DE3100774C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Bereiten eines Flüssigkeitsvorrats in einem Behälter sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie ist verwendbar für Wasser, welches Brotteigmischern zuge­ führt wird.

Eines der bekannten Systeme erfordert eine Bedienungsper­ son, die die Temperaturen des Wassers kennt, das aus ver­ schiedenen Wasserquellen unterschiedlicher Temperatur ent­ nommen wird, und die vor dem Mischen des Wassers aus die­ sen Quellen Berechnungen anstellt. Bei diesem System müssen die Wassertemperaturen äußerst genau gemessen werden, wo­ gegen die leicht ablesbaren Temperaturanzeigeinstrumente fehleranfällig oder ungenau sind.

Bei anderen bekannten Systemen ist es notwendig, erst Was­ ser ablaufen zu lassen, bevor eine beständige Temperatur bei dem erforderlichen Wasserstand erreicht wird. Bei sol­ chen Systemen werden Wasser und Energie verschwendet.

Wenn bei den genannten Systemen die Temperaturen der Wasser­ quellen außerdem schwanken bzw. abweichen, so sind die an­ gestellten Berechnungen ungültig und müssen wiederholt wer­ den. Es sind zwar temperaturgesteuerte Mischventile erhält­ lich, doch sind diese bis zu einem gewissen Maß unempfind­ lich und können eine Wassermenge nicht auf der erforder­ lichen Temperatur halten, wenn sich der Wasserdruck verän­ dert.

Es wurde versucht, Systeme mit korrigierten Rückspeisungen zu schaffen, die jedoch auf der Basis einer einfachen bzw. einmaligen Fehlerkorrektur bei vorher erfolgten Arbeitsvor­ gängen wirken, so daß die erste Mischung als Probelauf zu betrachten ist.

Die DD-PS 78 808 beschreibt ein Verfahren zum Messen und zur Temperaturregelung von Flüssigkeiten. Eine Zuführung der Flüssigkeiten in drei Phasen ist in die­ ser Druckschrift nicht vorgesehen.

In der CH-PS 6 01 852 und der DE-OS 24 23 157 sind Tempe­ ratursteuerungen für Bäckereimaschinen beschrieben. Auch diese Druckschriften beschreiben keine Steuerungsverfah­ ren, bei denen die Flüssigkeiten in drei Phasen zugeführt werden.

Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie mit Temperaturanzeigegeräten arbeiten.

Demgegenüber wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren geschaffen, daß durch die Mengenerfassung durch Wiegen ein äußerst genaues und rationelles Einstellen der Temperatur ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet Flüssigkeiten verschiedener Temperatur zum Mischen und Bereiten einer bestimmten Menge an Flüssigkeit mit einer gewünschten Temperatur. Temperatur und Menge der Flüssigkeit werden überwacht und die Zufuhr unterbrochen bzw. beendet, sobald für die gewünschte Flüssig­ keitsmenge gesorgt ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die gemäß dem Kennzeichen des Haupt­ anspruchs ausgestaltet ist.

In jedem der Fälle werden die Ventileinrichtungen vorzugs­ weise durch eine einzige Steuereinrichtung reguliert bzw. eingestellt, die durch die Temperaturfühlereinrichtung und die Meßeinrichtung betätigbar ist. Die Steuer-, Temperatur­ fühler- und Meßeinrichtung sind vorzugsweise elektronische Einrichtungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es folgt die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 ein Flüssigkeitsmeß- und Tempe­ raturregelsystem zum Teil in Form eines Diagramms;

Fig. 2 ein Flußdiagramm des Steuerprogrammes;

Fig. 3, Fig. 4 eine graphische Darstellung von Wärme und Gewicht des Wassers bei Betrieb des Systems;

Fig. 5 ein Schema, in welchem dargestellt ist, wie das System in Brotherstellungsanlagen verwendet werden kann;

