dem
Arbeitselement und dem Behälter das Roh-Scheren
auf, d. h. der Teig wird einer Druckdehnung
unterworfen. Roh-Scheren absorbiert normalerweise
weniger Leistung und somit kann das Scheren
oder die von der Vorrichtung zugeführte Energie
variiert werden.
Die radiale äußere Oberfläche des Arbeitselementes
erstreckt sich über dem Boden des Arbeitsbehälters
und kann sich über die halbkugelförmige Wand
des Behälters praktisch über seinen gesamten
Weg erstrecken. Die Vorrichtung kann so ausgebildet
sein, daß in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden
oder zu mischenden Material, das weitgehend
die gesamte halbkugelförmige Innenwand
überstrichen werden kann, obwohl gewisse tote
Zwischenräume verbleiben können, beispielsweise
am Boden des Behälters. Es ist möglich, zwei Arbeitselemente
zu benutzen, jedoch ist die Verwendung
eines einzelnen Arbeitselementes vorzuziehen.
Bei Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
das während des gesamten Bearbeitungsvorganges
des Teigs in einer einzigen Vorrichtung durchgeführt
wird, hat die Ausrüstungskosten verringert und
die Handhabung verbessert, aber das Verfahren
beanspruchte ursprünglich vier Minuten und insbesondere
ca. 3½ Minuten während der ersten Behandlungsstufe
und ca. eine halbe Minute während der zweiten
Behandlungsstufe. Die gesamte Energieaufnahme
betrug ungefähr 6,6 W/Std. pro kg Teig, was keine
große Erhöhung darstellte.
Allerdings war die Zeit des Arbeitszyklus wesentlich
höher als die bestehnder Teigkneter, die für
einen Arbeitszyklus von drei Minuten ausgelegt sind.
Es wurde gefunden, daß die Zeit des Arbeitszyklus
auf drei Minuten reduziert werden konnte,
wenn nach Beendigung der Hydration die Energiezufuhrrate
unmittelbar vor der Erhöhung gerade
unter dem kritischen Energieniveau sein soll
(Anspruch 2) , vorzugsweise mit der Beendigung
der Entwicklung, die bei einem Energiezufuhrniveau
durchgeführt wird, die gerade über dem kritischen
Energieniveau liegt (Anspruch 3). Nachdem die
Hydration fast beendet ist, kann die Energiezufuhrrate
schnell um weniger als 30% erhöht werden,
vorzugsweise um 20% von dem unmittelbar vor der
Erhöhung (Anspruch 4). Im allgemeinen kann der Teig
für ungefähr 2,5 Minuten bearbeitet und die
Energiezufuhrrate dann schnell erhöht werden,
so daß die Gesamtbearbeitungszeit ungefähr fünf Minuten
beträgt (Anspruch 5). Auf diese Weise kann ungefähr
75% der Energie in der ersten Stufe verwendet
werden, wobei in der ersten Stufe hauptsächlich
die erste Entwicklung und in der zweiten
Stufe hauptsächlich die zweite Entwicklung stattfinden.
Dies steht im Gegensatz zu den Verfahren,
bei denen die erste Behandlungsstufe mit einer
Energieaufnahme durchgeführt wurde, die wesentlich
unter dem kritischen Energieniveau liegt, wo eine
sehr geringe Entwicklung während der ersten Behandlungsstufe
erfolgt. Beim Arbeiten gerade unterhalb
dem kritischen Energiezufuhrniveau ist keine
Trennung in zwei bestimmte Stufen erforderlich, bei
denen a) überhaupt keine Entwicklung und b) sowohl
die erste und die zweite Entwicklung erfolgen.
Nichtsdestoweniger ergibt sich ein niedriger gesamter
Energieverbrauch und auch gebackene Produkte
mit großen Volumina unter der Voraussetzung, daß
die Energie für die erste Behandlungsstufe progressiv
mit der Fähigkeit des Teiges, die
Energiezufuhr anzunehmen, übereinstimmt.
Neben den großen erzielbaren Backvolumina, den
niedrigen Zeiten des Arbeitszyklus und der niedrigen
gesamten erforderlichen Energieaufnahme besitzt
die Erfindung weitere Vorteile. Es kann ein kostengünstigeres
Weizenmehl verwendet werden, wenn auch
die Erfindung im allgemeinen besonders geeignet
ist für starke oder weiche Weizenmehle wie auch
für andere Weizenmehle und sogar für Mehle aus
anderem Korn als Weizen.
Außerdem ist der Teig dichter, d. h., daß mehr Wasser,
beispielsweise bis 3% w/w mehr, in den Teig
inkorporiert werden kann, ohne daß dieser zu klebrig
oder bei der gleichen Wassermenge weniger klebrig
ist und ein trockneres Aussehen hat. Aus einem
weichen Mehl wurde ein gebackenes Brot der Standardabmessungen
mit einem gebackenen Volumen von
4,0 cm³/g bei 80% der Kosten für ein nach dem
Chorleywoodprozeß aus einem starken Mehl bestehenden
Brot hergestellt aufgrund der niedrigeren Kosten
in England des dort aus Weizen gemahlenen Weizenmehls.
Aufgrund der relativ hohen Energieaufnahme in der
ersten Behandlungsstufe ergibt sich keine wesentliche
Steigerung der Temperatur, so daß nicht gekühltes
Wasser benutzt werden kann.
Die Roh-Scherung kann zu einer schnellen und
wirksamen Hydration führen, insbesondere dann,
wenn eine planetenförmige Bewegung erfolgt.
Außerdem bewirkt die planetenförmige Bewegung
ein progressives Kneten, das heißt eine alternierende
teilweise Mischung, und dann ein Ruhelassen
des Teiges zur Entspannung, wodurch die
erforderliche Energie zur Vervollständigung
der Entwicklung reduziert wird.
