DE3624688C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum stetigen Temperieren eines zähflüssigen, kristallisierbaren Produktes. Derartige Maschinen dienen zum Behandeln von Schokoladenmassen, die temperiert den nachfolgenden Schokoladenverarbeitungs­ maschinen, wie Überziehanlagen, Gießmaschinen, Hohlkörperan­ lagen u. ä. zur Verfügung gestellt werden müssen.

In der Temperiermaschine wird die Schokoladenmasse kontinuier­ lich durch mehrere Temperierstufen hindurchgeführt. Die ein­ zelnen Temperierstufen weisen separate Kühlmittelkreisläufe auf.

Aus der DD-PS 1 36 570 ist eine Lösung bekannt, bei der die erwärmte Masse von einer über ihrer höchsten Schmelztempera­ tur liegenden Temperatur mittels Kühlwasser in einer Vorkühl­ zone bis zum Erreichen der Kristallbildungstemperatur gekühlt, anschließend in einer 2. Stufe auf dieser Temperatur gehalten und danach in der Endstufe auf Verarbeitungstemperatur gebracht wird. Das erfolgt, indem die Masseteilchen durch eine kombi­ nierten Förder- und Mischvorgang zwangsweise und kontinuierlich durch die einzelnen Temperierstufen hindurchgeführt werden. Im Temperaturbereich, wo ein Gleichgewichtszustand zwischen kri­ stalliner und flüssiger Fettphase erreicht ist, muß die Schoko­ ladenmasse 1 bis 3 Minuten verharren. Das wird durch die Ver­ langsamung des Förderstromes und/oder der Verlängerung der För­ derstrecke erreicht. Die Steuerung erfolgt, indem die in die separaten Temperierstufen und geschlossenen Kühlmittelkreisläu­ fe eingebauten Temperaturmeßfühler in Verbindung mit Reglern und Stelleinrichtungen die konstante Temperatur der jeweiligen Temperierstufe aufrechterhalten. Die Wahl dieser konstanten Temperatur erfolgt nach einem rezepturbedingten Temperatur-Zeit- Regime. Dieses Temperatur-Zeit-Regime beruht auf Erfahrungs­ werten.

Um die Betriebssicherheit derartiger Anlagen zu erhöhen, ist es üblich, die Anzahl der Temperierstufen zu vergrößern.

So bietet die Firma Aasted eine Reihe von Temperiermaschinen an, bei der bis zu 7 Temperierstufen realisiert sind. Jede Temperierstufe besitzt ebenfalls einen separat gesteuerten Kühlmittelkreislauf. Diese Temperiermaschinen steigern die Betriebssicherheit, erfordern jedoch einen ungerechtfertigt hohen Aufwand.

Beiden genannten Lösungen haftet der Nachteil an, daß die Steuerung auf Grund der Meßwertaufnahme über Temperatur­ fühler träge ist. Der teilkristalline Zustand, der für die Eigenschaften der temperierten Schokoldenmasse relevant ist, wird durch die Temperaturmessung nicht erfaßt.

Eine exaktere Erfassung des teilkristallinen Zustands zeigt die DE-OS 23 22 838. Hier wird eine diskontinuierliche Tempe­ rieranlage beschrieben. Der teilkristalline Zustand wird über die Messung der Viskosität erfaßt. Dabei wird auch der Strom des Anriebsmotors als eine von der Viskosität der Masse ab­ hängige Größe erfaßt. Diese Anlage arbeitet chargenweise und kann somit den Bedarf moderner Betriebe nicht befriedigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicher­ heit einer gattungsgemäßen Steuereinrichtung zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Maßnahmen und Merk­ male des Anspruchs 1 gelöst. Der Anspruch dient der Ausge­ staltung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sich die Betriebssicher­ heit der Temperiermaschine wesentlich erhöht. Die Verarbeit­ barkeit der Schokoladenmasse und deren Qualität verbessern sich. Die Temperiermaschine kann insgesamt wirtschaftlicher betrie­ ben werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei­ spieles näher beschrieben werden. Die Zeichnungen haben folgende Bedeutung

Fig. 1 schematischer Aufbau des Wärmetauschers der Temperiermaschine,

Fig. 2 Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuerung.

