DE4008472A1

DE4008472A1 - Strukturwandler zur kontinuierlichen bearbeitung von dispersionen

Info

Publication number: DE4008472A1
Application number: DE4008472A
Authority: DE
Inventors: Horst-Dieter Tscheuschner; Andrea Hausmann; Knut Franke; Klaus Berkes; Helmut Foerster; Guenter Ritschel; Georg Schebiella
Original assignee: Nagema VEB
Current assignee: HEIDENAUER MASCHINENFABRIK GMBH, O-8312 HEIDENAU,
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1990-03-16
Publication date: 1990-10-31
Also published as: CH680102A5; IT9047869A1; DD282612A5; IT9047869A0; IT1240088B

Description

Die Erfindung betrifft einen Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Dispersionen, wie z. B. Schokolade (vgl. hierzu den Oberbegriff des 1. Patentanspruchs.

Aus der DD-PS 1 48 491 wurde ein senkrecht stehender, zylindrischer Strukturwandler bekannt. Zentrisch im Innern des Behälters ist ein Rotor angeordnet, der in regelmäßigen Abständen mit Flügeln bestückt ist. Im Verhältnis zum Innendurchmesser des Behälters ist der Durchmesser des Rotors relativ gering. Die Flügel sind mit feststehenden Anstellwinkeln ausgeführt. Diesen zugeordnet sind an der Innenwand des Behälters befestigte Stäbe.

Die Rotation des Rotors und die damit entstehende Turbulenz zwischen den Flügeln und den Stäben führt zu einer hohen Scher wirkung, die dem Verarbeitungsgut die in dieser Prozeßstufe ge wünschten Fließeigenschaften verleihen soll.

Nachteilig ist, daß trotz des hierbei nachgewiesenen großen Schergefälles bei kurzer Verweilzeit nicht immer die optimalen Fließeigenschaften erreichbar sind. Insbesondere bei der Verar beitung von fettarmen Massen wird die Weiterverarbeitbarkeit, das heißt, die Prozeßführung in den nachfolgenden Verarbeitungsstufen, durch die unzureichende Fließfähigkeit erschwert.

Der Grund dafür ist in der nicht einheitlichen Intensität der Scherbeanspruchung zu suchen. Untersuchungen zeigten Abweichungen im Strömungsprofil des Gutstromes innerhalb des Strukturwandlers. Es traten undefinierbare Bewegungen der Masseteilchen auf. Die Kontrollen am Ausgang des Strukturierbehälters legen die Ver mutung nahe, daß die Masseteilchen keine einheitliche Behand lungsgeschichte aufweisen.

In der EP 2 79 255 wird eine Lösung gezeigt, bei der der Rotor einen vergrößerten Durchmesser aufweist. Eine deutliche Ver besserung der hierbei erzielten Fließeigenschaften konnte dadurch jedoch nicht nachgewiesen werden.

Die Erfindung bezweckt die Entwicklung eines Strukturwandlers, durch den die für die Weiterverarbeitung der Dispersionen optima len strukturellen Voraussetzungen zur Erzielung günstiger Fließ eigenschaften erreichbar sind.

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Entwicklung eines Struktur wandlers zugrunde, durch den die Intensität und Dauer der Scher behandlung jeder Volumeneinheit in einem höheren Grade verein heitlicht und in einem notwendigen Maße realisiert wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale des 1. An spruchs gelöst. Die Ansprüche 2 bis 4 sind Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß die Fließeigen schaften der Schokoladenmasse am Ausgang des Strukturierbehälters die für die Weiterverarbeitung der Schokoladenmasse optimalen Eigenschaften aufweist.

Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel beschreibt einen Struk turierbehälter für Schokoladenmassen. Die Zeich nungen haben folgende Bedeutung.

Fig. 1 schematische Darstellung des Aufbaus der erfindungs gemäßen Einrichtung mit einem teilweise konischen Rotor, bevorzugte Variante.

Fig. 2 Ausführungsvariante mit einem mehrstufigen konischen Rotor.

Fig. 3 Ausführungsvariante mit einen konischen Rotor.

Fig. 4 Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ein richtung mit einem Rotor, dessen Durchmesserver änderung durch einen stetig ansteigenden Kurvenver lauf gekennzeichnet ist.

Wie aus der Fig. 1 erkennbar, besteht der Strukturwandler aus einem doppelwandigen, senkrecht stehenden Zylinder 1. Innerhalb der Wandung des Zylinders 1 zirkuliert ein Kühlmittel 2. Der Zy linder 1 ist am unteren Ende mit einer Zuführschnecke 3 und einem Aufgabestutzen 4 für die zu bearbeitende Schokoladenmasse ver sehen. Ebenfalls am unteren Ende befindet sich ein Luftzufuhr stutzen 5 für die benötigte Luft. Am oberen Ende ist ein Aus trittsstutzen 6 angeordnet. Zwischen dem Aufgabestutzen 4 und dem Austrittsstutzen 6 sind Zuführstutzen 10 für Zusätze vorgesehen.

Zentrisch im Innern des Zylinders 1 befindet sich ein drehbar gelagerter Rotor 7, der über einen nicht dargestellten Motor ange trieben wird. Auf dem Rotor 7 sind in definierten Abständen Flü gel 8 angeordnet. Diese Flügel 8 sind im Ausführungsbeispiel paarweise gegenüberliegend in gleichgroßen Abständen übereinander und um 90° versetzt angebracht. Der Winkel α, d. h. der Winkel der Flügel 8 bezüglich der Rotationsachse, ist verstellbar.