Außerdem führt die planetenförmige Bewegung zur
Einführung von Luft in den Teig unter gleichmäßiger
Verteilung, und es ist wahrscheinlich,
daß die Inkorporierung kleiner zellenfreier
Luft eine günstige Einwirkung auf die endgültige
Zellenstruktur des Teiges hat. Außerdem bringt
die planetenförmige Bewegung die Bestandteile
in intimen Kontakt, erreicht gleichzeitig eine
homogene Konsistenz. Bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bewirkt die planetenförmige Bewegung
eine Rohscherung oder eine niedrige Arbeitsenergie,
und die bloße Drehung bewirkt eine Nutzscherung
oder eine hohe Arbeitsenergie.
Insbesondere bei Verfahren, in denen die Rate der
Energieaufnahme erhöht wird, wenn die Hydration
durchgeführt ist und keine wesentliche Entwicklung
erfolgt ist, kann ein fachkundiges Bedienungspersonal
durch Fühlen des Teiges feststellen, wann die erste
Behandlungsstufe beendet werden muß. Diese Beendigung
kann automatisch angezeigt und automatisch bewerkstelligt
werden.
Es wurde gefunden, daß das Drehmoment des Arbeitselementes
zu steigen beginnt, wenn die Hydration
vollendet ist und sogar, wenn die Hydration begleitet
ist von der Entwicklung. Dieser Anstieg
des Drehmomentes kann den Umschaltpunkt bestimmen
und die automatische Anzeige kann entweder
durch den Anstieg des Drehmomentes selbst oder
durch eine bestimmte Zeitdauer nach Beginn des
Arbeitszyklus oder vorzugsweise nach einem
bestimmten Energieverbrauch erfolgen; diese
Parameter werden vorzugsweise von dem Punkt,
an dem das Drehmoment zu steigen beginnt, bestimmt.
In der Praxis wurde gefunden, daß ein geeigneter
Punkt unmittelbar vor dem Beginn des Anstiegs
des Drehmoments liegt.
Vorzugsweise rotiert das Arbeitselement in
entgegengesetzten Richtungen um die zwei Drehachsen
herum, wodurch das Aufbringen des Roh-Scherens
auf den Teig verbessert wird. Das Arbeitselement
besitzt eine angenäherte Schraubenform und in
diesem Falle kann das untere Ende des in etwa
schraubenförmigen Arbeitselementes in einer imaginären
teilkugelförmigen Ebene gewogen sein, die ihre
Mitte im Mittelpunkt der teilkugelförmigen Innenwand
des Arbeisbehälters hat, so daß das Ende des
Arbeitselementes eine imaginäre Teilkugel erzeugt.
Dies bewirkt, daß das Arbeitselement effizient
arbeitet und den gesamten teilkugelförmigen Bereich
des Arbeitsbehälters überstreicht.
Wenn, wie es teilweise bevorzugt wird, das Arbeitselement
als langgestrecktes Element ausgebildet ist,
das einen scharfen Vorderrand benachbart zur
teilkugelförmigen Innenwand des Arbeitsbehälters
besitzt, kann der scharfe Vorderrand an der
der Innenwand am nächstliegenden Seite angeordnet
sein. Dadurch ist eine wirksame Abschabemöglichkeit
gegeben.
Vorzugsweise ist ein dem oberen Teil des Arbeitsbehälters
rotierender Schaber vorgesehen, der
vorteilhafterweise in Drehung gesetzt wird, wenn
das Arbeitselement eine planetenförmige Bewegung
ausführt und der stillsteht, wenn das Arbeitselement
eine reine Drehung macht, wobei der Schalter benachbart
zu dem Weg des Arbeitselementes angeordnet
sein sollte. Durch die Schnittstelle des feststehenden
Schabers und des eine reine Drehbewegung
ausführenden Arbeitselementes wird der Schneid-
oder Zerreißeffekt verbessert und der Schaber
verhindert außerdem eine Drehbewegung des Teigs
als Masse.
Es ist zwar möglich, den Arbeitsbehälter in Drehbewegung
zu versetzen, dies ist jedoch nicht
empfehlenswert, da der Arbeitsbehälter schwer ist,
große Lager benötigt und große Kraft erforderlich
macht, da er ein hohes Beharrungsvermögen besitzt.
Außerdem ist es zweckmäßig, den Arbeitsbehälter
in vertikaler Richtung zu bewegen, um das Arbeitselement
freizugeben und zwar vor der Entnahme des
Inhalts aus dem Behälter, und es ist einfacher,
diese senkrechte Bewegung des Behälters nicht
durch einen Behälterantrieb zu komplizieren.
Wenn, wie es bevorzugt ist, der Arbeitsbehälter
feststehend ist, kann der Antrieb einen Drehknopf
umfassen, in dem das Arbeitselement drehbar aufgenommen
ist. Dies könnte zwei Probleme mit sich
bringen: Beim Wechsel von der planetenförmigen
zur nicht planetenförmigen Bewegung müßte das
Arbeitselement in der genauen Stellung zur Achse
des Kopfes angehalten werden und für die nichtplanetenförmige
Bewegung mit hoher Energie müßte
sich der gesamte Kopf mit großer Geschwindigkeit
drehen. Diese Probleme können durch Mittel zur
Steuerung der Drehung des Kopfes in der Weise,
daß der Kopf festgehalten wird, damit das Arbeitselement
die einfache Drehbewegung durchführen kann,
und daß er sich dreht, damit das Arbeitselement
die planetenförmige Bewegung durchführen kann,
verhindert werden.