Fig. 6 eine modifizierte Ausführungsform des Systems gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Flüssigkeitsmeß- und Temperaturregelsystem 1 zur Zuführung von Wasser, welches anschließend zu einem Brotteigmischer geleitet wird, zu einem Behälter 11. Das System bzw. die Vorrichtung umfaßt des weiteren eine in Form eines Mischkanals 2 vorgesehene Kammer mit einer Einlaßöffnung 2 a und einer Auslaßöffnung 2 b , Leitungen 3, 4 und 5 zur Zuführung von Druckwasser un­ terschiedlicher Temperaturen zur Einlaßöffnung 2 a des Mischkanals bzw. der Mischleitung 2 und eine in Form von Elektromagnetventilen 6, 7 und 8 vorgesehene Ventileinrich­ tung zur Steuerung der Strömung des Wassers durch jede der Leitungen. Des weiteren ist eine Einrichtung in Form eines Transducers und/oder Meßwandlers 9 vorgesehen, die auf Tem­ peraturänderungen des Wassers im Mischkanal 2 an­ spricht und über einen Regler 10 zur Einstellung bzw. Re­ gulierung der Ventile 6, 7 und 8 dient, und eine in Form eines auf Gewicht reagierenden Transducers 12 angeordnete Einrichtung zum Messen des durch die Kammer bzw. den Misch­ kanal 2 zugeführten Wassers und zur Einstellung bzw. Regu­ lierung der Ventile 6, 7 und 8 über einen Regler 10, wobei der Behälter schließlich mit einem Wasserkörper gewünschter Quantität und Temperatur versorgt wird.

Der Regler 10 und die Transducer 9 und 12 sind in Form von elektronischen Bauteilen vorgesehen. Der Regler bzw. Programm­ schalter 10 ist ein an sich bekannter, auf einem Mikropro­ zessor basierender Einplatinencomputer mit MPU, RAM, ROM und EAROM-Speichern, E/A-Geräten usw., der ein auf das Sy­ stem 1 zugeschnittenes Programm enthält. Der temperaturem­ pfindliche Transducer 9 ist ein Präzisions-Platin-Widerstands­ thermometer (Güte 1). Der gewichtsempfindliche Transducer 12 ist eine auf einem Dehnungsmeßstreifen basierende Wägezelle.

Der Behälter 11 weist einen Wiegebehälter auf.

Die Transducer 9 und 12 sind über Signaleingangsleitungen 20 und 21 an den Regler bzw. Programmschalter 10 angeschlos­ sen und erzeugen bei Betrieb eine kontinuierliche, d. h. un­ gepulste Ausgangsspannung. Die Elektromagnetventile 6, 7 und 8 sind über Signalausgangsleitungen 22, 23, 24 an den Regler 10 angeschlossen. Der Regler kann durch nicht abgebildete, externe Organe programmiert werden.

Das Wasser in der Zufuhrleitung 3 weist normale oder Raum­ temperatur auf (15°C); das Wasser in der Leitung 4 ist re­ lativ warm, etwa 55°C, und das Wasser in der Leitung 5 ist abgekühlt und relativ kalt, etwa 5°C. Die Temperaturen lie­ gen nicht im kritischen Bereich und brauchen dem Bedienungs­ personal nicht bekannt zu sein. Die erforderliche Tempera­ tur des Wassers in dem Behälter 11 muß jedoch zwischen der wärmeren und der kälteren Temperatur liegen.

Es sei angenommen, daß eine Teigmasse zu mischen ist. So werden, wenn die Anlage in Betrieb ist, zunächst das er­ forderliche Gewicht und die Temperatur des zum Mischen be­ nötigten Wassers festgestellt, und der Regler bzw. Pro­ grammschalter 10 wird entsprechend eingestellt, wobei even­ tuelle vorherige Fehler sowie die erforderliche Temperatur und das Gewicht des Wassers berücksichtigt werden.

