DE4004491A1

DE4004491A1 - Verfahren und einrichtung zum steuern von kontinuierlich arbeitenden temperiermaschinen

Info

Publication number: DE4004491A1
Application number: DE4004491A
Authority: DE
Inventors: Dieter Runge; Ernst-Friedrich Bruns
Original assignee: Nagema VEB
Current assignee: NAGEMA AG DRESDEN, O-8045 DRESDEN, DE
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1990-09-13
Also published as: DD280252A1; DK42390A; IT1240082B; DK42390D0; IT9047727A0; IT9047727A1

Description

Die Erfindung wird angewendet in Temperiermaschinen und betrifft ein Verfahren, bei dem die Temperierung der Schokoladenmasse in drei Stufen, zwei Kühlstufen und einer Anwärmstufe erfolgt, wobei durch intensive Durchmischung und Abstreifen der Schokoladenmasse an der Wandung in der 1. Kühlstufe die Schokoladenmasse bis zum Erreichen der Kristallbildungstemperatur gekühlt und in der 2. Kühlstufe in einem technologisch erforderliche Temperaturbereich gehalten wird, um die notwendige Anzahl Kristalle zu erzeugen. In der Anwärmstufe wird die Schokoladenmasse auf Verarbeitungstempe ratur gebracht.

Die dazugehörige Einrichtung betrifft eine Steuerung, bestehend aus einem Wärmetauscher mit zwei Kühlstufen und einer Anwärmstu fe, wobei je ein separater Kühlmittelstrom für die Kühlstufen und die Anwärmstufe vorhanden ist und Stellglieder zur Beeinflussung des Kühlmitteldurchsatzes und/oder der Kühlmitteltemperatur ange ordnet sind.

Viele der bekannten kontinuierlich arbeitenden Temperiermaschinen bestehen aus 2 Kühlstufen und einer Anwärmstufe. Eine derartige Lösung ist aus der DD-PS 1 36 570 bekannt. Die erwärmte, flüssige Schokoladenmasse wird mittels Kühlmittel in einer großvolumigen Vorkühlzone bis zum Erreichen der Kristallbildungstemperatur gekühlt. In der 2. Kühlstufe wird diese zur Erzielung der techno logisch erforderlichen Anzahl von Kristallen gehalten und an schließend in der letzten Kühlstufe auf die Verarbeitungstempe ratur gebracht. Das erfolgt, indem die Masseteilchen durch einen kombinierten Förder- und Mischvorgang zwangsweise und kontinuier lich durch die einzelnen Temperierstufen hindurchgeführt werden. Im Temperaturbereich, wo ein Gleichgewichtszustand zwischen kri stalliner und flüssiger Fettphase erreicht ist, muß die Schoko ladenmasse zur Bildung der erforderlichen Anzahl Kristalle 1 bis 3 Minuten verharren. Das wird durch die Verlangsamung des Förder stroms und/oder durch die Verlängerung der Förderstrecke er reicht. Die Steuerung erfolgt, indem die in die separaten Tempe rierstufen und geschlossenen Kühlmittelkreislauf eingebauten Temperaturmeßfühler in Verbindung mit Reglern und Stelleinrich tungen die konstante Schokoladentemperatur der jeweiligen Tempe rierstufen aufrechterhalten. Die Wahl dieser konstanten Tempera tur erfolgt nach einem rezepturbedingten Temperatur-Zeit-Regime. Dieses Temperatur-Zeit-Regime beruht auf Erfahrungswerten.

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

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

Aus der DD-PS 2 41 009 ist eine Lösung bekannt, bei der diese Nach teile weitgehend vermieden werden. Die dort vorgestellte Tempe riermaschine verfügt ebenfalls über 2 Kühlstufen und eine Anwärm stufe. Neu ist die regelungstechnische Verknüpfung der Kühlstufen untereinander und die Anordnung der dazu notwendigen zusätzlichen Meßwertgeber. Die Kühlmittelkreisläufe im Doppelmantel der Kühl stufen sind offen, d. h. das Kühlmittel zirkuliert nicht. Über den Kühlmittelzufluß wird auf die Temperatur der Schokoladenmasse eingewirkt.