Den Flügeln 8 zugeordnet und mit diesen in Wirkverbindung stehend sind Stäbe 9 oder andere Schikanen an der Innenwand des Zylinders 1 in gleicher Weise wie die Flügel 8 angeordnet.

Der Durchmesser des Rotors 7 ist an dem Ende, das dem Aufgabe stutzen 4 zugeordnet ist, kleiner als an dem Ende, das dem Aus trittsstutzen 6 zugeordnet ist. Der größte Durchmesser des Rotors 7 liegt in einem Bereich, der einem Verhältnis des Außendurch messers des Rotors 7 zum Innendurchmesser des Zylinders 1 von 7 : 10 bis 9,5 : 10 entspricht. Beim kleinsten Durchmesser des Rotors beträgt dieses Verhältnis 3 : 10 bis 7 : 10.

Bei der in Fig. 1 dargestellten und auch bevorzugten Variante besteht der Rotor 7 aus einem unteren konischen Teil und einem sich anschließenden zylindrischen Teil. Die Länge des konischen Teiles beträgt mindestens ¹/₆ der Gesamtlänge des Rotors 7.

Der Rotor 7 kann auch, wie in Fig. 2 gezeigt, mehrstufig aufge baut sein, wobei der obere Teil sowohl zylindrisch als auch ko nisch ausgeführt werden kann.

Eine durchweg konische Variante (Fig. 3) ist möglich, ebenso wie eine Variante, bei der die Änderung des Durchmessers des Rotors 7 zwischen größtem und kleinstem Durchmesser eine stetig steigende Kurve ist (Fig. 4). Derartige Kurvenverläufe sind auch innerhalb der einzelnen Stufen möglich.

Zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung:

Durch den Aufgabestutzen 4 gelangt die auf Endfeinheit zerklei nerte, gewalzte Schokoladenmasse in das Innere des Zylinders 1. Infolge der Rotation des Rotors 7 entsteht im Scherspalt zwischen dem Rotor 7 und der inneren Wandung des Zylinders 1 bzw. zwischen den Flügeln 8 und den Stäben 9 ein hohes Schergefälle. Die Scho koladenmasse wird damit sehr intensiven Scherspannungen ausge setzt und es erfolgt eine Strukturwandlung bei gleichzeitiger Entfeuchtung und Austreibung unerwünschter Aromastoffe. Die über die Luftzuführstutzen 5 zugeführte Luft dient dem Transport der Feuchtigkeit und der unerwünschten Aromastoffe. Die vorgesehene Kühlmöglichkeit des Strukturwandlers gestattet die Einstellung der erforderlichen Prozeßtemperatur.

Durch die Ausbildung des Rotors 7, durch die Verstellbarkeit des Winkels α und durch das definierte Radienverhältnis zwischen der Innenwand des Zylinders 1 und des Rotors 7 und bei entsprechender Drehzahl des Rotors 7 entsteht ein Strömungsprofil innerhalb des Zylinders 1, durch das eine nahezu gleichmäßige Scherbehandlung jedes Volumenteilchens erzielt wird. Dazu kann durch die Ver stellbarkeit der Flügel 8 und durch die Wahl der jeweils opti malen Drehzahl die Transportwirkung und damit der Füllungsgrad im Behälter wie auch das Schergefälle beeinflußt werden.

Die Voraussetzung für die Erreichung optimaler Fließeigenschaften ist damit gegeben.

Claims

1. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Disper sionen, wie z. B. Schokolade, bestehend aus einer fetthaltigen Phase und dispersen Feststoffen, wobei der Strukturwandler fol gende Merkmale aufweist:
zylindrischer Behälter bei dem der Aufgabestutzen für das Verarbeitungsgut und der Luftzuführstutzen am Eintritt und
der Austrittsstutzen für das bearbeitete Verarbeitungsgut am Austritt des Systems angeordnet sind,
Zuführstutzen für Zusätze zwischen dem Aufgabestutzen des Verarbeitungsgutes und dem Austrittstutzen,
Stäbe, die an der Innenwand des zylindrischen Behälters angeordnet sind und
ein Rotor, der zentrisch im Innern des Behälters angeordnet ist und Flügel aufweist, die mit den Stäben in Wirkverbindung stehen,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchmesser des Rotors (7) an dem Ende, das dem Aufgabestutzen (4) zugeordnet ist, kleiner ist als an dem Ende, das dem Austrittsstutzen (6) zugeordnet ist, wobei
der größte Durchmesser des Rotors (7) in einem Bereich liegt, der einem Verhältnis des Außendurchmessers des Rotors (7) zum Innendurchmesser des Behälters von 7 : 10 bis 9,5 : 10 ent spricht, und
beim kleinsten Durchmesser des Rotors (7) das Verhältnis 3 : 10 bis 7 : 10 beträgt und die Flügel (8) mit variierbaren Anstellwinkeln α auf dem Rotor (7) angeordnet sind.

2. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Disper sionen, wie z. B. Schokolade, nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem kleinsten Durchmesser und dem größten Durchmesser mindestens eine Stufe angeordnet ist.

3. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Disper sionen, wie z. B. Schokolade, nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des sich im Durchmesser ändernden Teiles des Rotors (7) mindestens ¹/₆ der Gesamtlänge des Rotors (7) ausmacht.

4. Strukturwandler zur kontinuierlichen Bearbeitung von Disper sionen, wie z. B. Schokolade, nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Durchmessers zwischen größ ten und kleinsten Durchmesser bzw. innerhalb der Stufen eine stetig steigende Kurve darstellt.