Fig. 2 zeigt ein Flußschema des Steuerungsprogrammes, das bei Ziffer (100) beginnt. Zuerst wird das Steuerventil 6 für das Wasser mit normaler bzw. Raumtemperatur durch den Regler 10 geöffnet (101). Wasser fließt durch die Zufuhr­ leitung 3, und zwar für eine Dauer von angenommen einer Sekunde (102). Dann wird mittels des Reglers 10 der Wärme­ fluß als Produkt aus der Gewichtszunahme und der Temperatur in dem genannten Zeitraum berechnet (103). Der Wärmefluß­ wert wird zur Summe der Gesamtwärme hinzugerechnet. Wenn das Gesamtgewicht des in den Behälter 11 geleerten Wassers das benötigte Gewicht (104) und auch einen gewissen Anteil, angenommen ein achtel (106), des benötigten Gewichts nicht übersteigt, kann eine weitere Zeitspanne verstreichen, und die Berechnung erfolgt noch einmal elektronisch.

Wenn das Gewicht des Wassers in dem Behälter 11 gleich dem genannten Anteil des benötigten Gewichts (106) ist, wird die Temperatur des anströmenden Wassers gespeichert (107). Wenn das Kennzeichen bzw. die Markierung HCIN, die anzeigt, daß warmes oder kaltes Wasser bereits eingelaufen ist, nicht gesetzt wird (108), wird das Ventil 6 für die Steuerung der Strömung des normalen Wassers, d. h. des Wassers mit nor­ maler Temperatur abgeschaltet (109).

Wenn die benötigte Temperatur nun höher ist (110) als die gespeicherte Temperatur (107), so wird warmes Wasser ge­ wählte (111), wozu das Elektromagnetventil 7 verwendet wird. Wenn andererseits die benötigte Temperatur kleiner ist als die gespeicherte Temperatur, so wird kaltes Was­ ser gewählt (116), wozu das Elektromagnetventil 8 verwen­ det wird.

Gewicht und Temperatur des Wassers werden fortlaufend in periodischen Abständen gemessen (112, 117), und die Gesamt­ wärmen (113, 118) solange berechnet, bis ein rechnerischer Bezugspunkt erreicht ist (114, 119).

Die Basis für die Berechnung dieses Punkts ist, den Warm­ wasserweg berücksichtigend, daß die abzugebende Wärme kleiner wird als die Wärme, die mit normalem Wasser eingegeben werden konnte.

Die Basis für die Berechnung dieses Punkts ist, den Kalt­ wasserweg berücksichtigend, daß die abzugebende Wärme größer wird als die Wärme, die mit normalem Wasser eingegeben werden konnte.

An diesem Punkt (115, 120) werden die Steuerventile 7 und 8 für das warme oder kalte Wasser geschlossen. Das Programm des Reglers 10 ist so, daß, wenn die Markierung HCIN gesetzt ist (121), die anzeigt, daß warmes oder kaltes Wasser be­ reits eingelaufen ist, der Regler 10 veranlaßt, daß das Steuerventil 6 für normales Wasser, d. h. Wasser mit Raum­ temperatur, erneut geöffnet wird (101). Der Strömungspfad folgt wieder den Betriebsstationen 102, 103, 104, 106, 107, 108. Bei Erreichen der letzten Station, wo nun HCIN gesetzt ist, kehrt das System zur Betriebsstation 102 zurück. Diese Schleife setzt sich solange fort, bis das Gewicht des Was­ sers in dem Behälter 11 das erforderliche Gewicht erreicht (104). An diesem Punkt wird das Steuerventil 6 für norma­ les Wasser geschlossen. Der Behälter 11 enthält zu die­ sem Zeitpunkt Wasser erforderlichen Gewichts und erfor­ derlicher Temperatur.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Summierung der Gesamtwärme bei ansteigendem Wassergewicht sowie die drei Mischphasen (Normal-Warm-Normal oder Normal-Kalt-Normal).

Es ist zu beachten, daß das System aufgrund seiner fort­ währenden Wärmeansammlung und Speicherung von Wasser bei Normaltemperatur nach einer gewissen Zeitspanne den Aus­ gleich von Temperaturänderungen in den Versorgungs- bzw. Zuleitungen ermöglicht, so daß die Notwendigkeit nicht be­ steht, in energieverschwendender Weise überschüssige Was­ sermengen ablaufen zu lassen.

