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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Nahrungsmittel-Verarbeitungseinrichtungen, und
insbesondere eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen oder
Garen durch Anbraten unter Rühren
von Nahrungsmitteln wie Fleisch und Gemüse.
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Stand der Technik
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Das
Garen durch Anbraten unter Rühren
von Fleisch und Gemüse
ohne Verwendung von Öl
hat in den letzten Jahren mit zunehmendem Gesundheitsbewusstsein
der Bevölkerung
an Beliebtheit gewonnen. Das Anbraten verleiht dem Nahrungsmittelerzeugnis
einen einzigartigen Geschmack, während gleichzeitig
die Verwendung keines Speiseöls
(oder zumindest von sehr wenig) die Menge von Fett in der Nahrung
minimiert. Durch schnelles Anbraten von Gemüseerzeugnissen auf einer auf
eine sehr hohe Temperatur erwärmten Oberfläche (z.
B. auf ca. 215 bis 315°C)
werden die Enzyme abgetötet,
wodurch sich die Haltbarkeit verlängert, während das Gemüseerzeugnis
eine knackige, frische Konsistenz behält. Dieses Anbratverfahren
wird von der asiatischen Bevölkerung
bereits seit Jahrhunderten angewandt und erfreut sich in den letzten
Jahren auch in der westlichen Welt zunehmender Beliebtheit.
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Die
gegenwärtig
in der Nahrungsmittelindustrie angewandten Verfahren zum Garen durch
Anbraten unter Rühren
sind allesamt Los-Verfahren.
Eine bestimmte Menge eines Nahrungsmittelerzeugnisses wird in ein
Bratgefäß gefüllt und
während
einer vorgegebenen Zeitdauer gerührt
und dann entnommen, und schnellstmöglich nach der Entnahme wird das
nächste
Los eingefüllt.
Die mit diesem Los-Verfahren verbundenen Probleme des Garens durch
Anbraten unter Rühren
sind wie folgt:
- 1. Es kann nur eine sehr geringe
Menge eines Nahrungsmittelerzeugnisses auf einmal angebraten werden.
Beträgt
die Tiefe einer Schicht des Erzeugnisses auf der erwärmten Oberfläche mehr als
5 bis 7,5 cm, so sondert der an der untersten Schicht erwärmte Teil
des Erzeugnisses Dampf ab, wenn die Flüssigkeit in dem Erzeugnis verkocht.
Dieser Dampf steigt durch das darüber befindliche Erzeugnis,
wodurch dies dampfgegart wird. Sind die Schichten des Erzeugnisses
tiefer als 5 bis 7,5 cm, so wird der Teil des Erzeugnisses, der
sich in den oberen Schichten befindet, gedämpft anstatt gebraten und wird
daher feucht und durchweicht. Aus diesem Grund muss das Nahrungsmittelerzeugnis
in einer relativ dünnen Schicht über eine
sehr große
Fläche
ausgebreitet werden, um richtig anzubraten. Dies kompliziert das
mechanische Umrühren
des Erzeugnisses drastisch.
- 2. Beim Los-Garen wird ca. 50 % der Verarbeitungszeit auf das
Einfüllen
oder Entnehmen des Erzeugnisses in das oder aus dem Bratgefäß verwendet.
Bei den kleinen Losgrößen, die
für gutes Garen
durch Anbraten unter Rühren
wie oben beschrieben erforderlich sind, ist die in einem herkömmlichen
industriellen Brater mögliche
Produktionsgeschwindigkeit sehr gering, was zu sehr schlechter Wirtschaftlichkeit
führt.
- 3. Während
der Zeit, in der sich kein Nahrungsmittelerzeugnis in dem Los-Brater
befindet (d. h. zwischen Entnahme- und Einfüllschritt) neigen die erwärmten Oberflächen zum übermäßigen Anbraten
oder Anbrennen der geringen Menge an Erzeugnis, die nach der Entnahme
immer zurückbleibt.
