DE4022281A1

DE4022281A1 - Verfahren zum ueberwachen, regeln und steuern des zerkleinerungsprozesses bei der herstellung von wurstbraet mit einem rheologischen messsensor

Info

Publication number: DE4022281A1
Application number: DE4022281A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Ing Luebbe; Karl Prof Dr Ing Sommer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-12
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1991-01-03

Description

Verfahren zum Überwachen, Regeln und Steuern des Zerkleinerungs prozesses von Rohstoffen zu Wurstbräten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen, Regeln und Steuern des Zerkleinerungsprozesses bei der Herstellung von Wurstbrät, insbesondere von Fleisch, Speck und Eis, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist von großem praktischen und wirt schaftlichen Interesse, denn es vereinfacht die Wurstbräther stellung und hilft Fehlchargen dadurch zu vermeiden, daß das Fleischgemenge nicht zu lange zerkleinert wird und das Stoff system nicht durch zu hohen Energieeintrag seitens der Zerkleinerungswerkzeuge geschädigt wird. Tritt dies ein, dann zeigen die abgefüllten und wärmebehandelten Produkte deutliche Qualitätsmängel in Form von Fett- und Geleeabsatz.

Es sind bereits Verfahren zum Steuern des Zerkleinerungsprozes ses von Rohstoffen zu Wurstbräten in der Industrie eingeführt, bei dem der Prozeßablauf über eine Zeit- und/oder Temperatur steuerung erfolgt. Bei diesen Verfahren muß aber gewährleistet sein, daß die äußeren Betriebsparameter konstant bleiben und insbesondere bei gleicher Rohstoffzusammensetzung, der physiolo gische Fleischzustand, die Rohstoff- und Raumtemperatur gleich sind. Dies ist aber in der Praxis nur unter großem maschinellem und organisatorischem Aufwand realisierbar.

In der Offenlegungsschrift DE 34 32 709 A1 ist ein Verfahren da durch gekennzeichnet, "daß die elektrische Leistungsaufnahme des Antriebmotors der Messerwelle gemessen und nach Durchfahren der Leistungsmaxima die Wasserzugabe bzw. das Abschalten des Motors in Abhängigkeit vom herzustellenden Brät erfolgt". Die elek trische Leistungsmessung am Antriebsmotor korrelliert aber nur bedingt mit den Stoffumwandlungen bei der Zerkleinerung. Insbe sondere die Motorkennlinien, die elektrischen Verluste (cos ⌀) und mechanischen Verluste im Getriebe und den Lagern werden nicht berücksichtigt. Der dynamische elektrische Leistungs verlauf als Steuermechanismus ist bei drehzahlgeregelten An triebsmotoren gänzlich ungeeignet, da die drehzahl- und lei stungsabhängigen Verluste noch schwieriger zu berechnen und zu messen sind. Das Verfahren ist bis heute noch nicht industriell verwirklicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere und voll automatisierbare Überwachung des Zerkleinerungsprozesses bei der Brätherstellung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die sich während des Zer kleinerungsprozesses stetig verändernden rheologischen Stoff eigenschaften kontinuierlich gemessen und die erhaltenen Meß daten nach elektronischer Aufbereitung mit Sollwerten verglichen werden und das Vergleichsergebnis zur Regelung des Prozesses herangezogen wird. Dieses Verfahren kann bei Anwendung eines marktgängigen Kutters erfindungsgemäß dadurch ausgeübt werden, daß mindestens ein in das Rohstoffgemenge eintauchender Sensor vorgesehen ist, der aufgrund der Scherung des Rohstoffgemenges die auf ihn einwirkende Biege- oder Torsionsbeanspruchung sowie das Schergefälle zu messen in der Lage ist, und daß die erhalte nen Meßwerte im Sinne einer Regelung der Drehzahl des Schneid messerkopfes ausgewertet werden.

Zunächst hat das grob zerkleinerte Fleischgemenge Festkörper- und Schüttguteigenschaften. Nach Zugabe von Salz und Eis (Was ser) gehen diese Eigenschaften immer mehr verloren und das Ge menge bekommt mehr Suspensionseigenschaften. Mit zunehmender Zerkleinerung des Muskelfleisches wird Actomyosin frei und das gesamte Fleischgemenge wird eine zähe, klebrige Emulsion. Bei zu starker und zu langer Zerkleinerung und mechanischer Bean spruchung kommt es zu einer Phasenumkehr und irreversibler Zer störung der Brätstruktur. Das Produkt zeigt dann deutliche Qua litätseinbußen durch Fett- und Geleeabsatz.

In Abhängigkeit von der Rezeptur, den Rohstoffen, dem Vorzer kleinerungsgrad der Rohstoffe, dem Verfahren und maschinenspezi fischen Daten ergeben sich ebenfalls unterschiedliche Konsis tenzänderungen. Um diese rheologischen Stoffeigenschaften konti nuierlich messen zu können, muß das Gemenge fortdauernd von einem Meßsensor kontrolliert werden.

Abhängig von der Geometrie des Sensors läßt sich eine repräsen tative Viskosität η_res in Abhängigkeit vom mittleren repräsenta tiven Schergefälle γ_res und der mittleren Schubspannung τ_res nach Gleichung 1 ermitteln:

Die repräsentative Viskosität η_res ist eine von der Zerklei nerungszeit t und Temperatur T abhängige Größe:

Die Schubspannung τ_res läßt sich indirekt über das angreifende Drehmoment am Sensor messen, wenn die geometrischen Abmessungen bekannt sind. Das Schergefälle ist proportional zu der Sensor drehzahl und einer Sensorkonstanten.