Zur Ansammlung wird Wasser durch die Mischleitung 2 in den Wiegebehälter bzw. den Behälter 11 gespeist. Die fort­ währende Messung der Wassertemperatur erfolgt durch den Transducer 9, und eine zu dieser Temperatur proportionale Spannung wird entlang der Signalleitung 20 zu dem Regler 10 übertragen.

Zu Beginn wird auf einer festgelegten periodischen Grund­ lage normales Wasser gewählt. Das Gewicht des Wassers in dem Wiegebehälter 11 und die Temperatur des dem Behälter zugeführten Wassers werden überwacht. Die in jedem bzw. pro Zeitabschnitt vorhandene Wärme wird errechnet, und Ge­ wicht und Wärme des Wassers in den Behälter 11 werden fort­ laufend aufaddiert.

Wenn das Gewicht des Wassers in dem Behälter 11 gleich einem geringen Anteil, angenommen einem achtel, des erforderlichen Gesamtgewichts ist, wird die Versorgung mit normalen Wasser mittels des Elektromagnetventils 6 eingestellt, und je nach dem, ob die erforderliche Temperatur über oder unter der normalen Temperatur liegt, wird entweder warmes oder kal­ tes Wasser gewählt.

Die zweite Wasserversorgung dauert solange an, bis die addierte Gesamtwärme einen durch das System errechneten Bezugspunkt erreicht. An diesem Punkt wird die Versorgung mit normalem Wasser wieder eingesetzt.

Erreicht das Gesamtgewicht das erforderliche Gewicht, so werden die Elektromagnetventile 6, 7 und 8 abgeschaltet.

Das System bzw. die Vorrichtung ist so ausgelegt, daß die erforderliche Temperatur geändert werden kann, und daß Tem­ peraturfehler bei vorherigen Wiegevorgängen ausgeglichen bzw. kompensiert werden.

Wie vorstehend bereits erwähnt, ist es nicht notwendig, daß das Bedienungspersonal die Temperaturen des Wassers in den Zufuhrleitungen 3, 4 und 5 kennt.

Das System sorgt für fortwährendes Messen von Temperatur und Gewicht des Wassers und für das Mischen des zugelei­ teten Wassers auf der Basis von Wärmeintegration.

Das System ist für analogen oder digitalen Schaltungsauf­ bau geeignet.

Sofern erforderlich, kann eine Pumpe in der Mischleitung 2 angeordnet und durch den Regler 10 betätigt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Wärme/Gewichts-Graphen des Systems. In Fig. 3 ist die Wärme das Produkt aus dem Ge­ wicht und der Temperatur des Wassers (Kalorien). Der Ver­ lauf bzw. der Anstieg des Graphs drückt die Wassertempe­ ratur aus.

Es ist zu sehen, daß die auftretende bzw. entstehende Wär­ me während der normalen Phase unter die imaginäre Linie ab­ fällt, die 00 und den erforderlichen Wärme/Gewichtspunkt verbindet.

Folglich wird als nächstes erwärmtes Wasser gewählt, dessen Temperatur schwanken kann, weshalb auch der Verlauf in die­ ser Phase variiert. Er ist jedoch im allgemeinen steiler als die Linie der gewünschten Temperatur, und kreuzt so schließlich die Linie, die rückschließend auf das Ziel des normalen Wasserverlaufs gewonnen wird. An diesem Punkt wird der Zulauf erwärmten Wassers ab- und normalen Wassers wieder angeschaltet.

Dies setzt sich dann zu der erforderlichen Gewichtslinie fort.

In Fig. 4 ist der Ablauf bei der Betriebsart "normal : ge­ kühlt : normal" dargestellt.

In Fig. 5 ist veranschaulicht, wie das System bzw. die Vor­ richtung 1 in Kombination mit einem Brotteigmischer 200, einer Brotteigverarbeitungsvorrichtung 201 und einem Back­ ofen 203 verwendet werden kann.