Aus dem hier nicht dargestellten Vorrats- und Mischbehälter fördert eine nicht dargestellte Pumpe die untemperierte Schokoladenmasse über den Einlauf 1 in den in Fig. 1 gezeigten Wärmetauscher. Der Wärmetauscher besteht aus einer Kühlstufe 2 (erste Stufe), einer Haltestufe 3 (zweite Stufe) und einer Anwärmestufe 4 (dritte Stufe). Innerhalb des Wärmetauschers rotiert ein Mischorgan 5, das über einen Motor 6 angetrieben wird. Dem Motor 6 ist ein Strommeßgeber 7 zugeordnet. Die Wandung des Wärmetauschers ist als Doppelmantel 8 ausgebildet. Im Doppelmantel 8 zirkuliert ein Kühlmittel. Jede Stufe be­ sitzt einen separaten Kühlmittelkreislauf mit einem Leitungs­ system 9. In das Leitungssystem 9.1 und Leitungsssystem 9.2 (für Kühlstufe und Haltestufe) sind je ein Temperaturmeßgeber 10 für die Austrittstemperatur und ein Temperaturmeßgeber 11 für die Eintrittstemperatur des Kühlmittels in den Doppelmantel 8 eingebunden. Weiterhin gehören eine hier nicht dargestellte Kühlmittelpumpe und ein Stellglied 12 zum Leitungssystem 9. In der Anwärmstufe 4 ist eine Heizung 13 in Verbindung mit einer Pumpe 14 eingebaut. In das Rohrleitungssystem 9.3 ist zwischen Heizung 13 und Pumpe 14 ein Temperaturmeßgeber 15 angeordnet. Nach der Haltestufe 2 und nach der Kühlstufe 3 sind elektrische Meßwertgeber 16 angeordnet. Der Aufbau derar­ tiger Meßwertgeber ist hier nicht näher dargestellt. Sie be­ stehen im wesentlichen aus zwei sich flächig gegenüberliegen­ den plattenförmigen Meßsonden, die in die Schokoladenmasse hineinragen. Die elektischen Meßwertgeber nutzen den Effekt aus, daß durch die Veränderung des teilkristallinen Zustands elektrische Zustandsgrößen der Schokoladenmasse verändert wer­ den. Als elektrische Zustandsgrößen sind insbesondere die Di­ elektrizitätskonstante oder der elektrische Widerstand gut geeignet. Am Abschluß der Anwärmestufe 4 ist ein Auslauf 17 angeordnet, durch den die temperierte Schokoladenmasse den Wärmetauscher verläßt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung soll nun an Hand von Fig. 2 näher erläutert werden:
In dieser Figur ist die Verarbeitung der Meßwerte für die Steuerung der Temperiermaschine dargestellt. In der Kühlstufe 2 erfolgt die Abkühlung bis an die Grenze der Kristallisation. Der elektrische Meßwertgeber 16.1 übermittelt seinen Meßwert an einen Wandler 18.1, der mit einem Vergleicher 19.1 und einem Wahlschalter 20 in Verbindung steht. Im Vergleicher 19.1 wird der durch den elektrischen Meßwertgeber 16.1 ermittelte Meßwert mit einem rezepturbedingten Sollwert 21.1 verglichen. Bei einem L-Signal wird über eine Ausgabe 22.1 das Stellglied 12.1 betätigt und damit auf den Kühlmittelfluß eingewirkt.

Unter L-Signal wird der Schaltzustand der Ausgabe 22 verstan­ den, der eine Wirkung auf das Stellglied 12 hervorruft. Das Stellglied 12 geht durch diese Wirkung von einer Ruhe- in die Arbeitsstellung. In der gleichen Prozeßstufe wird die durch den Temperaturmeßgeber 10.1 ermittelte Austrittstemperatur des Kühlmittels mit der durch den Temperaturmeßgeber 11.1 ermittel­ ten Eingangstemperatur über die Wandler 18.3 bzw. 18.2 im Ver­ gleicher 19.2 verglichen. Bei Erreichen einer Minimaldifferenz von ca. 1 K wird die Ausgabe 22.1 so gesteuert, daß zum Stell­ glied 12.1 ein O-Signal ausgegeben wird. Bei O-Signal an der Ausgabe 22 unterbindet der Schaltzustand die Wirkung auf das Stellglied 12, es verbleibt in der Ruhestellung. In der Halte­ stufe 3 wird die durch den elektrischen Meßwertgeber 16.2 er­ mittelte Meßgröße über einen Wandler 18.4, der mit dem Wahl­ schalter 20 verbunden ist, zu einem Vergleicher 19.3 geführt und dort mit einem rezepturbedingten Sollwert 21.2 verglichen. Bei L-Signal wird über eine Ausgabe 22.2 das Stellglied 12.2 betätigt.