Durch den Vergleich mit einem Stoffkatalog und unter Berücksich tigung der zeitlichen Änderung der mittleren Viskosität, sowie unter Zuhilfenahme der Meßwerte Zerkleinerungszeit und Pro dukttemperatur, läßt sich mit einem Rechenprogramm der optimale Prozeß finden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen marktgängigen Kutter in ver einfachter Darstellung.

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kutter nach Fig. 1 in ebenfalls vereinfachter Darstellung.

In einem nur angedeuteten Grundgestell 1 ist eine Schüssel 2 um eine senkrechte Achse 3 umlaufend gelagert und auf geeignete Weise angetrieben. Die Schüssel 2 weist über einen Radiusschnitt betrachtet eine im wesentlichen halbkreisförmige Mulde 4 auf, die sich kreisförmig und zentrisch um die Achse 3 erstreckt. In die Schüssel 2 taucht ein Schneidmesserkopf 5, der mit Sichel messern 6 bestückt ist, die an dem freien Ende einer in dem Ge stell gelagerten horizontalen Messerwelle 7 befestigt sind. Die Messerwelle ist mittels eines regelbaren Elektromotors 8 unter Zwischenschaltung eines geeigneten Getriebes 9 angetrieben und ist in der Mittelpunktsebene des Muldenquerschnitts und in tan gentialer Stellung an den Kreis angebracht, der den geometri schen Ort der Mittelpunkte der Muldenquerschnitte bildet. Der Sensor 10 ist ein separates Bauteil, daß aber auch in die Messerwelle integrierbar ist. Die Sensorwelle ist reibungsarm, mittig in der Schüssel gelagert, der Antrieb erfolgt über den Motor 8 bzw. 11, auf die Sensorwelle ist eine Drehmomenten- 12 und Drehzahlmeßvorrichtung 13 angebracht. Im Betrieb liefert der Sensor elektische Signale, die als digitalisierte Eingangssignale dem Rechenprozessor 14 übergeben, in diesem gespeichert und in die Rechenroutinen der Software eingebunden werden. Der Rechner ist mit dem Motor 8 verbunden und regelt die Drehzahl des Schneidmesserkopfes 5.

Bei der Herstellung von Brühwurst nach dem Aufbaubrätverfahren wird zunächst das Magerfleisch zerkleinert. Nach Zugabe von Salz und Eis wird das Gemenge, durch die Schneidwirkung der Messer und das parallel dazu verlaufende Quellen und Lösen der Muskel eiweiße, fortdauernd homogener und zäher. Die Viskosität steigt in einer charakteristischen Weise an. Die zeitliche Änderung, das Integral und die absolute Höhe der repräsentativen Viskosi tät geben die ersten Sollwerte für den weiteren Prozeß. Nach Zugabe der weiteren Rezepturbestandteile ändert sich die Kon sistenz wiederum. Je nach Verlauf der repräsentativen Viskosität und abhängig von den vorhergehenden Sollwerten, wird die Messer drehzahl erhöht. Dieser Regelkreis wird dann unterbrochen, wenn sich keine Viskositätserhöhung mehr erreichen läßt. Für Mager brät- und Gesamtbrätverfahren gelten ähnliche Regelkreise.

Das Verfahren läßt sich mit einer Einrichtung realisieren, die die Biege- oder Torsionsbeanspruchung sowie das dazu gehörige Schergefälle zu messen in der Lage ist, ohne daß es zu einem Aufstauen des stückigen oder hochviskosem Rohstoffgemenge kommt. Der Sensor hat einen spiralförmigen Aufbau, sodaß keine Kräfte durch den Schüsseltransport auf den Sensor einwirken. Er hat eine hohe Eigenstabilität und ist schwingungsfrei gelagert. Unter den obigen Voraussetzungen kann die Messerwelle in Kombi nation mit einer hochauflösenden Drehmomenten- und Dreh zahlmeßvorrichtung als Meßsensor dienen.

Claims

1. Verfahren zum Überwachen, Regeln und Steuern des Zerklei nerungsprozesses bei der Herstellung von Wurstbrät, dadurch ge kennzeichnet, daß die sich während des Zerkleinerungsprozesses stetig verändernden rheologischen Stoffeigenschaften kontinuier lich gemessen und die erhaltenen Meßdaten nach elektronischer Aufbereitung mit Sollwerten verglichen werden und das Vergleichsergebnis zur Regelung des Prozesses herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rheologischen Stoffeigenschaften durch kontinuierliche Messung der Schubspannung und des Schergefälles am Rohstoffgemenge über wacht werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei der Zer kleinerungsprozess mittels eines Kutters mit einer umlaufend an getriebenen Schüssel (2) für die Aufnahme des Rohstoffgemenges, sowie einem regelbar angetriebenen, in die Schüssel (2) eintau chenden Schneidmesserkopf (5) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein in das Rohstoffgemenge eintauchender Sensor (1) vorgesehen ist, der aufgrund der Scherung des Rohstoffgemen ges die auf ihn einwirkende Biege- oder Torsionsbeanspruchung sowie das dazu gehörige Schergefälle zu messen in der Lage ist, und daß die erhaltenen Meßwerte im Sinne einer Regelung der Drehzahl des Schneidmesserkopfes (5) ausgewertet werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schneidmesserkopf (5) aufnehmende Messerwelle (7) mit einer Drehmoment- (12), sowie einer Drehzahl-Meßeinrichtung (13) verse hen ist und der Schneidmesserkopf (5) selbst als Sensor dient.