Diese geringe Menge verbrannten Erzeugnisses verdirbt das nächste Los
durch unangenehmen Geschmack.
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Diese
Probleme beim Los-Braten werden drastisch reduziert, wenn das Nahrungsmittelerzeugnis
kontinuierlich einem Brater zugeführt wird und auch kontinuierlich
entnommen wird. Es sind Vorrichtungen zum kontinuierlichen Anbraten
entwickelt worden, die ähnlich
konstruiert sind wie eine Förderschnecke,
mit Mischstangen oder Schabern, die an den Blättern der Schnecke angebracht
sind. Das Problem bei den bekannten Vorrichtungen zum kontinuierlichen
Anbraten besteht jedoch darin, dass zur Erzielung einer angemessenen
Bratzeit (z. B. 10 bis 15 Minuten) das Gargefäß entweder sehr lang sein muss
oder die Schnecke sich sehr langsam bewegen muss, oder aber beides.
Wenn sich die Schnecke sehr langsam bewegt, wird das Erzeugnis nicht
ausreichend durchgemischt und brät
nicht gleichmäßig an.
Ist die Maschine sehr lang (z. B. ca. 8 bis 8,50 m), so ist die
Maschine sehr teuer und sehr schwierig so zu konstruieren, dass
eine Verformung aufgrund der hohen Temperaturen vermieden wird (bei
einer Verformung der Maschine streift die Schnecke an den Seiten
des Trogs entlang).
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Die
US-A-5,142,968 offenbart ein automatisiertes System zum Lagern und
Garen von Pommes Frites, das eine Kühl- und Lageranordnung sowie
ein Transportsystem aufweist, das für kommerzielle Brater verwendet
wird. Das Transportsystem beinhaltet eine Horizontal- und Vertikal-Transportanordnung zum
Bewegen von Körben
mit Pommes Frites zu und weg von einem oder mehreren Bratern, wobei
die Vertikal-Transportanordnung dafür ausgelegt ist, den Korb abzusenken
und anzuheben. Die Rotationsrichtung der Schnecke, die dazu dient,
die Kartoffeln in einen Korb zu transportieren, kann umgekehrt werden,
um die Anzahl von Kartoffeln, die in den Korb fallen, zu minimieren,
wenn ein Sensor anzeigt, dass der Korb voll ist.
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Selbst
wenn die oben aufgeführten
Probleme gelöst
werden, so fördert
die sich in eine Richtung drehende Schnecke das Erzeugnis von der
zentralen Achse der Maschine weg und häuft es auf einer Seite auf,
so dass die Wärmeaustauschfläche nicht
gleichmäßig bedeckt
ist. Dies führt
dazu, dass Schneckenvorrichtungen zum kontinuierlichen Anbraten
nicht effizient arbeiten.
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Das
kontinuierliche Mischen von Nahrungsmittelerzeugnissen (ohne Braten)
wird ebenfalls immer wichtiger, da verarbeitende Betriebe nach Möglichkeiten
suchen, die Produktivität
zu steigern und den Anteil von manuellen Eingriffen zu reduzieren. Eine
Kombination der Förderung
von Nahrungsmittelerzeugnissen mit dem Mischen dieser Erzeugnisse
ist aus den selben Gründen
wie oben angegeben schwierig, da die Fördergeschwindigkeit gewöhnlich recht
langsam ist und daher die Rotation der Förderschnecke zu langsam ist,
um die Erzeugnisse gründlich
zu mischen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum kontinuierlichen Mischen oder zum Garen durch Anbraten unter
Rühren
sieht einen einzigen Rührmechanismus
vor, der durch Anbringen von Förder-/Rührstrukturen,
wie beispielsweise Flügeln
oder Paddeln oder aber soliden kontinuierlichen Spiralblättern, an einer
Welle gefertigt wird, wobei die Welle an einem Ende angetrieben
wird, so dass sie um ihre Längsachse
rotiert. Der Rührer
ist in einem Trog befestigt, wobei Lager die Welle an jedem Ende
so aufnehmen, dass der Rührer
in der Lage ist, in beide Richtungen frei zu rotieren. Die Welle
wird durch einen umkehrbaren Antriebsmotor angetrieben. Auf den
Flügeln oder
Paddeln oder aber den Spiralblättern
sind Hebestangen (im Fall einer Vorrichtung zum kontinuierlichen
Mischen) oder Schaber (im Fall einer Vorrichtung zum kontinuierlichen
Anbraten) befestigt, die bei einer Rotation des Rührers die
Seiten des Troges abstreifen, aber auch das Nahrungsmittelerzeugnis
mischen oder rühren.