Die Antriebsvorrichtung kann durch zwei unabhängige
Krafteinheiten gespeist werden. Die gleiche Krafteinheit
kann auch allein oder zusammen mit einer
Hilfskrafteinheit zwei Antriebsmechanismen betätigen,
die durch eine Kupplung oder durch eine
Übersetzung miteinander verbunden sind. Allgemein
gesagt, umfaßt der Antrieb zum Antrieb und zur
Steuerung der planetenförmigen Bewegung des Arbeitselementes
vorzugsweise eine Hauptkrafteinheit, eine
Steuereinheit und einen Differentialantrieb, der
mit der Hauptkrafteinheit verbunden ist. Die
Steuereinheit kann als Motor ausgebildet sein,
der als Bremse zur Absorbierung von Energie aus
dem in der Vorrichtung bearbeiteten Material wirkt,
wenn die auf den Motor wirkende Reaktionslust einen
vorbestimmten Wert überschreitet. Allerdings kann die
Steuereinheit im allgemeinen jede beliebige
geeignete Bremse sein, beispielsweise eine
magnetische Bremse zur Erzeugung eines konstanten
oder eines steuerbaren Brems-Drehmomentes. Wenn
die Bremse mit einem nicht zu hohen Bremsdrehmoment
betrieben wird, erreicht die Vorrichtung ihr
niedrigstes Drehmoment und kann automatisch
ihre Operationsweise während ihres Arbeitslaufes
wechseln; da der Widerstand der Mischung oder
der Bestandteile sich ändert - so kann jeder
Schlupf der Bremse dazu führen, daß die Vorrichtung
die absorbierte Energie verringert, beispielsweise
durch allmähliches Wechseln von der planetenförmigen
Bewegung auf die einfache Drehbewegung, d. h. durch
Verminderung der Geschwindigkeit der Kreisbewegung.
Allgemein gesagt, stellen die Verhältnisse der
Umlaufgeschwindigkeit um die beiden Achsen das
Verhältnis der Rohscherung und der Nutzscherung
beim Mischen, d. h. je kleiner die Drehgeschwindigkeit
um die andere Achse ist, desto näher liegt die
Scherung an der Nutzscherung. Es wurde jedoch gefunden,
daß es zweckmäßig ist, eine Steuereinheit
konstanter Geschwindigkeit zu benutzen, deren Energieaufnahme
oder Energieverbrauch schwankt. Eine konstante
Geschwindigkeit der Hauptkrafteinheit kann angewandt
werden, während sich die Arbeitsweise der
Vorrichtung ändert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet
der Drehknopf einen Teil eines Differentialantriebes,
der ein mit einer Antriebseinheit verbundenes
Sonnenrad, einen durch den Knopf gebildeten Planetenträger
und ein mit dem Sonnenrad in Eingriff stehendes
Planetenrad aufweist.
Die Differentialantriebsdanordnung gewährleistet
eine außerordentlich einfache und unkomplizierte
Realisierung der zwei Bewegungen nach Wunsch.
Die beiliegenden Zeichnungen zeigen beispielsweise
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und es bedeuten:
Fig. 1 eine Ansicht in axialem Schnitt
einer ersten Ausführungsform
der Vorrichtung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf das Arbeitselement
in Richtung seiner geneigten
Achse entsprechend dem
Pfeil II der Fig. 1;
Fig. 3 Schnitt durch das Arbeitselement in
vergrößertem Maßstabe längs Linie
III-III der Fig. 2;
Fig. 4 Kurvendarstellung des Energieverbrauches
in KW in Abhängigkeit von der Zeit in
Sekunden während der Arbeit der Vorrichtung
zum Mischen und Bearbeiten des
Teiges;
Fig. 5 Darstellung gemäß Fig. 1 einer zweiten
Ausführungsform der Vorrichtung;
Fig. 6 Teilansicht einer dritten Ausführungsform
der Vorrichtung;
Fig. 7 Kurvendarstellung der gesamten Energieaufnahme
in KW pro kg im Verhältnis
zur Zeit in Minuten bei Mischung und
Bearbeitung des Teiges.
Die Teigknetvorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 besitzt einen
Ständer 1, der eine Führungssäule 2 und eine Schraubenspindel
3 trägt zur Abstützung und zur vertikalen Bewegung
eines Arbeitsbehälters 4 in Form eines Bechers.
Die Führungssäule 2, die Schraubenspindel 3 und die
zugehörige Ausstattung sind üblich und sind nicht im
einzelnen gezeigt. Der Arbeitsbehälter 4 besitzt einen
Bodenteil 5 in Form einer Halbkugel, der in einen
oberen zylindrischen Teil 6 übergeht. Der Ständer 1
trägt einen Behälterdeckel 7, an dem ein Arm 8 befestigt
ist, der einen drehbaren Kopf 9 trägt. Der Kopf 9 ist
um eine vertikale Achse 10 drehbar, die mit der Achse
des Behälters 4 übereinstimmt. Der Kopf 9 ist über
Riemen 11 mit einer Steuereinheit in Form eines Elektromotors
12 mit konstanter Geschwindigkeit verbunden.
Eine statische Bremse 12′ ist mit dem Antrieb des
Motors 12 verbunden, und die Bremse 12′ kann dazu benutzt
werden, den Kopf 9 in ruhender Stellung zu halten,
während der Motor 12 die Rotation des Kopfes 9 steuert.
Der Kopf 9 trägt ein Arbeitselement 13, das um eine
geneigte Achse 14 drehbar ist, die die vertikale Achse
10 an dem geometrischen Mittelpunkt des Bodens 5 des
Behälters 4 schneidet. Das Arbeitselement 13 kann rotieren
mittels eines Kegelradgetriebes 16, das mit einer Hauptkrafteinheit
17 durch Riemen 18 verbunden ist. Das Hauptantriebsrad
19 liegt mit seiner Achse in der vertikalen
Achse 10 des Behälters 4.
Die Hauptkrafteinheit 17 ist ein Elektromotor mit konstanter
Geschwindigkeit, während der Motor 12 so angeordnet
ist, daß er als regenerative Bremse wirkt. Die Drehrichtungen
sind derart, daß die Bewegung des Arbeitselementes
13 um die geneigte Achse 14 in entgegengesetztem
Sinne erfolgt zu der Bewegung des Kopfes 9 um die vertikale
Achse 10. Der Kopf 9 und das Kegelradgetriebe 16 wirken
als Differentialantrieb, der mit der Hauptkrafteinheit 17
und mit dem Motor 12 verbunden ist, so daß bei Drehung
des Kopfes 9 die Rotationsgeschwindigkeit des Arbeitselementes
13 um ihre eigene geneigte Achse 14 reduziert
ist um das Doppelte der Rotationsgeschwindigkeit des Kopfes
9.