Am Eingang und Ausgang des vom Kühlmittel durchströmten Doppel mantels jeder Kühlstufe sind Vergleicher für die Temperaturver gleiche zwischen den jeweiligen Eintritts- und Austrittstempera turen angebracht. Vergleicher sind ebenfalls zwischen den durch einen Meßwertgeber ermittelten Wert für den teilkristallinen Zustand und einem rezepturbedingten, vorgegebenen Sollwert in jeder Kühlstufe angeordnet. Zwischen den Kühlstufen ist ein koor dinierender Ausgang vorgesehen und für die gesamte Einrichtung ist eine an sich bekannte zentrale Anzeige vorhanden. Dabei ist der koordinierende Ausgang über die Ausgabe mit einem Vergleicher zwischen Motorstrom und einem rezepturbedingten Sollwert verbun den. An der zentralen Anzeige sind die Meßwerte für das Kühlmit tel, die Meßwerte für den teilkristallinen Zustand, die Meßwerte für den Motorstrom und die Meßwerte für die Temperatur in der Anwärmstufe sichtbar und die Sollwerte abrufbereit. Die Über schreitung der durch die Sollwerte gegebenen Grenzwerte ist auf der zentralen Anzeige sichtbar.

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

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

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

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

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk male der Hauptansprüche gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß in der 1. Kühl stufe eine gute Ausnutzung der Wärmetauschflächen zu verzeichnen ist. Damit wird sehr frühzeitig ein Temperaturniveau erreicht, aus dem heraus bei geringer Absenkung der Schokoladentemperatur die Kristallisation beginnt. Für diesen in der 2. Kühlstufe stattfindenden Kristallbildungsprozeß bestehen günstige Voraus setzungen, da eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der ge samten Stufe vorliegt. Ein guter Wärmeübergang ist gewährleistet durch die Zirkulation des Kühlmittels und die Möglichkeit, eine optimale Kühlmitteltemperatur vorzugeben. Diese Temperatur kann so eingestellt werden, daß ein Gleichgewicht der Wärmebilanz erreicht wird, d. h., daß die Schokoladenmasse beim Verlassen der zweiten Kühlstufe die optimale Unterkühlungstemperatur und einen ausreichenden Kristallisationszustand erreicht hat.

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

Fig. 1 Prinzipdarstellung des Wärmetauschers der Temperier maschine mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,

Fig. 2 Blockschaltbild der Steuereinrichtung für die erste Kühlstufe,

Fig. 3 Blockschaltbild der Steuereinrichtung für die zweite Kühlstufe,

Fig. 4 Blockschaltbild der Steuereinrichtung für die Anwärm stufe.

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

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

In der zweiten Kühlstufe 3 kommt ein geschlossener Kreislauf des Kühlmittels zur Anwendung, d. h., im Leitungssystem 8.2 der zwei ten Kühlstufe zirkuliert das Kühlmittel. Dazu ist außer einem Stellglied 13.2 für die zweite Kühlstufe im Leitungssystem 8.2 eine Zirkulationspumpe 11.1 und ein Temperaturmeßgeber 10.1 für die Temperatur des Kühlmittels eingebunden.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Regulierung der Tempe ratur des Kühlmittels und der Schokoladenmasse in der zweiten Kühlstufe 3 soll nunmehr an Hand von Fig. 3 erläutert werden. Ein Vergleicher 14.2 vergleicht die von einen Sollwert 15.2 für die Schokoladentemperatur und einem Temperaturmeßgeber 9.2 für die Austrittstemperatur der Schokoladenmasse gelieferten Werte. Danach wird über einen Schrittsteller 17 eine Korrektur des Soll wertes 15.3 für die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Kühlstufe ausgegeben. Das geschieht zeitverzögert, was auf die Wirkung eines zwischen Vergleicher 14.2 Schrittsteller 17 ge schalteten Zeitgliedes 16 zurückzuführen ist. Dieser variable Sollwert 15.3 für die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Kühlstufe wird jetzt mit einem Temperaturmeßgeber 10.1 für die Temperatur des Kühlmittels durch einen Vergleicher 14.3 ver glichen und das Stellglied 13.2 für die Kühlmitteleinspeisung in die zweite Kühlstufe angesteuert. Der variable Sollwert 15.3 wird so lange schrittweise verändert, bis der Temperaturmeßwert am Temperaturmeßgeber 9.2 mit dem Sollwert 15.2 für die Schokoladen temperatur in der 2. Kühlstufe übereinstimmt.

In der Anwärmstufe 4 kommt ebenfalls ein geschlossener, aber bereits durch den Stand der Technik bekannter Kühlmittelkreislauf zur Anwendung. Zusätzlich zu dem Temperaturmeßgeber 10.2 für die Temperatur des Kühlmittels, dem Stellglied 13.3 und der Zirku lationspumpe 11.2 ist hier eine Heizung 12 in das Leitungssystem 8.3 eingebunden. Die Funktionsweise ist aus Fig. 4 ersichtlich. Ein Sollwert 15.4 für die Temperatur des Kühlmittels und ein Temperaturmeßgeber 10.2 für die Temperatur des Kühlmittels werden über einen Vergleicher 14.4 verglichen. Daraus folgt ein Signal an den Stellglied 13.3.