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Die
Erfindung arbeitet mit einem automatischen Umkehrsystem, um den
Rührer
der Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen oder des Gargefäßes durch
Umkehrung der Welle auf vorprogrammierter Basis zyklisch vor und
zurück
zu schalten. Die Steuerung des Rührers
ist bevorzugt programmierbar, um eine Einstellung der Zeitdauer,
die der Rührer
in eine Richtung rotiert (z. B. zum Fördern des Nahrungsmittelerzeugnisses
vom Einlass der Maschine in Richtung ihres Auslasses) zu ermöglichen und
dann die Rotation des Rührers
für eine
bestimmte Zeitdauer in die andere Richtung umzukehren. Durch Rotation
des Rührers
während
einer Zeitdauer in die Richtung, bei der das Erzeugnis vom Einlass zum
Auslass gefördert
wird, gefolgt von Rotation in die andere Richtung während einer
kürzeren
Zeitdauer wird das Erzeugnis allmählich, kontinuierlich in Richtung
des Auslasses gefördert:
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Durch
ständiges
Wiederholen des Zyklus aus Vorwärts-
und Rückwärtsrotation
bei hoher Drehzahl wird das Erzeugnis kräftig gerührt oder hin und her geworfen,
wodurch ein gründliches
Durchmischen (im Fall einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen)
und häufiger
Kontakt der Stücke
des Erzeugnisses mit der Wärmeaustauschfläche für ein maximales
Anbraten des Erzeugnisses (im Fall einer Vorrichtung zum kontinuierlichen
Anbraten) sichergestellt werden, wobei gleichzeitig das Erzeugnis
langsam auf das Entladungs-Ende der Maschine zu gefördert wird.
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen oder Garen durch Anbraten unter
Rühren
von Nahrungsmittelerzeugnissen bereitgestellt, wobei die Vorrichtung
Folgendes aufweist: eine längliche
Wanne einschließlich
eines bogenförmigen
Troges, wobei die Wanne ein Einlass-Ende und ein gegenüberliegendes
Entladungs-Ende aufweist; einen längichen Förder-/ Rührmechanismus, der in dem Trog
befestigt ist, wobei der Förder-/Rührmechanismus
eine Längswelle
aufweist und dafür
ausgelegt ist, ein Nahrungsmittelerzeugnis, das damit in Kontakt
ist, von dem Einlass-Ende in Richtung des Entladungs-Endes zu fördern, wenn
er in eine Vorwärtsrichtung
gedreht wird, und das Erzeugnis in Richtung des Einlass-Endes zu fördern, wenn
er in eine Rückwärtsrichtung
gedreht wird; eine Antriebsvorrichtung zum Drehen des Förder-/Rührmechanismus
um die Längsachse
der Welle; eine programmierbare Steuerung zum Betreiben der Antriebsvorrichtung,
um den Förder-/Rührmechanismus
abwechselnd in Vorwärtsrichtung
und Rückwärtsrichtung
zu drehen und nach jeder Vorwärtsdrehung
des Rührers
und/oder nach jeder Rückwärtsdrehung
Pausen für
eine vorher festgelegte Zeit vorzusehen, wobei die Rotationszeit
in die Vorwärtsrichtung
länger
ist als die Rotationszeit in die Rückwärtsrichtung, und wobei die
programmierbare Steuerung die Gesamtbratzeit des Nahrungsmittelerzeugnisses
aus einer vorgegebenen Drehzahl des Rührers sowie Vorwärts-, Rückwärts- und
Pausenzeiteinstellungen berechnet; ein Abstreif-/Hebestangensystem
(30a–b, 32a–b, 34a–b),
das auf dem Förder-/Rührmechanismus
befestigt ist, um die Seiten des Troges abzustreifen, aber auch
das Nahrungsmittelerzeugnis zu mischen oder zu rühren, wenn der Förder-/Rührmechanismus
rotiert.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum kontinuierlichen
Mischen oder Garen durch Anbraten unter Rühren;
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2 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Schneckenrührers;
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3 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Flügel-
oder Paddelrührers;
und
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4 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Bandrührers.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Querschnitts durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Der Mischer
oder das Gargefäß 10 weist eine
Förder-/Rührstruktur
oder einen Förder-/Rührmechanismus 12,
wie beispielsweise eine Rührschnecke 14,
auf. der Längswelle 16 auf.