Das Arbeitselement 13 gemäß Fig. 1 und 2 ist stabförmig
ausgebildet; es kann jedoch auch die Form eines Streifens
oder Bandes haben, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Das
Arbeitselement 13 besitzt einen annähernd schraubenförmigen
Teil 21, dessen Achse in der Achse 14 liegt. Der Teil 21
ist aufgenommen an einem genauen schraubenförmigen und
radialen Teil 20. Der Teil 21 hat einen radialen Außendurchmesser,
dessen Mittelpunkt in dem Mittelpunkt 15 liegt,
und der eng an der Innenseite des Bodenteiles 5 des
Behälters 4 angeordnet ist, so daß der schraubenförmige
Teil 21 eine imaginäre Teilkugel beschreibt, die in gestrichelten
Linien in Fig. 1 gezeigt ist, wenn das Arbeitselement
13 entweder um die vertikale Achse 10 oder die
geneigte Achse 14 rotiert.
Der Endteil 22 des Arbeitselementes 13 ist konisch ausgebildet
und endet nicht an der geneigten Achse 14, so
daß ein schmaler toter Zwischenraum am Boden des Behälters
4 verbleibt. Wenn jedoch das gemischte oder bearbeitete
Material ein Teig ist, stellt die Viskosität des Teiges
sicher, daß kein ungemischter Teig in diesem toten
Zwischenraum bleibt. Der Querschnitt des schraubenförmigen
Teiles 21 ist derart, daß bei Drehung des Arbeitselementes
13 um die geneigte Achse 14 die radiale äußere Oberfläche
über dem Bodenteil 5 bei allen Wegen des Arbeitselementes
13 liegt, so daß die gesamte Innenwand des Behälterbodens
5 überstrichen wird mit Ausnahme des vorerwähnten toten
Zwischenraumes. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, besitzt der
Teil des Arbeitselementes, der die äußere radiale Oberfläche
bildet, einen scharfen Vorderrand auf seiner der
Innenwandung des Behälters 4 zugekehrten Seite, und dies
ist auch der Fall, wenn der Teil 21 des Arbeitselementes
13 eine streifen- oder bandartige Form besitzt. Die Pfeile
in den Fig. 2 und 3 zeigen die Drehrichtungen des Arbeitselementes
13 um die Achse 14 an.
Der Kopf 9 trägt wenigstens ein Kratzelement 23, das
benachbart zur Innenseite des oberen Behälterteiles 6
umläuft. Vorzugsweise sind vier in gleichen Abständen
angeordnete Kratzelemente 23 vorgesehen, die parallel
zur senkrechten Achse 10 und benachbart zum Weg des
Arbeitselementes 13 liegen. Um den Querschnitt des
Kratzelementes 23 zu zeigen, ist das einzige in Fig. 1
und auch in den Fig. 5 und 6 gezeigte Kratzelement 23
in der Schnittebene dargestellt. Um zu verhindern, daß
das Arbeitselement 13 mit den Kratzelementen 23 in
Kontakt gelangt, muß das Kratzelement 45° um die vertikale
Achse 10 versetzt sein, ebenso wie die anderen Kratzelemente
23. Jedes Kratzelement 23 ist auf einer kurzen
radialen Stange 24 angeordnet, die in radialer Richtung
einstellbar ist, so daß das Kratzelement 23 sehr eng
zur Innenseite des Behälters 4 angeordnet werden kann.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird nachfolgend
im einzelnen nicht näher beschrieben, da sie im Zusammenhang
mit der Beschreibung aus der Zeichnung ohne weiteres
ersichtlich ist.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dargestellt
durch die Kurven 25 und 26 gemäß Fig. 4.
Die Bestandteile des Teiges werden in den Behälter 4
eingegeben, wenn dieser nach unten abgesenkt ist und
reichen gerade bis zum oberen Ende des Bodenteiles 5.
Der Arbeitsbehälter 4 wird dann in die in Fig. 1 gezeigte
Stellung angehoben. Die maximalen Geschwindigkeiten des
Motors 12 und der Hauptkrafteinheit 17 können gewählt
werden in Abhängigkeit zu der Form des Arbeitsbehälters
4 und des Arbeitselementes 13 und auch in Abhängigkeit
von den zu mischenden Bestandteilen. Bei einem Beispiel
betrug die maximale Anfangsgeschwindigkeit der Drehung
um die vertikale Achse 10 56 rpm und 228 rpm um die geneigte
Achse 14; (das Verhältnis der Geschwindigkeiten
ist keine ganze Zahl). Das Arbeitselement 13 rotiert
um die eigene Achse 14 und läuft um die vertikale
Achse 10 um in einer planetenförmigen Bewegung; die
Schaber 23 rotieren um die vertikale Achse 10. Wenn
das Mischen beginnt, erzeugt der erhöhte Widerstand des
Teiges eine selbst-präzedierende Reaktion in dem Arbeitselement
13, und wenn die Reaktionskraft an dem Motor 12
einen bestimmten Wert (KW = 0 gemäß Fig. 4) überschreitet,
wird der Motor 12 zu einer regenerativen Bremse und
absorbiert Energie aus dem zu mischenden Teig. Wie Fig. 4
zeigt, ist der Motor 12 verantwortlich für die Drehung
des Kopfes 9 nur während der ersten 12 bis 15 Sekunden
des Arbeitskreislaufes, und an dem Punkt der Kurve 26,
wenn KW = 0 ist, nähern sich die einzelenen Bestandteile
einem homogenen Teig. Wenn der Motor 12 Energie absorbiert,
muß die Hauptkrafteinheit 17 mehr Energie aufbringen.