In Fig. 6 ist ein modifziertes System 1 a dargestellt, bei welchem eine Kammer bzw. ein Mischkanal 2 nicht vorgesehen ist. Statt dessen wird Wasser durch die Zufuhrleitungen 3, 4 und 5 direkt in den Behälter bzw. den Wiegebehälter 11 gespeist. In diesem modifizierten System wurde der Trans­ ducer 9 durch drei ähnliche Transducer 9 a , 9 b , 9 c mit je­ weils einer Eingangsleitung 20 a , 20 b , 20 c ersetzt.

Claims (14)

1. Verfahren zum automatischen Bereiten eines Flüs­ sigkeitsvorrats in einem Behälter mit einer gewünschten Temperatur, wobei Flüssigkeit verschiedener Temperaturen in getrennten Strömen zugeführt wird und die Ströme gesteuert werden, mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Die Zuführung von Flüssigkeit findet in drei Phasen statt:
• - Bei der ersten Phase wird eine vorgegebene Menge an Flüssigkeit mit einer Zwischentemperatur zugeführt,
• - bei einer zweiten Phase wird, je nachdem, ob eine posi­ tive oder negative Temperaturdifferenz zwischen der Flüssigkeit am Ende der ersten Phase und der gewünschten Endtemperatur besteht, eine wärmere oder kältere Flüs­ sigkeit solange zugeführt, bis die Differenz zwischen der gesamten benötigten Wärmemenge und der bis dahin gelieferten Wärmemenge jeweils so groß ist, daß sie von der noch zuzuführenden Menge an Flüssigkeit mit der Zwischentem­ peratur geliefert wird, und
• - bei einer dritten Phase die Flüssigkeit mit der Zwischentem­ peratur zugeführt wird,
• - wobei die Temperaturerfassung an der Mischstelle vor dem Ein­ tritt in den Behälter erfolgt und
• - der bereitete Flüssigkeitsvorrat gewogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus drei verschiedenen Quellen gemischt wird, wobei eine Quelle (3) Raumtemperatur, eine weitere Quelle (4) eine relative warme und eine letzte Quelle (5) eine dazu relativ kalte Temperatur aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Wasser gemischt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Leitungen (3, 4, 5) zur Zuführung von Flüssigkeit unterschied­ licher Temperaturen zu einem Behälter (11), eine Ventilein­ richtung (6, 7, 8) zur Steuerung der Strömung der dem Behälter (11) zugeführten Flüssigkeit, eine auf Temperaturänderungen der dem Behälter zugeführten Flüssigkeit ansprechende und über eine Einrichtung (10) zur Betätigung bzw. Einstellung und Regulierung der Ventileinrichtung (6, 7, 8) dienende Ein­ richtung (9), und durch eine Einrichtung (12) zum Messen der dem Behälter (11) zugeführten Flüssigkeitsmenge und zur Betätigung bzw. Einstellung und Regulierung der Ventilein­ richtung (6, 7, 8), wobei der Behälter (11) schließlich mit einem Flüssigkörper gewünschter Quantität und Temperatur versorgt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventileinrichtung (6, 7, 8) durch ei­ ne einzige Steuereinrichtung (10) eingestellt bzw. reguliert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die auf Temperaturänderungen an­ sprechende Einrichtung (9) in Form einer elektronischen Einrichtung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zum Messen der dem Behälter (11) zugeführten Flüssigkeitsmenge in Form einer elektronischen Einrichtung vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerein­ richtung (10) in Form einer elektronischen Einrichtung vor­ gesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (10) programmier­ bar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf Temperaturänderungen ansprechen­ de Einrichtung in Form eines elektronischen Transducers bzw. Meßwandlers (9) vorgesehen ist, der bei Betrieb eine unge­ pulste Ausgangsspannung erzeugt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zum Messen der dem Be­ hälter (11) zugeführten Flüssigkeit in Form eines elektro­ nischen Transducers (12) vorgesehen ist, der bei Betrieb ei­ ne ungepulste Ausgangsspannung erzeugt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß diese mit einem Brotteigmischer (200) kombiniert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß diesem mit einem Brotteigmischer (200) und einer Teigverarbeitungsmaschine (201) kombiniert ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß diese mit einem Brotteigmischer (200), einer Teigverarbeitungsmaschine (201) und einem Backofen (202) kombiniert ist.