In der gleichen Prozeßstufe wird die durch den Temperaturmeß­ geber 10.2 ermittelte Austrittstemperatur des Kühlmediums mit der durch den Temperaturmeßgeber 11.2 ermittelten Eintritts­ temperatur über einen Wandler 18.6 bzw. 18.5 in einem Verglei­ cher 19.4 verglichen. Bei Erreichen einer Minimaldifferenz von ca. 1 K wird die Ausgabe 22.1 so gesteuert, daß zum Stellglied 12.2 O-Signal ausgegeben wird. Gleichzeitig wird die durch den Strom­ meßgeber 7 ermittelte Meßgröße für den Motorstrom über einen Wandler 18.7, der mit dem Wahlschalter 20 in Verbindung steht, zu einem Vergleicher 19.5 geführt und dort mit einem Sollwert 23 verglichen. Bei Erreichen einer vorgegebenen Minimaldiffe­ renz wird die Ausgabe 22.2 so gesteuert, daß zum Stellglied 12.2 O-Signal gegeben wird. Mit einem koordinierten Ausgang 24, der zwischen der Ausgabe 22.1, der Kühlstufe 2 und der Ausgabe 22.2 der Haltestufe 3 angeordnet ist, wird in Abhängigkeit vom vorhandenen Stellsignal des Stellgliedes 12.1 über den koordi­ nierten Ausgang 24 das Stellsignal des Stellgliedes 12.2 in der Form beeinflußt, daß eine optimale Zuordnung der Temperatur­ schwankung im Sinne einer zeitlichen Verschiebung erreicht wird.

Die Stellglieder 12 erfahren je nach Schaltzustand der Ausgabe 22 Wirkungen, die sie in Arbeitsstellung bewegen. Oder die Wir­ kungen unterbleiben und sie verbleiben in Ruhestellung. In Ar­ beitsstellung öffnen sie den Zulauf des Kühlmediums, in Ruhe­ stellung wird der Zulauf unterbrochen.

Die Funktion des Ausganges 24 beruht darauf, daß die Ausgabe 22.2 von der Art des Signals der Ausgabe 22.1 beeinflußt wird.

Als Ausgabe 22 wird die Schnittstelle zwischen Informationsteil und Leistungsteil der Steuerungseinrichtung bezeichnet. Je nach Schaltzustand gelangen von hier Wirkungen auf den Leistungsteil mit den Stellgliedern 12.

Die Koordinierung der Ausgänge 1. Kühlstufe (Stellglied 12.1) und 2. Kühlstufe (Stellglied 12.2) erfolgt in der Form, daß bei Wirkung auf Stellglied 12.1 die Wirkung auf Stellglied 12.2 in der 2. Kühlstufe erst mit Verzögerung erfolgen kann. Dadurch kann nicht in dem Moment Kühlmedium in die 2. Kühlstufe ein­ strömen, wenn durch die Kühlung der 1. Stufe Masse mit niedrigem Temperaturniveau in die 2. Stufe einströmt. Das heißt, bei der Ausgabe des L-Signals für Stellglied 12.1 muß Ausgang 24 die Ausgabe 22.2 so steuern, daß das L-Signal bzw. das O-Signal nur zeitverzögert gegenüber der vorgeschalteten Kühlstufe ausgegeben werden kann. Temperaturschwankungen werden dadurch ausgeglichen und der Temperiervorgang optimiert. In der Anwärmstufe 4 wird durch Anwärmen die Beendigung der Kristallbildung bzw. des Kristallwachstums erreicht. Dabei wird der durch den Temperatur­ meßgeber 15 ermittelte Temperaturwert des Mediums über einen Wandler 18.8 zu einem Vergleicher 19.6 geführt und mit einem Sollwert 25 verglichen. Bei L-Signal wird über eine Ausgabe 22.3 das Stellglied 12.3 betätigt. Der Wahlschalter 20 ist mit einer zentralen Anzeige 26 verbunden. Die zentrale Anzeige 26 ist mit einer oder wahlweise mehreren Anzeigeeinheiten ausge­ stattet. Mit dem Wahlschalter 20 können die wichtigsten, für die laufende Prozeßüberwachung interessierenden Größen ständig angezeigt werden. Das sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, der Wandler 18.1 für den Meßwert des teilkristallinen Zustands der Kühlstufe 2, der Wandler 18.2 für die Eintrittstemperatur des Kühlmittels in den Doppelmantel 8.1 der Kühlstufe 2, der Wandler 18.3 für die Austrittstemperatur des Kühlmittels aus dem Doppelmantel 8.1, der Wandler 18.4 für den Meßwert des teilristallinen Zustands der Haltestufe 3, der Wandler 18.5 für die Eintrittstemperatur des Kühlmittels in den Doppelmantel 8.2 der Haltestufe 2, der Wandler 18.6 für die Austrittstempera­ tur aus dem Doppelmantel 8.2, der Wandler 18.7 für den Motoren­ strom 7 und der Wandler 18.8 für die Temperatur des Mediums im Doppelmantel 8.3 der Anwärmstufe 4. Bei Bedarf können weitere Meßgrößen über den Wahlschalter 20 abgefragt werden. Das sind der Sollwert 21.1 für den teilkristallinen Zustand in der Kühl­ stufe 2, der Sollwert 21.2 für den teilkristallinen Zustand in der Haltestufe 3, der Sollwert 23 für den Motorenstrom und der Sollwert 25 für die Temperatur der Anwärmestufe 4.

Die Arbeitsweise der Vergleicher 19.1, 19.2, 19.3, 19.4, 19.5, 19.6 wird durch die Abfragevorgänge nicht beeinflußt.

Claims (2)

1. Steuereinrichtung zum stetigen Temperieren eines zähflüssi­ gen, kristallisierbaren Produktes,
mit einem keisförmigen, mehrstufigen Wärmetauscher, welcher ein von einem Elektromotor angetriebenes, das Produkt durch­ mischendes Rührwerk umgibt,
wobei der Wärmetauscher in Flußrichtung des Produktes der Reihe nach eine erste, das Produkt abkühlende Zone, nachfolgend eine zweite, das Produkt auf einer konstanten Temperatur haltende Zone und schließlich eine dritte, das Produkt anwär­ mende Zone aufweist,
wobei jede dieser drei Zonen einen eigenen Kreislauf für eine, die Temperatur des Produktes in dieser Zone festlegende Temperierflüssigkeit aufweist und jeder Zone ein eigener Reg­ ler zugeordnet ist, der in der jeweiligen Zone den Durch­ satz der Temperierflüssigket, damit die Temperatur des Pro­ duktes und somit dessen Kristallisationsgrad auf einen ge­ wünschten Sollwert einregelt,
wobei ferner die erste und zweite Zone je eine Vergleichs­ stufe aufweist, welche die Abweichung des Kristallisations­ grades von dem in dieser Zone gewünschten Sollwert registriert, und
wobei jede der drei Zonen je eine Vergleichsstufe auf­ weist, welche die Temperaturabweichung der Temperierflüssig­ keit von einem Temperatursollwert registriert,
dadurch gekennzeichnet,
daßin jeder der ersten beiden Zonen (2, 3) ein Kristallisations­ fühler (16.1, 16.2) den Kristallisationsgrad des Produktes direkt über dessen elektrischen Widerstand oder über dessen statische Dielektrizitätskonstante mißt und an die zugeord­ nete Vergleichsstufe (19.1, 19.3) ausgibt,
daß in diesen beiden Zonen als Temperatursollwert (11.1, 11.2) die Temperatur der Temperierflüssigkeit gewählt ist und somit auf eine minimale Temperaturabweichung zwischen Zulauf und Ablauf geregelt wird,
während in der dritten Zone (4) der Temperatursollwert (25) fest vorge­ geben ist,
daß in jeder der ersten beiden Zonen (2, 3) eine Durchsatzrege­ lung der Temperierflüssigkeit unterbleibt, wenn die jeweilige Temperaturabweichung innerhalb einer vorgegebenen Temperatur­ differenz liegt, und
daß in der zweiten Zone (3) eine Durchsatzregelung der Temperierflüssigkeit zusätzlich auch dann unterbleibt, wenn die von einem Stromfühler (7) gemessene Stromaufnahme des Rührwerkmotors (6) einen vorgegebenen Stromwert unterschrei­ tet oder wenn die Temperaturabweichung der Temperierflüssig­ keit in der ersten Zone (2) die in dieser Zone (2) geltende, vorgegebene Temperaturdifferenz bereits unterschritten hat, wobei sich diese Unterschreitung in der ersten Zone (2) auf die Durchsatzregelung in der zweiten Zone (3) aber erst nach einer durch ein Zeitglied (24) fest vorgegebenen Zeitverzöge­ rung auswirkt, welche durch die Transportgeschwindigkeit des Produktes von der ersten (2) zur zweiten (3) Zone festgelegt ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Anzeigetafel (26) vorgesehen ist, welche alter­ nativ die Signale der Fühler für den Kristallisationsgrad (16.1, 16.2), für die registrierten Temperaturen der Tempe­ rierflüssigkeit (11.1, 10.1, 11.2, 10.2, 15) und für den Motorstrom (7) sowie die dazugehörigen, fest vorgegebenen Sollwerte (21.1, 21.2, 23, 25) anzeigt, und welche vermittels eines Wahlschalters (20) wahlweise auch die Abweichungen der Fühlersignale von den fest vorgegebenen, zugeordneten Soll­ werten (21.2, 21.2, 23, 25) ausgibt.