Der Rührmechanismus 12 ist
in einem bogenförmigen
Trog 18 der länglichen
Wanne 19 mit Lagern 20 befestigt, die die Welle
an jedem Ende aufnehmen. Im Fall einer Garvorrichtung sind die Wandungen 21 des
Trogs 18 beheizt. Der umkehrbare Antriebsmotor 22 versetzt die
Welle 16, und damit den Rührmechanismus 12,
in Rotation in beide Richtungen. Das Nahrungsmittelerzeugnis wird
im Einlass-Ende 24 der Vorrichtung zum kontinuierlichen
Mischen/Garen platziert und am Entladungs-Ende 26 entnommen,
wie im Stand der Technik allgemein bekannt ist. Eine programmierbare Steuerung 28,
wie beispielsweise ein programmierbarer logischer Schaltkreis (PLC,
programmable logic circuit) steuert den Umkehrmotor und bestimmt
so die Vorwärts- und Rückwärtsrotation
des Systems, wie ebenfalls im Stand der Technik allgemein bekannt
ist.
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2 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Schneckenrührers
in Form einer soliden Förderschnecke 30,
wobei ein typischer Schaber 30a auf der Blattfeder 30b befestigt
ist. 3 stellt einen Flügel- oder Paddelrührer 32 mit
dem Schaber 32a und der Feder 32b dar, und 4 einen
Bandrührer 34 mit
dem Schaber 34a und der Feder 34b. Jede dieser Rühr-/Förderstrukturen
kann für
eine bestimmte Anwendung geeignet sein.
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Die
zeitliche Abstimmung der Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung
des Rührers
bestimmt, wie lange es dauert, bis das Nahrungsmittelerzeugnis durch den
Mischer oder die Garvorrichtung gelangt ist, und bestimmt daher
auch die Misch- oder Bratzeit. Die Drehzahl, die für ein kräftiges Mischen
oder Rühren des
Erzeugnisses erforderlich ist, hängt
vom Durchmesser oder der Größe des Misch-/Garsystems
ab. Ist die Drehzahl gewählt,
kann die Dauer der Vor wärts-
und Rückwärtsrotation
eingestellt werden, woraus sich die gewünschte Gesamtmischzeit/-bratzeit ergibt.
Die Einstellung der Dauer der Vorwärts- und Rückwärtsrotation ist bevorzugt sehr
präzise – im Bereich
einer Zehntelsekunde -, und der Unterschied zwischen der Dauer der
Vorwärts-
und Rückwärtsrotation
beträgt
bevorzugt weniger als 2,0 Sekunden.
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Manche
Erzeugnisse müssen
eine Weile auf der erwärmten
Oberfläche
eines Gargefäßes verbleiben,
um gründlich
zu karamellisieren oder anzubräunen.