Durch die oben beschriebene erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann ein neuartiges Verfahren realisiert werden. Die Temperatur führung ist aus Fig. 5 ersichtlich.

In der ersten Kühlstufe 2 wird von einer Ausgangstemperatur T ₁ auf eine Solltemperatur T ₂ am Austritt aus der ersten Kühlstufe 2 abgekühlt. Dabei erfolgt eine rasche Abkühlung der Schokoladen masse, d. h. es wird mit einer großen Temperaturdifferenz zwischen Schokoladenmasse und Kühlmittel gearbeitet. Die Temperaturdif ferenz bewegt sich im Bereich von 20 K bis 40 K. In der Fig. 5 kann man das aus dem steilen Abfall der Kurve ersehen. Dabei ist unerheblich, ob mit oder ohne Vorkühlung in vorgeschalteten Ag gregaten oder Fördereinrichtungen gearbeitet wird.

Mit der Ausgangstemperatur T ₁ tritt die Schokoladenmasse in die zweite Kühlstufe ein. Innerhalb der zweiten Kühlstufe wird mit einem sehr geringen Temperaturgradienten gearbeitet, d. h. der Unterschied zwischen der Temperatur der Schokoladenmasse und der Temperatur des Kühlmittels ist sehr gering. Er sollte sich im Bereich zwischen 6 K und 14 K bewegen.

Innerhalb der zweiten Kühlstufe 3 setzt beim Erreichen von Kri stallbildungstemperatur T ₃ die Kristallbildung ein. Am Ausgang der zweiten Kühlstufe 3 ist die Solltemperatur T ₄ erreicht. Die Kristallbildung ist im wesentlichen abgeschlossen und die Schoko ladenmasse wird nun wie üblich wieder leicht angewärmt, bis die Verarbeitungstemperatur T ₅ erreicht ist. Damit steht eine für die Verarbeitung geeignete, temperierte Schokoladenmasse zur Verfü gung.

Claims

1. Verfahren zum Steuern kontinuierlich arbeitender Temperier maschinen, bei dem

* die Temperierung der Schokoladenmasse in drei Stufen,
* zwei Kühlstufen und
* einer Anwärmstufe erfolgt, wobei
* durch intensive Durchmischung
* und Abstreifen der Schokoladenmasse an der Wandung
* in der 1. Kühlstufe die Schokoladenmasse bis zum Erreichen der Kristallbildungstemperatur gekühlt und
* in der 2. Stufe in einem technologisch erforderliche Tempe raturbereich gehalten wird, um die notwendige Anzahl Kristalle zu erzeugen und
* in der Anwärmstufe auf Verarbeitungstemperatur gebracht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

* die Abkühlung in der 1. Kühlstufe bei einer großen Temperatur differenz zwischen Schokoladenmasse und Kühlmittel von 20 K bis 40 K erfolgt und
* in der 2. Kühlstufe die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Schokolade nur noch 6 K bis 14 K beträgt.

2. Einrichtung zum Steuern kontinuierlich arbeitender Temperier maschinen, bestehend aus einem

* Wärmetauscher mit
- ** zwei Kühlstufen und
- ** einer Anwärmstufe, wobei je
* ein separater Kühlmittelstrom für die Kühlstufen und die An wärmstufe vorhanden ist und
* Stellglieder
- ** zur Beeinflussung des Kühlmitteldurchsatzes und/oder der Kühlmitteltemperatur sind,

gekennzeichnet dadurch, daß

* ein Vergleicher (14.2)
- ** für die Schokoladentemperatur mit
* einem Sollwert (15.2)
- ** für die Schokoladentemperatur und
* einem Temperaturmeßgeber (9.2)
- ** für die Austrittstemperatur der Schokoladenmasse aus der zwei ten Kühlstufe gekoppelt ist und über
* ein Zeitglied (16)
- ** zeitverzögert mit
* einem Schrittsteller (17) verbunden ist, der einen
* variablen Sollwert (15.3) erzeugt, der wiederum
* über einen Vergleicher (14.3)
- ** für die Temperatur des Kühlmittels mit
* dem Temperaturmeßgeber (10.1)
- ** für die Kühlmitteltemperatur und
* dem Stellglied (13.2)
- ** für das Kühlmittel verbunden ist.