Bei einem Zeitpunkt von ungefähr t = 150 Sekunden, wird
die statische Bremse 12′ an die Antriebswelle des
Motors 12 angelegt, und der Motor 12 wird von seiner
elektrischen Quelle getrennt. Hierdurch wird der Kopf
9 in seiner Stellung fixiert, und das Arbeitselement 13
kann ausschließlich um die geneigte Achse 14 rotieren,
so daß es eine bloße Drehbewegung ausführt. Die Schaber
23 sind fixiert und wirken mit dem Arbeitselement 13
zusammen zur Erzielung einer schnellen Scherwirkung.
Die Schaber 23 verhindern auch jede Neigung des Teiges
als Einzelmasse zu rotieren. Der Arbeitskreis wird dann
fortgesetzt bis ca. 180 Sekunden und wenn die Hauptkrafteinheit
17 abgeschaltet wird, wird der Arbeitsbehälter 4
abgesenkt und der gemischte und entwickelte Teig entnommen,
der bereit ist für den nächsten Arbeitskreislauf.
Der Punkt, an dem der Übergang von der planetenförmigen
zur reinen Drehbewegung erfolgt, kann auf verschiedene
Weisen bestimmt werden, beispielsweise durch ein einfaches
Zeitglied oder durch Verwendung eines vollen Programmes,
das durch Steuerung des Motors 12 die Hauptkrafteinheit
17 veranlaßt, der Energieaufnahmekurve 25 gemäß Fig. 4
zu folgen. Eine feinere Steuerung kann erhalten werden
durch Steuerung der kleineren Einheit, das heißt des
Motors 12. Es sind hierbei Mittel zur Abtastung des
Kraftverbrauches der Hauptkrafteinheit 17, oder möglicherweise
des Motors 12, oder zur Abtastung der Rotationsgeschwindigkeit
des Motors 12 vorzusehen, und außerdem
sind Mittel zur Betätigung des Überganges anzuordnen.
Derartige Mittel sind in Fig. 1 bei 28 schematisch
angedeutet; sie können in üblicher Weise ausgebildet
sein. Gegebenenfalls kann auch eine nicht dargestellte
Konsistenzsteuerung des Teiges vorgesehen werden.
Die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung ist im allgemeinen
ähnlich derjenigen der Fig. 1, sie unterscheidet sich
lediglich hinsichtlich des Arbeitselementes 31 und der
beiden Antriebs-Elektromotoren 32, 33.
Das Arbeitselement 31 besitzt einen ersten und einen
zweiten Teil 34, 35. Beide Achsen 10, 14 schneiden den
ersten Teil 34, der kreisbogenförmig ausgebildet ist
und zentrisch zum geometrischen Mittelpunkt 15 liegt.
Der erste Teil 34 ist gerade gerichtet, vom Mittelpunkt
15 aus gesehen. Der erste Teil 34 erzeugt eine imaginäre
Kugelbahn, wenn das Arbeitselement 31 um eine der Achsen
10, 14 gedreht wird. Der zweite Teil 35 besitzt eine
äußere Oberfläche, die nicht parallel ist zur Innenseite
des Bodens 5 des Arbeitsbehälters 4, sondern
parallel oder fast parallel ist zur senkrechten Achse
10. Beispielsweise kann der zweite Teil 35 mit der Achse
10 einen Winkel von nicht mehr als 10°, vorzugsweise
ca. 5°, bilden. Das Arbeitselement 31 kann eine Stange,
ein Band oder ein Streifen sein, wie zu dem Arbeitselement
13 vorstehend gesagt wurde.
Die Verwendung der in ihrer Leistung einander gleichen
Motoren 32, 33 führt zu einer anderen Art des Antriebes
der Vorrichtung, wobei zu sagen ist, daß sie weniger
flexibel und weniger zweckmäßig ist als die im Zusammenhang
mit Fig. 1 bis 4 beschriebenen Arbeitsweise.
Wie Fig. 5 zeigt, kann ein propellerförmiges Hilfs-
Antriebselement 36 auf der Antriebswelle 37 des Arbeitselementes
31 angeordnet sein, wo die Antriebswelle 37
den geometrischen Mittelpunkt 15 schneidet. Das Hilfs-
Arbeitselement 36 liegt in einer Ebene, die leicht geneigt
ist gegenüber der senkrecht durch die Achse 14 gelegten
Ebene. Das Hilfsarbeitselement 36 unterstützt die Behandlung
der Teigmasse in dem Arbeitsbehälter 4 und verhindert
insbesondere, daß die Teigmasse zu hoch um die Antriebswelle
37 steigt.
Fig. 6 zeigt ein drittes Arbeitselement 41, das aus zwei
schraubenförmigen Arbeitselementen gemäß Fig. 1 besteht,
deren Achsen beide in der geneigten Achse 14 liegen, und
deren untere Enden miteinander verbunden sind durch einen
Bodenteil 42, der geradlinig sein kann, gesehen längs der
Achse 14; der Bodenteil 42 kann auch eine leichte oder
ausgesprochene S-Form besitzen. Mit anderen Worten gesagt,
der Bodenteil 42 ist diametral gegenüberliegend, braucht
aber nicht unbedingt so zu sein. Jedes seiner Enden geht
über in die entsprechenden schraubenförmigen Teile. Der
Vorteil des Arbeitselementes gemäß Fig. 6 liegt darin,
daß hier kein toter Raum am Boden des Arbeitsbehälters 4
entsteht. Die Motoren 32, 33 brauchen nicht unbedingt
Elektromotoren zu sein; beispielsweise können auch hydrostatische
Motoren verwendet werden.
Die Kurven der Fig. 7 beziehen sich auf verschiedene
Arbeitsweisen der Vorrichtung. Es sind drei Kurven X, Y
und Z gezeigt. Bei der Arbeitsweise nach der Kurve X wurden
zwei übliche Vorrichtungen verwendet, nämlich ein
planetenförmig betriebener Mixer für die erste Entwicklungsstufe
und eine rotierende Knetvorrichtung für
die zweite Entwicklungsstufe, bei der eine bloße Rotationsbewegung
stattfand. Für die Arbeitsweisen nach den
Kurven Y und Z wurden Vorrichtungen gemäß Fig. 1 bis 3
benutzt mit planetenförmiger Bewegung in der ersten
Entwicklungsstufe und einfacher Drehbewegung in der
zweiten Entwicklungsstufe.
In jedem Falle enthielt der Arbeitsbehälter 22,7 kg
Teig und die Mischung erfolgte nach den folgenden
Beispielen 3 bis 8. Scheinbar sind die Kurven in ihrer
Form nicht sehr abhängig von der zu mischenden Teigmenge
oder von dem Typ des Teiges.
Die bevorzugte Kurve für industriellen Betrieb ist die
Kurve Z. Punkt A der Kurve Z ist derjenige Punkt, an dem
eine nahezu vollkommene Homogenität erreicht wird, und
der Punkt B ist der Punkt, an dem volle Hydratisierung
erfolgt ist, und an dem die erste Behandlungsstufe
beendet ist.
Die Hydratisierung beginnt, bevor der Punkt A erreicht
ist, findet jedoch in stärkerem Maße nach dem Punkt A
statt.
Am Punkt B sind ungefähr 75% der gesamten Energieaufnahme
erfolgt, obwohl die Entwicklung in der Hauptsache eine
mechanische Entwicklung ist. In der ersten Stufe erfolgt
die erforderliche mechanische Entwicklung, und es wird jedoch
so weit als möglich eine strukturelle Entwicklung vermieden,
indem die Energieaufnahme unterhalb der kritischen
Höhe gehalten wird, die in Fig. 7 durch die Linie C gezeigt
ist. Der horizontale Teil des Kurvenabschnittes
A -B kann vermieden werden durch langsamere Erhöhung der
Energieaufnahme.
Am Punkt B findet eine schnelle Erhöhung der Energieaufnahme
bis oberhalb des kritischen Wertes (C) bis zum
Punkt D statt, und die Rate der Energieaufnahme wird
konstant gehalten, bis der Mischvorgang am Punkt E
beendet ist am Spitzenpunkt der Entwicklung des Teiges.
Wie die Kurve Z zeigt, beginnt die Energieaufnahme kurz
hinter den Punkt E zu fallen, wenn der Teig überentwickelt
wird. Bei der besonderen Vorrichtung, die mit konstanter
Geschwindigkeit umläuft, verringert sich der Widerstand
des Teiges unmittelbar hinter dem Punkt E.
Es wurde gefunden, daß der Temperaturanstieg unter normalen
Arbeitsbedingungen nur etwas über 9°C lag, so daß eine
besondere Kühlung des für die Hydratisierung erforderlichen
Wassers nicht notwendig war.
Die Kurve Z ist eine optimale Kurve, und es wurde gefunden,
daß bei der Energieaufnahme gemäß dieser Kurve
das größte Volumen der gebackenen Produkte erreicht wurde.
Die besondere Vorrichtung besaß Motoren mit konstanter
Geschwindigkeit, so daß die verbrauchte Energie ein Maßstab
der Geschwindigkeit des Arbeitselementes ist. In der
Praxis wurde gefunden, daß die Energie oder das Drehmoment
keine vollständig befriedigende Aussage über die Arbeitsweise
der Vorrichtung ist, und daß die mit der totalen
Energieaufnahme gemischten Teige unterschiedliche Volumina
nach dem Backen besitzen können, wie vorstehend gesagt
ist; bei Verwendung der besonderen obengenannten Vorrichtung
entsprechend der optimalen Energiekurve Z ist
sichergestellt, daß die Geschwindigkeit des Arbeitselementes
stets optimal ist. Die totale Energieaufnahme
für die Kurve Z betrug 6,6 Watt/Std. pro kg Teig, und
die maximale Höhe der Energieaufnahme der ersten Entwicklungsstufe
betrug ungefähr 0,21 KW, während die
maximale Höhe der Energieaufnahme der zweiten Entwicklungsstufe
ungefähr 0,25 KW betrug, also 20% größer war als
bei dem Maximum der ersten Entwicklungsstufe.
Die Kurve Y zeigt eine andere Methode, bei der die gleichen
Bezugsbuchstaben an den entsprechenden Punkten benutzt
wurden. Die totale Energieaufnahme betrug wiederum
6,6 Watt/Std. pro kg, aber die erste Entwicklungsstufe
wurde beendet, wenn ungefähr ein Drittel der totalen
Energieaufnahme erreicht war. Die Zeitdauer des Arbeitskreislaufes
war länger und die Spitzenenergie der Krafteinheiten
war offensichtlich größer, obgleich der
produzierte Teig in der Qualität ähnlich war. Es ist
anzunehmen, daß eine kleine Entwicklung stattfand, bevor
der Punkt B erreicht war.
Die Methode nach der Kurve X wurde durchgeführt mit
zwei verschiedenen Vorrichtungen, nämlich einem mit
niedriger Energie arbeitenden Mixer und einer mit hoher
Energie arbeitenden Knetvorrichtung. Die Gesamtzeit des
Arbeitskreislaufes betrug 2 und ¼ Minute, und die
maximale Energieaufnahme betrug ca. 24 KW. Die Energieaufnahme
in der ersten Entwicklungsstufe betrug 0,88 Watt/Std.
pro kg Teig und in der zweiten Entwicklungsstufe
4,4 Watt/Std. pro kg Teig.
In jedem Beispiel wurden folgende Bestandteile verwendet:
Weizenmehl | |
100% w/w | |
Hefe | 2,5% w/w |
Fett | 1% w/w |
Salz | 2% w/w |
Ascorbinsäure | 0,000075% w/w = 75 ppm |
Wasser | 58% w/w |
Bei den Beispielen 1 und 2, bei denen nach bekannten
Methoden gearbeitet wurde, wurde ein sogenannter
"Supertex-Mixer" der Firma BAKER PERKINS benutzt bei
dem Chorleywood-Verfahren mit einer Zeit des Arbeitskreislaufes
von ungefähr 3 Minuten (der Prozeß wurde
fortgesetzt, bis 11 Watt/Std. der Energie pro kg Teig
verbraucht waren). Bei den Beispielen 3, 4; 5, 6; und
7, 8 wurden Verfahren gemäß den Kurven X, Y und Z
(Fig. 7) benutzt. Bei jedem Beispiel wurde zur Erzielung
eines gebackenen Produktes der bearbeitete Teig in
Stücke von 0,9 kg unterteilt (ohne eine Fermentation
in der Masse), es wurde eine Zwischenprobe genommen, die
6 Minuten lang bei 18°C und 65% relativem Wassergehalt
fermentieren und gehen gelassen und anschließend geformt
wurde; es wurde eine endgültige Probe genommen, die
55 Minuten lang bei 40°C und 70% relativem Wassergehalt
fermentieren und gehen gelassen und bei 220°C 29 Minuten
lang zu einem Brot gebacken wurde. Diese Methode wurde
für alle relevanten Prüfungen benutzt.
Es wurde weiches Mehl mit einem Proteingehalt von 8,5% w/w
und auf 10°C gekühltes Wasser verwendet. Der totale
Energieverbrauch betrug 11 Watt/Std. pro kg Teig.
Das Volumen nach dem Backen betrug 3,92 cm³/g und lag
unterhalb des Standardvolumens für einen Standardbrotlaib.
Es wurde festes Mehl mit einem Proteingehalt von
11,5% w/w und auf 10°C gekühltes Wasser benutzt. Der
totale Energieverbrauch betrug 11 Watt/Std. pro kg Teig.
Das Volumen nach dem Backen betrug 4,0 cm³/g entsprechend
dem Standvolumen eines Standard-Brotlaibes.
Es wurde weiches Mehl mit einem Proteingehalt von
8,5% w/w und nicht gekühltes Wasser von 25°C benutzt.
Der totale Energieverbrauch betrug 4,4 Watt/Std. pro kg
Teig. Das Volumen nach dem Backen betrug 4,12 cm³/g
und lag oberhalb des Standardvolumens. Die Ersparnis
gegenüber dem Beispiel 1 betrug 60% des Energieverbrauches
zuzüglich der Kosten für die Wasserkühlung.
Zusätzliche Ersparnisse gegenüber dem Beispiel 2 bestehen
in den Mehlkosten. Es ergab sich eine größeres Volumen
des Brotlaibes gegenüber den Beispielen 1 oder 2.
Es wurde festes Mehl mit einem Proteingehalt von
11,8% w/w und nicht gekühltes Wasser von 25°C benutzt.
Der totale Energieverbrauch betrug 4,4 Watt/Std. pro kg
Teig. Das Volumen nach dem Backen betrug 4,33 cm³/g
und lag oberhalb des Standardvolumens. Die Ersparnisse
gegenüber dem Beispiel 2 betrugen 60% des Energieverbrauches
zuzüglich der Kosten für die Kühlung des
Wassers. Es ergab sich ein größeres Volumen des Brotlaibes.
Die Beispiele 5 und 7 verwendeten weiches Mehl wie beim
Beispiel 3 und die Beispiele 6 und 8 festes Mehl gemäß
Beispiel 4. In jedem Falle betrug der totale Energieverbrauch
6,6 Watt/Std. pro kg Teig und die Volumina
nach dem Backen entsprachen eng dem Beispiel 3 für weiches
Mehl oder dem Beispiel 4 für festes Mehl. In den
Beispielen 5 bis 8 wurden die Volumina nach dem Backen
gröber gemessen durch Feststellung der Höhen der Brotlaibe.
In den Beispielen 3 bis 8 schienen die Teige nach der
Bearbeitung und nach der Prüfung nicht von denjenigen
der Beispiele 1 und 2 verschieden zu sein, abgesehen
von einem leichten Anschein der Dichte. Ein Unterschied
in dem Volumen trat nur beim Backen in Erscheinung.
Claims (15)
1. Verfahren zum Bearbeiten von teigigen Massen zwecks
ihrer mechanischen Entwicklung unter Verwendung
einer Vorrichtung mit einem Arbeitsbehälter,
der eine eine Teilkugel bildende Innenwand besitzt,
die mindestens einen wesentlichen Teil der
gesamten Innenwand des Behälters bildet, einem
drehbaren, in dem Arbeitsbehälter angeordneten
Arbeitselement und einem Antrieb zur Drehung des
Arbeitselementes relativ zum Areitsbehälter
um eine erste, den Mittelpunkt der teilkugelförmigen
Innenwand schneidenden Achse und um eine zweite,
zur ersten Achse geneigten, ebenfalls den Mittelpunkt
schneidenden Achse, einer Steuervorrichtung
zur wahlweisen Drehung des Arbeitselementes
um eine Achse zur Durchführung einer einfachen
Drehbewegung oder um beide Achsen zur Durchführung
einer planetenförmigen Drehung, wobei das Arbeitselement
eine radiale äußere Oberfläche besitzt,
deren Mitte im Mittelpunkt liegt und eng benachbart
zu der teilkugelförmigen Innenwand angeordnet
ist und die bei Drehung des Arbeitselementes
um eine der Achsen eine imaginäre Teilkugel
beschreibt, dadurch gekennzeichnet,
daß die teigige Masse
unter Verwendung der planetenförmigen Bewegung
des Arbeitselementes hydratisiert (OB) wird und
daß die Entwicklung (BE) der teigigen Masse
anschließend bei einer wesentlich größeren
Energieaufnahme unter Verwendung einer einfachen
Drehbewegung des Arbeitselementes vollendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß nach weitgehender Hydration (OB) der teigigen
Masse die Energieaufnahme schnell erhöht wird,
wobei die Energieaufnahme unmittelbar vor ihrer
Erhöhung gerade unterhalb der kritischen Höhe
(C) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vollendung der Entwicklung (BE)
bei einer Höhe der Energieaufnahme durchgeführt
wird, die gerade oberhalb der kritischen Höhe
(C) liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß nach weitgehender Durchführung
der Hydration (OB) die Energieaufnahme schnell
um weniger als 30%, vorzugsweise um 20% erhöht
wird (BD) gegenüber der unmittelbar vorher
herrschenden Energie.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die teigige Masse
für ungefähr 2½ Minuten (OB) bearbeitet
wird und die Energieaufnahme anschließend
schnell erhöht wird, wobei die Gesamtbearbeitungszeit
3 Minuten beträgt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 mit einem Arbeitsbehälter,
der eine eine Teilkugel bildende Innenwand
besitzt, die mindestens einen wesentlichen Teil
der gesamten Innenwand des Behälters bildet,
einem drehbaren, in dem Arbeitsbehälter angeordneten
Arbeitselement und einem Antrieb zur
Drehung des Arbeitselementes relativ zum Arbeitsbehälter
um eine erste, den Mittelpunkt der teilkugelförmigen
Innenwand schneidenden Achse und
um eine zweite, zur ersten Achse geneigten,
ebenfalls den Mittelpunkt schneidenden Achse,
einer Steuervorrichtung zur wahlweisen Drehung
des Arbeitselementes um eine Achse zur Durchführung
einer einfachen Drehbewegung oder um
beide Achsen zur Durchführung einer planetenförmigen
Drehung, wobei das Arbeitselement
eine radiale äußere Oberfläche besitzt, deren
Mitte im Mittelpunkt liegt und eng benachbart
zu der teilkugelförmigen Innenwand angeordnet
ist und die bei Drehung des Arbeitselementes
um eine der Achsen eine imaginäre Teilkugel
beschreibt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb (9, 11, 12,
16 bis 19) und die Steuervorrichtung (12′, 28)
das Arbeitselement (13, 31, 41) derart steuern,
daß es während eines ersten Teils des Arbeitsvorganges
eine planetenförmige Bewegung
und während eines zweiten Teils des Arbeitsvorganges
eine einfache Drehbewegung mit
einer wesentlich größeren Energieaufnahme
durchführt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter (4) feststehend
ist und der Antrieb (9, 11, 12, 16 bis 19)
einen Drehkopf (9), in dem das Arbeitselement
(13, 31, 41) drehbar aufgenommen ist, und
Mittel (11) zur Steuerung der Drehung des
Kopfes umfaßt, wobei der Kopf (9) für eine
einfache Drehbewegung des Arbeitselementes
(13, 31, 41) feststeht und für eine planetenförmige
Bewegung des Arbeitselementes rotiert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehkopf (9) einen Teil
eines Differentialantriebes bildet, der
ein mit einer Antriebseinheit (17) verbundenes
Sonnenrad, einen durch den Kopf (9) gebildeten
Planetenträger und ein mit dem Sonnenrad
in Eingriff stehendes Planetenrad aufweist,
und daß die Steuervorrichtung eine Steuereinheit
(12) zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit
des Kopfes (9) für die planetenförmige Bewegung
des Arbeitselementes (13, 31, 41) oder zum
Festhalten des Kopfes (9) für eine einfache
Drehbewegbarkeit des Arbeitselementes umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Durchführung der planetenförmigen
Bewegung des Arbeitselementes (13, 41)
der Antrieb eine Hauptkrafteinheit (17), eine
Steuereinheit (12) und einen Differentialantrieb
(9, 16) aufweist, der mit der Hauptkrafteinheit (17)
und der Steuereinheit (12) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (12) als
Motor ausgebildet ist, der zwecks Absorbierung
von Energie aus der zu behandelnden Masse als
Bremse wirkt, wenn die auf den Motor wirkende
Reaktionskraft einen bestimmten Wert überschreitet.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkrafteinheit
(17) und die Steuereinheit (12) konstante Geschwindigkeiten
aufweisende Einheiten sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitselement
(13, 31, 41) für die planetenförmige Bewegung
in entgegengesetzten Richtungen um die zwei
Drehachsen (10, 14) rotiert.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12,
bei dem wenigstens ein Schaber in dem Arbeitsbehälter
rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schaber (23) in dem oberen Teil (6) des
Arbeitsbehälters (4) angeordnet und um die
Achsen (10) drehbar ist bei planetenförmiger Bewegung
des Arbeitselementes (13, 31, 41) und
bei einfacher Drehbewegung des Arbeitselementes
(13, 31, 41) stillsteht, und daß der Schaber (23)
benachbart zu dem Weg des Areitselementes
(13, 31, 41) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
bei der das Arbeitselement (13, 41) eine angenäherte
Schraubenform besitzt, dadurch gekennzeichnet,
daß das untere Ende des schraubenförmigen
Arbeitselementes (13, 41) in einer
imaginären teilkugelförmigen Ebene gebogen ist,
die ihre Mitte im Mittelpunkt (15) der teilkugelförmigen
Innenwand (5) des Arbeitsbehälters
(4) hat, so daß das Ende des Arbeitselementes
(13, 41) eine imaginäre Teilkugel erzeugt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
bei der das Arbeitselement (13, 31, 41) als
langgestrecktes Element ausgebildet ist, das
einen scharfen Vorderrand benachbart zur
teikugelförmigen Innenwand (5) des Arbeitsbehälters
besitzt, dadurch gekennzeichnet,
daß der scharfe Vorderrand an dem Arbeitselement
(13, 31 oder 41) an der der Innenwand
(5) am nächsten liegenden Seite angeordnet ist.
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