Dies wird durch Anhalten des Rührers
während einer
vorher eingestellten Zeitdauer nach jeder Vorwärtsdrehung des Rührers und/oder
nach jeder Rückwärtsdrehung
erreicht.
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Die
Bestimmung der Gesamtmischzeit oder -bratzeit für ein Nahrungsmittelerzeugnis
kann sehr schwierig sein, da Vorwärtrotationszeit, Rückwärtsrotationszeit
und Pausenzeit alle Variablen sind. Die Erfindung stellt einen programmierbaren
logischen Schaltkreis (PLC) sowie ein Software-Programm bereit,
das die Gesamtbratzeit bestimmt, nachdem alle diese Variablen in
den PLC programmiert wurden. Das Einrichtverfahren für dieses
System besteht darin, die gewünschte
Drehzahl des Rührers
zu wählen, die
ein gründliches
Mischen und Rühren
des Erzeugnisses zur Folge hat, dann die Pausenzeit einzustellen,
um das Erzeugnis (falls nötig)
gut anbräunen
zu lassen. Die Dauer der Rückwärtsrotation
wird anschließend
so eingestellt, dass eine ausreichende Rotation des Rührers gegeben
ist, um in jedem Zyklus das Erzeugnis zu rühren und die Wärmeaustauschfläche abzustreifen.
Sind diese drei Variablen eingestellt, so betrifft die letzte Einstellung
die Dauer der Vorwärtsrotation
des Rührers.
Mit der PLC-Software, die die Gesamtbratzeit des Erzeugnisses in
einem vollständigen
Durchlauf durch den Garer berechnet, ist es recht einfach, die Vorwärtsrotation
des Rührers
anzupassen, bis die Anzeige des PLC die gewünschte Gesamtbratzeit zeigt.
Dieses PLC-Softwaresystem kann beim sachgemäßen Einrichten dieses erfindungsgemäßen Systems
zum kontinuierlichen Mischen/Braten von großem Vorteil sein.
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Die
Konstruktion des Schabersystems kann entscheidend für ein gründliches
kontinuierliches Anbraten unter Rühren sein. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform
verwendet ein blattbetriebenes Schabersystem, das einen normalen
Anpressdruck des Kunststoff-Schaberblatts
auf die erwärmte
Oberfläche
beibehält,
während
gleichzeitig das Blatt um einen Mittelpunkt schwenkbar ist, so dass
es immer flach auf der erwärmten
Oberfläche
aufliegt. Diese Konstruktion erlaubt auch ein Drehen des Kunststoff-Schaberblatts
um den Federaufhängungspunkt, so
dass, wenn das Blatt auf fest angebrannte Stellen trifft, die Blattfeder
sich dreht, wodurch das Schaberblatt in die angebrannte Stelle greift.
Je fester angebrannt das Erzeugnis ist, um so effektiver ist der Schaber.
Dieses Schabersystem arbeitet in beiden Rotationsrichtungen des
Rührers
gleich gut.
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Die
erwärmte
Oberfläche
des Bratsystems kann entweder mit unter hohem Druck stehendem Dampf,
erwärmtem
Thermalöl
oder einer Erdgasflamme erwärmt
werden. Dampf, der unter hohem Druck steht, hat lediglich annähernd eine
Temperatur, die für
das Anbraten von Erzeugnissen unter Rühren hoch genug ist, da Dampf
keine Temperaturen über
ca. 204 bis 205°C
liefern kann. Thermalöl kann
dagegen auf ca. 315 bis 316°C
erwärmt
werden. Bei einer Erdgasflamme ist die Temperatur der erwärmten Oberfläche schwieriger
zu steuern, dennoch stellt sie eine denkbare alternative Wärmequelle
dar.
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Zwar
wurde diese Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen davon beschrieben,
dennoch ist offensichtlich, dass Modifikationen und Änderungen
durch Fachleute auf dem entsprechenden Gebiet vorgenommen werden
können,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er in den anliegenden Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen.